10 найміцніших металів у світі

Найміцніший метал: 8 критеріїв відбору + 10 позицій у порядку зростання міцності матеріалу + фізичні/хімічні властивості матеріалів + їх сфери застосування.

Метал – основний елемент сучасності. Важко уявити, якою доріжкою пішла б наша цивілізація, якби люди не почали виділяти з природних ресурсів високотверді речовини, що відносяться до груп кольорових і чорних металів.

У сьогоднішній статті ми розглянемо, який найміцніший метал нині реально знайти в природі дані останніх досліджень в області металевих сплавів.

• 1 Як визначається найміцніший метал: питання через призму фізики



• 2 ТОП-10 найміцніших металів у світі
  
  
  
  • 2.1 1) Тантал
  
  
  
  • 2.2 2) Берилій
  
  
  
  • 2.3 3) Уран
  
  
  
  • 2.4 4) Залізо/сталь
  
  
  
  • 2.5 5) Титан
  
  
  
  • 2.6 6) Реній
  
  
  
  • 2.7 7) Хром
  
  
  
  • 2.8 8) Ірідій
  
  
  
  • 2.9 9) Осмій
  
  
  
  • 2.10 10) Вольфрам
  
  
  
  
  
  

  Як визначається найміцніший метал: питання через призму фізики

  
  
  

  
  Одне з основних питань – за якою ознакою судити силу металевої речовини. Слово «міцний» лише опосередковано дає зрозуміти, наскільки речовина відповідає уявленням людини щодо міцності.

  
  
  

  Важливо: у наукових колах до розрахунку рейтингу «фортеці» металу використовується комплекс із 5-7 показників фізичних величин. Середні значення у сумі вказують на загальну межу міцності металу по відношенню до інших речовин.

  
  
  

  Міцність у фізиці - це здатність внутрішньої структури елемента протистояти зовнішньому тиску за рахунок створеної напруги. Чим воно вище, тим більше елемент здатний протистояти природним/штучним факторам впливу. Детальніше про параметри обчислення «фортеці» металу розповість таблиця нижче.

  
  
  

  Параметр	Опис	Популярність методу (з 5 ★)
  Шкала Моосу	Спеціальна десятибальна шкала за твердістю, основу якої лежать мінерали. Використовується для приблизної оцінки твердості шляхом нанесення подряпин. Залежно від глибини пошкодження, робиться висновок про кількість балів, що присвоюються елементу. Еталоном абсолютної твердості в таблиці вважається алмаз з показником 1600 балів.	★★★★
  метод Шора	Часто спосіб називають також методом відскоку. Добре показує себе при дослідженні металевих елементів. Суть - вимірювати висоту відскоку бойка від випробуваного зразка. Бойок переміщається трубкою склерометра, але в його кінці розміщений дрібний алмаз. Метод не дає надточних значень через вплив вторинних параметрів (товщина матеріалу, шорсткість і так далі), але в промисловості варіант визначення твердості металу є більш ніж прийнятним.	★★★
  Метод Віккерса	Офіційно визнаний метод визначення твердості металевих елементів їх сплавів. Є регламентація за ГОСТ 2999-75 і навіть ISO 6507. Принцип вимірювання – втиснути у метал пірамідальної форми шпильку з алмазним напиленням. Кути піраміди між навпроти лежачими гранями на рівні 136 градусів. Ключовими вимірювальними показниками є тиск, що додається, і таймінг за витримкою від 12 до 16 секунд.	★★★★
  Метод Роквелла	Один із найпростіших методів прорахунку твердості металів та інших елементів таблиці Менделєєва, що піддаються фізичній обробці. Суть схожа на методи Віккерса – в пластину певної товщини вдавлюється наконечник з алмазною головкою при однаковому рівні навантаження. Цифрові прилади Роквелла мають 80% технологів, завідуючих металургійними цехами, та відділи, пов'язані з обробкою чорних/кольорових металів.	★★★★★
  Метод Брінелля	Метод відноситься до основних у галузі фізики по відношенню до виявлення рівня твердості матеріалів, у тому числі чистих металів та сплавів. По суті – це ще один різновид шкали вдавлювання. Зразок підносять до індентора (кульки зі сплавів твердих металів), вдавлюють протягом 3-7 секунд і утримують на піковому значенні тиску до 15 секунд. Після того, як матеріал прибрали, вимірюються діаметри увігнутої області на місці відбитка. Розрахунки проводяться одним з 2 способів – відновлюваний або невідновлюваний відбиток.	★★★★★
  Модуль Юнга	Це не метод, а фізична величина, що є модулем пружності по поздовжній. Тобто, наскільки металевий елемент здатний протистояти розтягуванню/стиску в процесі деформації пружного типу. Розмір вимірюється в ньютонах/метр квадратний, чи через Паскалі.	★★★★
  Межа плинності	Параметр відносять до механічної характеристики за металевими речовинами. Значення, що показується, - це напруга, при якому подальший процес деформування протікає без дії зовнішнього навантаження. Добре показує себе з м'якими металами. Вимірюється у Паскалях.	★★★
  Межа міцності	Ще одна величина, заснована на механічній напрузі. Показується пікове допустиме навантаження на речовину, після подолання якої відбувається руйнування кристалічних ґрат матеріалу. Виділяють 2 класифікації межі міцності – статистичний/динамічний та на стиск/розтяг.	★★★

