Применение кобальта

Кобальт находит широкое и разнообразное применение в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине, что связано с замечательными свойствами этого металла и его сплавов.

В чистом виде кобальт применяется относительно мало: только в виде радиоактивного ⁶⁰Со в промышленной γ-дефектоскопии и γ-терапии и для изготовления измерительных инструментов.

Около 80% кобальта расходуется на получение сверхтвердых, жаропрочных, инструментальных и износостойких сплавов, а также постоянных магнитов. Эти сплавы находят применение в машиностроении, в авиационной технике, ракетостроении, электротехнической и атомной промышленности.

В качестве легирующего элемента кобальт применяется при производстве вольфрамовых быстрорежущих инструментальных сталей, обладающих большой прочностью и обеспечивающих высокие скорости механической обработки. Как правило, эти стали содержат, %: 15-19 W, 4 Cr, 1 V, 5-13 Со и 0,5-0,8 С. Режущая способность инструментальных сталей пропорциональна содержанию в них кобальта до 13%. Добавки кобальта к молибденовым сталям также улучшают их режущие свойства. Присутствие кобальта в быстрорежущих сталях не увеличивает их твердость, но сдвигает температуру начала потери твердости до 600°С,в то время как у обычной стали она уменьшается с 200°С.

Широкое применение находят сверхтвердые сплавы на основе кобальта и хрома - стеллиты.

Химический состав и твердость типичных стеллитов приведены ниже:

 Кобальтовые сплавы — стеллиты, содержащие до 30% Сг, а также вольфрам, кремний и углерод, применяют для наплавки на инструменты и детали машин (без последующей термической обработки) в целях повышения их сопротивления износу.

Кобальт широко используется в качестве легирующего элемента при производстве каропрочных сталей, а также жаропрочных кобальтовых сплавов. Деформируемые хобальтовые сплавы системы Co-Cr-Ni-Mn, содержащие до 50% Со, имеют высокое сопротивление термической усталости и удовлетворительно обрабатываются давлением. Общее количество легирующих элементов в них достигает 8-9, а их содержание составляет 10- 25%. Температурный предел применения жаропрочных сталей составляет 800-850°С, а сплавов на кобальтовой основе - 1000°С и выше. Примером жаропрочного сплава на кобальтовой основе является сплав с содержанием, %: 12-15 Ni, 18-24 Сг, 8-12 W, 1,25 Мп, 1,1 Si, 0,5 С.

Следующая группа сплавов, в производстве которых широкое применение находит кобальт, это тугоплавкие жаропрочные сплавы, получаемые металлокерамическим способом на основе карбидов, силицидов, боридов титана, вольфрама, циркония, ниобия, тантала и ванадия. Особенностью этих сплавов является высокое содержание в них кобальта и никеля, применяемых для связки. Эти сплавы применяют до температуры 1050-1100°С.

Значительный интерес для атомной промышленности в качестве конструкционного материала ядерных реакторов представляют собой нержавеющие стали с низким содержанием кобальта (<0,05%).

Кобальт находит также широкое применение для получения магнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью и сплавов для постоянных магнитов (сплавы кобальта с железом, платиной; сплавы на основе кобальта, легированные алюминием, никелем, медью, титаном, самарием, лантаном, церием). Введение в сплавы добавок кобальта в количестве 0,5- 4,0% способствует уменьшению величины зерна, благодаря чему возрастают коэрцитивная сила (сопротивление размагничиванию) и остаточное намагничивание. Промышленные сплавы для магнитов типа «алнико» содержат алюминий, никель, кобальт, остальное железо. Отдельные сплавы включают также медь и титан:

Сплавы «алнико» обладают высокими коэрцитивной силой и магнитной энергией. Эти сплавы применяют при изготовлении магнитных подшипников, генераторов и электродвигателей с постоянными магнитами.

Кобальто-платиновые магнитные сплавы, содержащие 50% Со. имеют наилучшие магнитные свойства.

Магнитный сплав, содержащий 49% Со, 49% Fe и 2% V, обладает высокой остаточной магнитной индукцией, а кроме того, его можно прокатывать от толщины 2,31 до 0,0075 мм без промежуточных отжигов и потери пластичности. Его применение обеспечивает повышение к. п. д. двигателей космических кораблей.

Кобальт - также один из элементов большого количества кислотоупорных сплавов. Так, наилучшим для изготовления нерастворимых анодов является сплав состава. %: 75 Со, 13 Si, 7 Сг и 5 Мп. Этот сплав по стойкости в азотной и соляной кислотах превосходит платину. Хорошей стойкостью в концентрированной соляной , кислоте при температуре 80°С обладает сплав состава, %: 56 Ni, 19,5 Со, 22 Fe и 2,5 Мп.

Кобальт используется совместно с никелем для электролитического покрытия различных изделий для придания им коррозионностойких свойств. Анодом при электролизе служит сплав никеля с 1-18%Со в зависимости от содержания хрома в ванне, электролитом - сульфата о- хлоридные растворы. При электроосаждении кобальта или никеля, легированного фосфором в количестве до 15%, образуются твердые, коррозионностойкие и блестящие покрытия с хорошей пластичностью, надежно сцепляющиеся с основным металлом. Такие покрытия наносятся на калибры, стенки цилиндров, поршневые кольца и стержни клапанов.

В химической и нефтехимической промышленности порошкообразный кобальт и его оксид используются в качестве катализатора при гидоогенизации жиров, синтезе бензина, при производстве азотной кислоты, соды и сульфата аммония.

Широко известно применение кобальта в лакокрасочной, стекольной и керамической отраслях промышленности. Эта область применения металла основана на способности закиси кобальта при сплавлении со стеклом или эмалью давать окрашенные в синий цвет силикаты и алюмосиликаты, например, смальту (двойной силикат кобальта и калия). Смальта ввиду её большой устойчивости пои высоких температурах и легкоплавкости является незаменимым материалом для окраски стекол, эмалей и других керамических изделий.

В качестве красителей используются и другие соединения кобальта. Из кобальтовых красок представляют интерес следующие: синяя - алюминат кобальта; фиолетовая - безводная фосфорнокислая соль Со₃(Р0₄)2; желтая — соль Фишера К₃[Со(NO₂)₆]Н₂0, зеленая - CoOxZnO; розовая, получаемая прокаливанием карбоната магния с нитратом кобальта. Все эти соединения кобальта используются для производства масляных художественных красок и в керамическом производстве. Кобальтовые краски отличаются большой стойкостью и неизменяемостью окраски. Турецкая зелень, или сине-зеленая краска, получаемая прокалкой карбоната кобальта, оксида хрома и гидроксида алюминия в соотношении 1:1:2, применяется для окраски фарфора.

Кобальтовые соли и некоторые кобальтсодержащие сплавы используются также в стекольной промышленности.

Оксиды кобальта применяются при эмалировании жести. Для получения прочной эмали в состав грунта вводят до 0,2% оксидов кобальта, а также никель и марганец.

Кобальт в соединении с серебром используется при изготовлении аккумуляторных батарей.

Радиоактивный изотоп ⁶⁰Со (с периодом полураспада Т_1/2 = 5,27 года) широко используется в качестве длительно действующего источника у - излучения («кобальтовая пушка»). В технике его применяют для у - дефектоскопии, а в медицине - при лучевой терапии опухолей и стерилизации медикаментов. Кроме того, ⁶⁰Со используется для уничтожения насекомых в зерне и овощах.

Соли кобальта применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения, а также в качестве подкормки животных.