Применение молибдена. Плотность молибдена, его физические и механические свойства, соединения, применение
Оно произошло лишь в последней четверти прошлого века. В 1885 г. на Путиловском заводе выплавили сталь, в которой содержалось 0,52% углерода и 3,72% молибдена. Свойства ее оказались почти такими же, как у вольфрамовой стали; прежде всего привлекала ее большая твердость и как следствие - пригодность для изготовления металлорежущего инструмента. Всего 0,3% молибдена увеличивали твердость стали в такой же степени, как 1% вольфрама, но это узнали уже позже.
Влияет и на качество чугуна. Добавка молибдена позволяет получить мелкокристаллический чугун с повышенной прочностью и износоустойчивостью.
В 1900 г. на Всемирной промышленной выставке в Париже была выставлена сталь, содержавшая и обладавшая замечательным свойством: резцы из нее закалялись в процессе работы. А за 10 лет до этого, в год столетия со дня открытия элемента № 42, был разработан процесс выплавки ферромолибдена - сплава молибдена с железом. Добавляя в плавку определенные количества этого сплава, начали выпускать специальные сорта стали. наряду с хромом, никелем, кобальтом нашел широкое применение как легирующий элемент, причем сталь легируют обычно не техническим молибденом, а ферромолибденом - так выгоднее.
Тем временем приближалась первая мировая война. Военные ведомства европейских держав требовали от промышленности крепкой брони для кораблей и укреплений, особо прочной стали для пушек. Орудийные стволы начали изготовлять из хромомолибденовых и никельмолибдено-вых сталей, отличающихся высоким пределом упругости и в же время поддающихся токарной обработке с высокой степенью точности. Из хромомолибденовой делали бронебойные снаряды, судовые валы и другие важные детали.
Фирма «Винчестер» применила эту сталь для изготовления винтовочных стволов и ствольных коробок. Появлялось все больше тяжелых моторов. Для них нужны были крупные шариковые и роликовые подшипники, выдерживающие большую нагрузку. И для этой цели подошли хромомолибденовые и никельмолибденовые стали. В наше время, когда ежегодно добывают из недр Земли миллионы тонн молибденовых руд, 90% всего молибдена поглощает черная металлургия.
Молибден и авиация
Когда самолеты перестали делать из дерева и парусины, понадобились не только мощные моторы и легкие металлические листы обшивки, но и жесткий каркас из металлических трубок. Вначале авиация довольствовалась трубами из углеродистой стали, но размеры самолетов все росли… Потребовались трубы значительно большего диаметра, но с малой толщиной стенки. Трубы из хромована-диевой стали в принципе могли бы подойти, но эта сталь не выдерживала протяжки до нужных размеров, а в местах сварки такие трубы при охлаждении «отпускались» и теряли прочность.
Выйти из этого тупика удалось благодаря хромомолибденовой стали. Трубы из нее хорошо протягивались, прекрасно сваривались и, что главное, в тонких сечениях не «отпускались» при сварке, а, наоборот, самозакалялись на воздухе. Количество молибдена в стали, из которой их протягивали, было крайне невелико: 0,15-0,30%.
Электричество и радиотехника
Нити накаливания обычных электрических ламп делают из вольфрама, более тугоплавкого, чем все прочие , и дающего наибольшую светоотдачу. Но если впаять вольфрамовую нить в стеклянный стерженек в центре лампочки, он вскоре треснет из-за теплового расширения нити.
Когда исследовали физические свойства молибдена, обнаружили, что у него ничтожно малый коэффициент теплового расширения. При нагреве от 25 до 500° С размеры молибденовой детали увеличатся всего на 0,0000055 первоначальной величины. И даже при нагреве до 1200° С молибден почти не расширяется. Поэтому вольфрамовые нити накаливания стали подвешивать на молибденовых крючках, впаянных в . В дальнейшем молибден сыграл еще большую роль в электровакуумной технике. К вакуумным приборам электрический ток подводится через молибденовые прутки, впаянные в специальное , имеющее одинаковый с молибденом коэффициент теплового расширения (это носит название молибденового) .
Жаропрочные сплавы
Техника сверхскоростных и космических полетов ставит перед металлургами задачу получать все более жаростойкие материалы. Прочность при высоких температурах зависит прежде всего от типа кристаллической решетки и, конечно, от химической природы материала. Температурный предел эксплуатации титановых сплавов 550- 600° С, молибденовых - 860, а титано-молибденовых - 1500° С!