  
  
  

  Основним джерелом металів є руда, що зустрічається у природі.Процес має масу технологічних особливостей, але, якщо говорити коротко, шлях твердого хімічного елемента проходить 3 великі етапи - пошук родовища, видобуток руди, і наприкінці витяг металевих частинок з подальшою обробкою (плавка, пресування, хімічні реакції тощо).

  
  
  

  ТОП-10 найміцніших металів у світі

  
  
  

  
  Обумовлені вище 8 показників є єдино правильною формулою прорахунку міцності металів. Існує 10+ допоміжних параметрів, які також реально включити до комплексу, але суттєвих змін у нашій топ міцності вони не привнесуть.

  
  
  

  Нижче ми проаналізуємо, який найміцніший метал, а також розглянемо 10 найбільш міцних металів у чистому вигляді, знайдених у світі. Почнемо від найслабшого і дістанемося до лідера міцності наприкінці статті. Паралельно позначимо особливості кожної речовини + розповімо у яких областях ті застосовуються порядком на 2020 рік.

  
  
  

  1) Тантал

  
  
  

  Поширеність	★★ (2.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★ 3.0
  Вартість	★★★★ (4.0 із 5.0)
  Застосування	★★★ (3.0 із 5.0)

  
  
  

  У таблиці Менделєєва називається як «Та». Зовні – це срібний + білий відтінок та щільна оксидна плівка. Відкриття металу відбулося У 1802 Екебергом, але в чистому вигляді речовину змогли отримати тільки через 42 роки, і зробив це німець Розе. Щодо промисловості, перші кроки у цьому напрямі було зроблено взагалі 1922 року, яке активне поширення розпочалося період другої світової.

  
  
  

  Область застосування танталу:

  
  
  
  
  
  
  • при створенні сплавів з високим опором до корозії та жару;
  
  
  
  • лабораторний посуд та стійка до корозії тих апаратура у хімічній промисловості;
  
  
  
  • обладнання для теплообміну для систем ядерної енергетики;
  
  
  
  • хірургічні розхідники.Дріт із танталу використовують для зшивання нервових тканин;
  
  
  
  • як складовий елемент кріотронів;
  
  
  
  • як декоративний елемент для прикрас.
  
