物理性质
铌是灰白色金属,熔点2468℃,沸点4742℃,密度8.57克/立方厘米。铌是一种带光泽的灰色金属,具有顺磁性,属于元素周期表上的5族。高纯度铌金属的延展性较高,但会随杂质含量的增加而变硬。它的最外电子层排布和其他的5族元素非常不同。同样的现象也出现在前后的钌(44)、铑(45)和钯(46)元素上。
铌在低温状态下会呈现超导体性质。在标准大气压力下,它的临界温度为9.2K,是所有单质超导体中最高的。其磁穿透深度也是所有元素中最高的。铌是三种单质第II类超导体之一,其他两种分别为钒和锝。铌金属的纯度会大大影响其超导性质。
铌对于热中子的捕获截面很低,因此在核工业上有相当的用处。
化学性质
室温下铌在空气中稳定,在氧气中红热时也不被完全氧化,高温下与硫、氮 、碳直接化合 ,能与钛 、锆、铪、钨形成合金。不与无机酸或碱作用,也不溶于王水,但可溶于氢氟酸。铌的氧化态为-1、+ 2、+3、+4和+5,其中以+5价化合物最稳定。
铌金属室温下在空气中是极其稳定的,不与空气作用。虽然它在单质状态下的熔点较高(2,468°C),但其密度却比其他难熔金属低。铌还能抵御各种侵蚀,并能形成介电氧化层。
铌的电正性比位于其左边的锆元素低。其原子大小和位于其下方的钽元素原子几乎相同,这是镧系收缩效应所造成的。这使得铌的化学性质与钽非常相近。虽然它的抗腐蚀性没有钽这么高,但是它价格更低,也更为常见,所以在要求较低的情况下常用以代替钽,例如作化工厂化学物槽内涂层物料。
铌和钽常相伴相生,但铌在地壳中的含量约为 2.4 × 10 -3 % ,为钽的 10 倍,主要以铌铁矿的形式存在。一般铌的耐蚀性能高于钛、锆而稍低于钽,由于铌的价格低于钽,因而在某些腐蚀介质中可用铌代替更贵的钽。同时铌的相对密度仅约为钽的 1/2 ,在同样构件尺寸的情况下,铌的用量仅约为钽的 1/2 ,可以降低成本。
铌和钽一样,都靠表面生成致密的氧化膜而成为钝化型耐蚀金属,因而铌的耐蚀性能有的与钽接近。铌主要用于一些温度不高的还原性强的强酸介质中,但在氢氟酸、热浓硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等介质中不耐蚀,在热浓盐酸和热浓磷酸中的腐蚀率也偏高,在这些介质中应用铌时应慎重。
铌的沸点是; 4927 ℃,熔点是: 2468 ℃,属于难熔金属。铌可在 350~400 ℃中温成型, 950~1000 ℃高温成型,可在 1200 ℃左右进行完全退火。铌在空气中从 230 ℃开始氧化, 300 ℃开始强烈氧化,温度高于 400 ℃时氧化膜破坏并脱落,大大加速氧化速度。铌在空气中 600 ℃开始氮化。铌在含氢介质中, 250 ℃ ~950 ℃会吸收氢。因而铌的焊接和热处理均应在真空中或在惰性气体保护下进行,即 300 ℃以上的热过程都应在真空或惰性气体或高温涂料保护下进行。铌制设备与容器暴露在大气中时,应用温度一般不宜超过 230 ℃,只有在保证不接触到大气时,才可适当提高温度。铌在焊接时的保护方式和钽一样要用高纯惰性气体,而且在温度 230 ℃以上时也应将其置于惰性气体保护之下。最好在铌焊件冷却到 200 ℃一下再停供惰性气体。
铌材在压力容器中已有一定应用,但还没有正规的铌容器标准。在压力容器中主要采用纯铌,加入 1% 左右的锆可以提高强度,但耐腐蚀性和塑性稍有降低。
中国铌材标准
标准号 标准名称
GB/T3630-1983 铌板材、带材和箔材
GB/T14842-1993 铌无缝管
GB/T8183-1987 钽及钽合金箔材
GB/T6869-1998 铌条
美国铌材标准
标准号 标准名称
ASTM B393-2003 铌板材、薄板、带
ASTM B392-2003 铌棒材、丝材
ASTM B394-2003 铌无缝管、焊接管