Чем объяснить столь значительный скачок? Его причина - в строении кристаллической решетки. В объемно-центрированную структуру молибдена внедряются посторонние атомы, на этот раз атомы титана. Получается так называемый твердый раствор внедрения, структуру которого можно представить так. Атомы молибдена, металла-основы, располагаются по углам куба, а атомы добавленного металла, титана,-в центрах этих кубов. Вместо объем-по-центрированной кристаллической решетки появляется гранецентрированная, в которой процессы разупрочнения под действием температур происходят намного менее ий-
В таком целенаправленном изменении кристаллической структуры металлов состоит один из основных принципов легирования.
Другая причина столь резкого увеличения жаропрочности кроется в том, что сплавляются очень непохожие - молибден и . Это общее правило: чем больше разница между атомами легирующего металла и металла-основы, тем прочнее образующиеся связи. Металлическая связь как бы дополняется химической.
Легирование, однако, вовсе не последнее слово в решении проблемы жаропрочных сплавов. Уже в наше время обнаружены необычайные свойства нитевидных кристаллов, или «усов». Прочность их по сравнению с металлами, обычно используемыми в технике, поразительно велика. Объясняется это тем, что кристаллическая структура усов практически лишена дефектов, и техника сверхскоростных полетов берет на вооружение усы, создавая с их помощью композиционные жаропрочные материалы. Один из таких материалов - это окись алюминия, армированная молибденовыми усами, другой представляет собой начиненный топ же арматурой технический . По сравнению с обычным титаном этот материал может работать в жестких условиях в 1000 раз дольше.
Что можно противопоставить огненному смерчу, обрушивающемуся на космический корабль при входе в плотные слои атмосферы? Прежде всего теплозащитную обмазку и охлаждение. Да, охлаждение, подобное в принципе охлаждению автомобильных двигателей с помощью радиаторов. Только работать здесь должны более энергоемкие процессы. Много тепла нужно на испарение веществ, но еще больше на сублимацию - перевод из твердого состояния непосредственно в газообразное. При высоких температурах сублимировать способны молибден,
Молибден находит широкое применение в металлургической промышленности в качестве легирующего элемента при производстве специальных сталей.
Молибден применяется также как главная составляющая жаропрочных сплавов, особенно в последние годы в связи с развитием газотурбостроения (газовые турбины, ракеты, реактивные двигатели и т.д.).
Добавки молибдена повышают прочность, предел упругости, сопротивление ползучести при повышенных температурах, а также коррозионную стойкость стали.
Чистый молибден в виде ленты и проволоки используется для нагревателей в печах электросопротивления и в виде жести в электровакуумной и радиотехнической промышленности. Карбид молибдена используется при изготовлении твердых сплавов.
В химической промышленности молибден используется для производства красителей и специальных составов, повышающих огнестойкость пропитываемых ими тканей и дерева, а также при изготовлении удобрений для сельского хозяйства (кристаллы, содержащие 97% дигидрата молибдена), катализаторов и смазочных веществ (дисульфит молибдена).
Молибден поддается прокатке, штамповке и ковке.
Молибденовый порошок, получаемый восстановлением трехокиси молибдена или аммониевого соединения молибдена в атмосфере водорода, служит исходным материалом для получения металлических штабиков, которые используются для изготовления сплавов или производства прутков, проволоки, листов, труб и других изделий из чистого молибдена.
Молибден, предназначенный для производства специальных сплавов, выпускается по техническим условиям ЦМТУ 4787-56 высокой чистоты с содержанием молибдена 99,98%; примеси олова, свинца, кадмия, висмута и сурьмы не должны превышать 0,0001% каждого; меди, цинка, магния, алюминия, кремния, мышьяка, серы и фосфора - 0,001% и железа - 0,005%, а всего примесей должно быть менее 0,02%.
В настоящее время в полупромышленном масштабе получают молибден чистоты 99,99%.
Молибден высокой чистоты выпускается в виде порошка или штабиков квадратного сечения размерами от 10х10 до 25х25 мм и длиной 350-460 мм.
Молибденовые штабики, предназначенные для производства проволоки, прутков, листов, труб и других изделий, изготовляются по техническим условиям ТУОР 7-53 сечением не менее 14,5х14,5 мм и длиной более 450 мм. Химический состав таких штабиков должен быть (% к металлу): не более 0,03 R2O3 (сумма окислов трехвалентных металлов), 0,03Si02, 0,005 никеля и 0,008 окиси магния и кальция; остальное молибден.
Так как металлический молибден получается металлокерамическим способом, то свойства молибдена зависят от предварительной его обработки
Механические свойства молибдена в зависимости от состояния приведены в табл. 39.