  
  
  
  
  

  Тантал відносять до металів із низьким рівнем поширення у природі. Якщо брати в якості точки відліку земну поверхню, його пайове входження в кору землі менше двох мільйонних відсотка - це позначається і на вартості чистого металу. За один грам танталу на ринку просять від 250 доларів. Основні фізичні властивості металу – висока температура плавлення (3000+ градусів) та пластичність (як у золота), хоча за твердістю у матеріалу конкурентів дуже мало.

  
  
  

  2) Берилій

  
  
  

  Поширеність	★★★★ (4.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★★ 4.0
  Вартість	★★★★ (4.0 із 5.0)
  Застосування	★★★★ (4.0 із 5.0)

  
  
  

  Хімічний елемент вперше відкрито 1798 року французом Вокленом. Середній показник за обсягами у земній корі – від 4 грамів на одну тонну. Якщо йдеться про лужні породи, його зміст підвищується до 70 грамів на тонну. Основними родовищами берилію є території поблизу вулканів, де той заміщає в магматичних породах такий матеріал, як кремній.

  
  
  
  
  
  
  • твердість за Моосом 5.5 бала;
  
  
  
  • висока крихкість;
  
  
  
  • великий модуль пружності;
  
  
  
  • при контакті з повітрям покривається оксидною плівкою;
  
  
  
  • рекордсмен із звукопровідності – від 12 500 метрів за секунду;
  
  
  
  • низька реакційна здатність.
  
  
  
  
  
  

  У 2020 році основними постачальниками берилію є Америка, Китай та Казахстан. Сумарний показник видобутку решти країн з берилію менше 1%. Середньорічний обсяг видобутку металу становить лише 400 000 кілограмів. У Росії планується запустити комбінат з видобутку даного металу, у тому числі, але поки що завод знаходиться на стадії розробки, і не факт, що він буде запущений взагалі.

  
  
  

  Метал добре себе зарекомендував у рентгенотехніці, ядерній енергетиці, акустиці та навіть при розробці аерокосмічної техніки. Завдяки високій провідності тепла у зв'язці з його міцністю, матеріал часто використовують для виготовлення лабораторних тиглів та інших спеціалізованих компонентів, де потрібні перелічені властивості металу.

  
  
  

  3) Уран

  
  
  

  Поширеність	★★★★ (4.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★★ 4.0
  Вартість	★★★★ (4.0 із 5.0)
  Застосування	★★★★ (4.0 із 5.0)

  
  
  

  
  Уран відносять до сімейства актиноїдів і є реактивним елементом періодичної системи Менделєєва. Вперше про урані почали говорити всерйоз у 1789 році. У 1840 вдалося виділити перший зразок чистої речовини, а в 1896 було відкрито всім сумнозвісний радіоактивний розпад, який послужив подальшому застосуванню металу в сфері зброї.

  
  
  

  Фізичні властивості урану:

  
  
  
  
  
  
  • важкий;
  
  
  
  • поверхня глянсова із сріблясто-білим відтінком;
  
  
  
  • у чистому вигляді має меншу міцність ніж сталь, що робить його більш гнучким;
  
  
  
  • невеликі парамагнітні властивості;
  
  
  
  • температура плавлення від 1100 градусів.
  
  
  
  
  
  

  У хімічних властивостях ми тут розбиратися не будемо, бо для розуміння того, що відбувається, доведеться заглиблюватися в надра атомної енергетики. Тільки зазначимо, що основна сфера використання урану у промисловості – це виробництво ядерного палива. Ізотопи урану можуть застосовуватися для синтезу у промисловій медицині, а геологічна цінність – виявлення віку мінералів чи гірських порід.

  
  
  

  Зазначені на карті країни зосереджують у собі 94% всього видобутку урану для промислових цілей. Якщо по країнах, то лідируючі позиції за обсягами знаходяться у Казахстану, Австралії та Канади, а Росія посідає 4-е місце.

  
  
  

  4) Залізо/сталь

  
  
  

  Поширеність	★★★★★ (5.0 з 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★★★ 5.0
  Вартість	★★★★★ (5.0 з 5.0)
  Застосування	★★★★★ (5.0 з 5.0)

  
  
  

  Саме собою залізо не має високого запасу міцності, але в комбінації з іншими металами, можна отримати неймовірно міцні з'єднання. Саме тому ми дописали в змісті «сталь». Популярність заліза Fe прийшла до нас ще з давніх часів. Метал одним із перших почали використовувати у побуті стародавні греки, а це 4 тисячі років до нашої ери. За вмістом у земній корі, залізо одна із найпоширеніших елементів таблиці – 5% у корі, до 12% у мантії і до 90% у ядрі.

  
  
  
  
  
  
  • сам собою пластичний, але сталь може коригуватися щодо крихкості в рівня міцності;
  
  
  
  • яскраво виражені магнітні властивості;
  
  
  
  • поліморфізм, обумовлений 4-ма кристалічними модифікаціями;
  
  
  
  • плавитися метал починає при 1500+ градусах, а закипає при 2850+.
  
  
  
  
  
  

  За останніми дослідженнями американців світові запаси заліза становлять майже 180 мільярдів тонн. Великі родовища є у Бразилії, Австралії, Швеції, Індії, Польщі, Україні. На території Росії залізо копають у Курську. Про застосування заліза можна написати дисертацію. Його частка у межах всієї промисловості становить 95%. Елемент важливий у виробництві, а й у організму людини – є каталізатором для процесу дихання.

  
  
  

  5) Титан

  
  
  

  Поширеність	★★★★ (4.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★★ 4.5
  Вартість	★★★★★ (5.0 з 5.0)
  Застосування	★★★★ (4.0 із 5.0)

  
  
  

  Титан одночасно відкрили 2 вчених – англієць Грегор та німець Клапрот у 1791 році. Вперше у чистому вигляді метал було отримано 1825 року. Зробив це швед Берцеліус.Промислове застосування металу почалося лише після 1940 року, коли вийшов патент на його відновлення з тетрахлориду.

  
  
  

  За поширеністю, елемент замикає десятку. У земній корі вміст титану становить 0.5%. Великі родовища титану — це ПАР, Росія, Україна, Канада та США, але «по дрібниці» метал видобувають у більшості розвинених країн.

  
  
  

  Область застосування титану:

  
  
  
  
  
  
  • важливий елемент сплавів в авіа-, судно-і ракетобудуванні;
  
  
  
  • як матеріал для реакторів, трубопроводів та насосів у хімії;
  
  
  
  • броня жилетів та обшивка підводних човнів – титан;
  
  
  
  • завдяки фізіологічній інертності металу, титан широко застосовується в медицині, при розробці різних протезів та імплантатів;
  
  
  
  • як добавка у легованих сталях.
  
  
  
  
  
  

  Середня вартість 1 кілограма титану починається із 6 доларів. Чим чистіший метал, тим дорожче він обійдеться. За фізичними властивостями – це сріблясто-білий метал із температурою плавлення 1 700 градусів. При температурах нижче 70 підвищується крихкість металу. Дуже пластичний, а його міцність сильно залежить від попередньої обробки. По Віккерсу показник твердості сягає 800 МПа.

  
  
  

  6) Реній

  
  
  

  Поширеність	★★ (2.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★ 2.5
  Вартість	★★ (2.0 із 5.0)
  Застосування	★★★ (3.0 із 5.0)

  
  
  

  Назва металу обумовлена ​​місцем його першого видобутку – річка Рейн у Німеччині. Елемент відноситься до списку таких, що були передбачені Менделєєвим. Офіційне відкриття ренію у чистому вигляді датовано 1928 роком, а перехід на промисловий видобуток відбувся після 1930 року. Установка видобувала близько 130 кілограмів металу за рік, і обумовленого обсягу цілком вистачало, щоб закрити світову потребу в даному металі.