Основным недостатком молибдена является большая скорость окисления его при высоких температурах (в потоке воздуха при 1000° скорость окисления 0,5-1,25 мм/час), уже при температуре порядка 800° на поверхности металла образуется окисел молибдена М0О3, который испаряется со значительной скоростью. В сухом воздухе при 500° молибден почти не окисляется. Для защиты поверхности молибдена от окисления его плакируют другими металлами (никелем, сплавом платины с родием и др.) или легируют некоторыми элементами, предотвращающими образование М0О3.
Кислород является вредной примесью в молибдене и допускается не более 0,003%. При большем содержании кислорода выделяющаяся при охлаждении металла и распологающаяся по границам зерен окись молибдена сообщает ему хрупкость и делает не пригодным для обработки давлением.
Развитие высокотемпературной техники потребовало создать молибденовые сплавы с высокой температурой рекристаллизации, высокой твердостью и прочностью при повышенной температуре и хорошей коррозионной стойкостью. Легирующие добавки позволили значительно улучшить свойства молибдена при высоких температурах.
Влияние различных добавок при комнатной температуре на твердость молибдена приведено на рис. 43, а при повышенных температурах - на рис. 44.
Предел прочности и удлинение некоторых молибденовых сплавов в зависимости от температуры отжига приведены на рис. 45.
Установлено, что в твердых растворах легирующие добавки с большим атомным радиусом, чем у молибдена, сильно тормозят рекристаллизацию, а с меньшим атомным радусом - мало влияют на рекристаллизацию. Например цирконий (атомный радиус 1,55 А) значительно повышает температуру рекристаллизации при незначительном его добавлении в молибден, а ниобий (атомный радиус 1,43 А) начинает влиять на рекристаллизацию при добавках его выше 1%. Сильно повышают температуру рекристаллизации молибдена добавки бериллия, марганца, ванадия и хрома.
Легирующие добавки значительно улучшают механические свойства сплавов молибдена, повышают их коррозионную стойкость, прочность и твердость при высоких температурах. Сплавы молибдена с кремнием обладают высокой жаростойкостью при высоких температурах (1500°).
Молибден с добавкой 0,5% титана обладает более удовлетворительной прочностью при температурах выше 800°, чем другие сплавы.
Хром в количестве 1,2% несколько уменьшает окисляемость молибдена при высоких температурах, но делает молибден хрупким, уменьшая его способность к ковке. Молибден, содержащий 0,1% бериллия, хорошо поддается термообработке.
30.04.2019
Металлургическая корпорация из Индии Tata Steel сделала заявление о том, что она собирается через шесть лет сконцентрировать все свои мощности, специализирующиеся на...
30.04.2019
Уже само наименование «авиационный провод» говорит само за себя. Его используют с целью создания бортовых электросистем. Бортовой кабель может успешно справляться с...
30.04.2019
Металлопрофиль либо же профнастил в течение весьма продолжительного периода времени считается одним из лидеров на рынке строительных материалов для отделки....
30.04.2019
Государственное геологическое разведочное предприятие «Казгеология» проанализировало результаты деятельности в минувшем году. Одной из главных целей, ради которой восемь...
30.04.2019
Ни для кого не секрет, что от керамической плитки во многом зависит общее оформление помещения. Принимая во внимание цвет, структуру и ряд иных отличительных...
30.04.2019
На сегодняшний день основным предназначением дизельного компрессора называют подач энергии сжатых воздушных масс в условиях, когда использование оснащение иного типа...
29.04.2019
В соответствии с информацией, которая была опубликована в издании из китайской Народной Республики Economic Information Daily, оно относится к агентству Xinhua,...
29.04.2019
Вряд ли кто-то будет спорить с тем фактом, что ловля рыбы является весьма увлекательным занятием. Однако для того, чтобы получать максимальное удовольствие, важно...
29.04.2019
Нужно регистрировать торговый знак или же нет – любой бизнесмен или же предприятия решают сами для себя. Нормативно-правовая база, действующая на территории нашего...
Благодаря своим уникальным механическим и химическим свойствам молибден является превосходным материалом, который отвечает даже самым строгим требованиям. Так как молибден имеет крайне высокую температуру плавления, низкий коэффициент теплового расширения и обладает высокой теплопроводностью, он используется во многих отраслях промышленности. Молибден - это настоящий универсал. Мы используем этот материал, например, для производства лент и проволоки для светотехнической промышленности, подложек для полупроводников для силовой электроники, электродов для плавки стекла, зон нагрева для высокотемпературных печей и мишеней для распыления для нанесения покрытий на солнечные элементы и плоские экраны.
Зона нагрева
Электрод для плавки стекла
Гарантированная чистота
Вы можете быть уверенными в качестве нашей продукции. Мы производим наши продукты из молибдена сами - от оксида металла до готового продукта. В качестве исходного материала мы используем только чистейший оксид молибдена. Так мы гарантируем вам чрезвычайно высокую чистоту материала. Убедитесь сами.
Элемент | Типичное значение макс. (µg/g) | Гарантированное значение (µg/g) |
---|---|---|
Al | 1 | 10 |
Cr | 3 | 20 |
Cu | 2 | 20 |
Fe | 5 | 20 |
K | 6 | 20 |
Ni | 1 | 10 |
Si | 2 | 20 |
W | 169 | 300 |
C | 13 | 30 |
H | 0 | 10 |
N | 5 | 10 |
O | 6 | 40 |
Cd | 1 | 5 |
Hg* | 0 | 1 |
Pb | 0 | 5 |
*Начальное значение
Присутствие Сr(VI) и органических примесей исключено производственным процессом (многократная термообработка при температуре выше 1000 С в атмосфере Н2)
Сферы применения
Сферы применения нашего молибдена столь же разнообразны, как и его свойства. Ниже мы кратко представим вам три из них:
Высокая чистота и превосходное сопротивление ползучести
Наш молибден отличается исключительной чистотой, может выдерживать крайне высокие температуры и при этом легко поддается обработке. Например, из него изготовляют тигли для всех традиционных способов выращивания сапфиров. Благодаря своей исключительной чистоте они хорошо зарекомендовали себя как улучшенные емкости для плавления и отвердевания.
Высокая размерная стабильность и превосходная коррозионная устойчивость
Наши мешалки делают однородными любые расплавы стекла. Они должны выдерживать крайне высокую температуру и агрессивные расплавы стекла. Это становится возможным благодаря молибдену. Обладая превосходной размерной стабильностью и коррозионной стойкостью в расплавах металлов и стекол, наш материал обеспечивает оптимальное размешивание в сочетании с долгим сроком службы продуктов.
Высокая теплопроводность и малое тепловое расширение
При высокой плотности энергии и высоких токах, проходящих через силовые диоды и транзисторы, вырабатывается тепло. Благодаря хорошей теплопроводности и тепловому расширению, подобранному под конкретный материал полупроводника, молибден и его сплавы представляют собой идеальный материал для подложек, используемых в силовой электронике. При использовании в качестве подложки молибден надежно рассеивает тепло.
Чистый молибден или все же сплав?
Мы оптимальным образом подготавливаем наш молибден к любым применениям. При помощи различных легирующих элементов мы можем изменять следующие свойства молибдена:
- физические свойства (например, температура плавления, давление пара, плотность, электропроводность, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость)
- механические свойства (например, прочность, механизм разрушения, сопротивление ползучести, пластичность)
- химические свойства (коррозионная стойкость, травимость)
- обрабатываемость (например, обработка резанием, формуемость, свариваемость)
- характеристики рекристаллизации (температура рекристаллизации, повышение хрупкости, эффект старения)
И это еще не все: Используя наши специальные технологии производства, мы можем изменять различные другие свойства молибдена в широком диапазоне. Результат: молибденовые сплавы с различным набором свойств, которые подобраны таким образом, чтобы точно отвечать требованиям каждого конкретного применения.
Название материала | Chemical composition (percentage by weight) | |
---|---|---|
Mo (чистый) | >99,97 % Mo | |
TZM | 0,5 % Ti / 0,08 % Zr / 0,01 – 0,04 % C | |
MHC | 1,2 % Hf / 0,05 – 0,12 % C | |
Mo-Lanthanoxid (ML) | ML | 0,3 % La 2 O 3 |
MLR (R = Recrystallized) | 0,7 % La 2 O 3 | |
MLS (S = Stress relieved) | 0,7 % La 2 O 3 | |
MoILQ (ILQ = Incandescent Lamp Quality) | ||
Mo-Yttriumoxid | MY | 0,47 % Y 2 O 3 / 0,08 % Ce 2 O 3 |
MoRe | MoRe5 | 5,0 % Re |
MoRe41 | 41,0 % Re | |
MoW | MW20 | 20.0 % W |
MW30 | 30.0 % W | |
MW50 | 50.0 % W | |
MoCu | MoCu30 | 30,0 % Cu |
MoCu15 | 15,0 % Cu | |
MoZrO 2 | MZ17 | 1,7 % ZrO 2 |
MoNb | MoNb10 | 9,71 % Nb |
MoTa | MT11 | 10,75 % Ta |
TZM (Титан-цирконий-молибден)
Используя мельчайшие карбиды в небольших количествах, мы преобразуем наш молибден в TZM. TZM прочнее, чем чистый молибден, имеет более высокую температуру рекристаллизации и обладает более высоким сопротивлением ползучести. TZM используется в продуктах, подвергающихся высокой термической и механической нагрузке, например, в ковочных инструментах или вращающихся анодах в рентгеновских трубках. Рекомендованная температура применения - от 700 до 1 400°C.