  
  
  
  
  
  
  • вкрай висока щільність - 21 грам на кубічний сантиметр;
  
  
  
  • розплавити реній можна лише за температур вище 3 200 Цельсія;
  
  
  
  • точка кипіння - 5600 + градусів, що дає можливість металу зайняти тверде 2 місце в рейтингу термостійкості;
  
  
  
  • відноситься до тугоплавких металів;
  
  
  
  • при кімнатній температурі має гарну пластичність;
  
  
  
  • здатний витримувати багаторазовий цикл нагрівання-охолодження без втрати міцності.
  
  
  
  
  
  

  По поширенню, реній одна із рідкісних металів землі. Його масова частка становить 7*10 мінус 8 ступеня на всю масу земної кори. Головне джерело вилучення металу – молібденова руда. До речі, в Росії є одне з найбільших родовищ даного металу із запасами майже 20 тонн. Однак реній тут також не чистий, а як складова мінералу риніту. Ціна одного кілограма ренію від 1000 до 10 000 доларів. Метал використовується в нафтопереробній промисловості, електротехніці/електроніці та як елемент у сплавах у ракетобудуванні.

  
  
  

  7) Хром

  
  
  

  Поширеність	★★★★ (4.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★★★ 3.0
  Вартість	★★★★ (4.0 із 5.0)
  Застосування	★★ (2.0 із 5.0)

  
  
  

  Ні, це не браузер, а хімічний елемент із металів. Шкала Мооса присуджує хрому місце у п'ятірці найкращих. Він поступається тільки бору, вольфраму і звичайно алмазу. Перша згадка більш-менш чистої речовини згадується у 1797 році, коли француз Воклен зміг отримати карбід хрому. Одне з найважливіших застосувань хрому у промисловості – хромування деталей у вигляді електролітичного покриття.

  
  
  

  Фізичні властивості хрому:

  
  
  
  
  
  
  • метал з блакитним відтінком та гратами кубічного об'ємоцентрованого типу;
  
  
  
  • при температурах нижче 37 градусів, хром стає антиферомагнетиком, а вище стає парамагнітною речовиною;
  
  
  
  • за Моосом твердість хрому оцінюється 8.5 балів з 10;
  
  
  
  • хром високої чистоти схильний до механічної обробки досить непогано;
  
  
  
  • не реагує з азотними та сірчаними кислотами;
  
  
  
  • при згорянні при температурі 2000+ градусів, утворюється зелений порошок – оксид хрому.
  
  
  
  
  
  

  Рідкісним у природі хром назвати не можна. Метал складає близько 3 сотих від маси земної кори. У чистому вигляді він не трапляється. Основними сполуками у природі є хроміт і крокоїт. Найбільше родовище хрому розташоване у ПАР. Далі йде Казахстан та Росія. Базові родовища хрому територією РФ перебувають у рамках Уралу. Базове застосування хрому – це добавка у леговані сталі. Порошок здатний у 2-3 рази підвищити міцність сплаву та додати матеріалу антикорозійні властивості. Саме тому хромування гальванічних покриттів у РФ таке популярне.

  
  
  

  8) Іридій

  
  
  

  Застосування	★ (1.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★★★ 2.0
  Поширеність	★★ (2.0 із 5.0)
  Вартість	★ (1.0 із 5.0)

  
  
  

  Що потрібно знати рецензентам Росії в першу чергу - метал ставлять в один ряд з дорогоцінними, а тому, його незаконне зберігання, придбання та збут у рамках РФ карний провина. Відкриття металу відбулося 1803 року. Зробив це англієць-хімік Теннант. Походження самої назви від грецької, що в перекладі символізує веселку. Називати метал так стали через різнокольорові солі, які виходили в осаді при реакціях з іридієм.

  
  
  

  Які властивості має іридій:

  
  
  
  
  
  
  • через високий показник твердості, механічної обробки майже не піддається;
  
  
  
  • температура плавлення метал становить від 2500+, а точка кипіння досягається при температурі 4450+;
  
  
  
  • одна з найкращих корозійних стійкостей;
  
  
  
  • зберігає інертність на повітрі та при нагріванні.
  
  
  
  
  
  

  Особливої ​​значимості іридій у промисловості немає. Свічки запалювання, основа електродів та інші дрібниці застосовні з іридієм, але через його високу вартість, від 50 доларів за грам, масове виробництво обумовлених деталей є низькорентабельним.

  
  
  

  9) Осмій

  
  
  

  Застосування	★★★ (3.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★★★ 3.0
  Поширеність	★★★ (3.0 із 5.0)
  Вартість	★★★★ (4.0 із 5.0)

  
  
  

  Метал відкритий англійцем Теннантом 1803 року. Його отримали як осад від розчинення платини у царській горілці. За своїм зовнішнім виглядом осмій є сіро-блакитним металом високої міцності. Висока питома маса + збереження блиску навіть за впливу високих температур разом із відтінком блакитного, роблять хімічний елемент привабливим зовні. Масова частка осмію в природі - 5-10 -6 ступеня % за масою.

  
  
  

  Де можна знайти осмій:

  
  
  
  
  
  
  • розчини з іридієм;
  
  
  
  • поліметалеві руди;
  
  
  
  • мінерали платини;
  
  
  
  • у переробках від золотовмісних руд.
  
  
  
  
  
  

  Основні точки видобутку осмію зосереджені Сибіру та Уралі, якщо говоримо про РФ. Великий обсяг металу видобувається також США, Колумбією, Канадою та деякими країнами у Південній Африці.

  
  
  

  Поширеність осмію у земній корі – 7 тисячних грама на тонну, яке отримання відбувається через збагачення сировини від платинових металів через прожарювання при температурному режимі від 800 Цельсія. Тугоплавкість металу дозволяє його використовувати у вузлах тертя, а завдяки близьким властивостям до дорогоцінних металів елемент використовують для прикрас.

  
  
  

  Оглядове відео по найміцнішому металу на земній кулі:

  
  
  

  10) Вольфрам

  
  
  

  Застосування	★★★★ (4.0 із 5.0)	Загальна привабливість у промисловості ★★★★★ 4.0
  Поширеність	★★★ (3.0 із 5.0)
  Вартість	★★★★★ (5.0 з 5.0)

  
  
  

  Історія вольфраму туманна. Його вивели ще в 1750 роках, але офіційне визнання відбулося лише після 1780 року, коли за дослідження елемента всерйоз взялися іспанські хіміки-брати Елюар. У природі метал поширюється у нечистому вигляді (переважно окислені складні сполуки), а як кларк щодо 1.3 грама на тонну земної маси. Найбільшими родовищами вольфраму є Казахстан, Китай, США та Канада. Росія також має пару точок постачання. Річний обсяг видобутку найміцнішого металу у світі – до 50 000 тонн. Для обробки вольфраму доводиться використати метод порошкової металургії. Проблема у міцності металу.

  
  
  

  Хімічні/фізичні властивості вольфраму:

  
  
  
  
  
  
  • щільність складає 19.3 грами на сантиметр кубічний;
  
  
  
  • найтермостійкіший метал у світі. Плавитися починає після досягнення температури 2450 градусів Цельсія. Точка кипіння - 5600 градусів (тільки вдумайтеся!);
  
  
  
  • має парамагнітні властивості;
  
  
  
  • твердість по Брінеллю 488 кілограм на квадратний міліметр;
  
  
  
  • добре проводить звук – від 4300 метрів за секунду.
  
  
  
  
  
  

  Ключова область вольфраму – основа тугоплавких металів металургії. Подивіться на нитку розжарювання лампочки - вона складається з металу з вольфрамом. Вакуумні трубки, електроди, інші нагрівальні елементи, де необхідно витримувати високі температури, уявити без вольфраму неможливо.

  
  
  

  Таким чином, елемент не тільки найміцніший метал у світі, але й один із незамінних компонентів повсякденного життя та промисловості.