MHC (молибден-гафний-углерод)
MHC - это дисперсно-упрочненный сплав на основе молибдена, содержащий гафний и углерод. Благодаря равномерно распределенным чрезвычайно мелким карбидам материал обладает превосходной термостойкостью и высоким сопротивлением ползучести, при этом максимальная рекомендованная температура применения на 150 °C выше, чем у TZM, и составляет 1 550 °C. Сплав MHC используется, например, в металлообработке. При использовании в экструзионных матрицах он может выдерживать чрезвычайно высокую термическую и механическую нагрузку.
ML (молибден-оксид лантана)
Добавление небольшого количества частиц оксида лантана (0,3-0,7 %) делает структуру молибдена многослойной и волокнистой. Такая особая микроструктура остается стабильной при температуре до 2 000 °C, поэтому молибден-оксид лантана обладает высоким сопротивлением ползучести даже при экстремальных условиях. Мы используем такие сплавы, прежде всего, для производства компонентов промышленных печей, например, многожильных и иных проводов, металлических лодочек для спекания и отжига или испарительных спиралей. В светотехнической промышленности молибден-оксид лантана используется, например, для производства поддерживающей проволоки и подводящих проводов.
MoILQ (молибден-ILQ)
MoILQ - это микролегированный молибденовый сплав с содержанием оксида лантана всего 0,03 масс. %, который был разработан специально для использования в светотехнической промышленности. Благодаря специально подобранному содержанию легирующего элемента его температура рекристаллизации выше, чем у чистого молибдена. После рекристаллизации его микроструктура также более мелкозернистая, чем у чистого молибдена. В сравнении с ML материал MoILQ обладает более высокой формуемостью и потому легче поддается обработке. MoILQ используется в качестве материала для сердечников и поддерживающей проволоки при производстве нитей для ламп накаливания и галогенных ламп.
MY (молибден-оксид иттрия-оксид церия)
Наш материал MY - это дисперсно-упрочненный молибденовый сплав, содержащий 0,47 масс. % оксида иттрия и 0,08 масс. % оксида церия. Мы разработали материал MY специально для использования в светотехнической промышленности. MY отличается хорошим сцеплением с кварцевым стеклом, легко поддается сварке и более устойчив к окислению, чем чистый молибден. MY преимущественно используется в электропроводящих лентах ESS и выпарительных чашах в технике для нанесения покрытий.
MoW (молибден-вольфрам)
Вольфрам улучшает высокотемпературные свойства и коррозионную стойкость нашего молибдена. Доступные в различных составах от MW20 с массовой долей вольфрама 20 процентов до MW50 с массовой долей вольфрама 50 процентов, наши материалы MoW, в основном, используются для производства цинка, а также для перемешивающих инструментов в стекольной промышленности. Кроме того, мы используем сплавы MoW для производства мишеней ионного распыления для нанесения покрытий на плоские экраны. Слои MoW обладают повышенной способностью к обработке травлением, свойством, которое имеет значение для изготовления тонкопленочных транзисторов.
MoRe (молибден-рений)
Небольшое количество рения делает молибден пластичным даже при температуре ниже комнатной. Стандартные составы молибдена-рения MoRe5 и MoRe41 используются, прежде всего, для производства термопарной проволоки. Молибден-рений также применяется в тех случаях, когда требуется высокий уровень пластичности.
MoCu (молибден-медь)
Молибден-медь (MoCu) - это композиционный материал, содержащий до 30 масс. % меди. Этот композиционный материал сочетает в себе высокую теплопроводность меди и низкий коэффициент теплового расширения молибдена. Наш материал MoCu идеально подходит для производства элементов пассивной системы охлаждения (радиаторов и теплоотводов) для электронных компонентов. Благодаря своему малому весу композиционные материалы из молибдена-меди оптимально подходят для таких сфер применения, где на счету каждый грамм: в автомобильной промышленности они используются в качестве подложек для IGBT-модулей, выполняющих функцию инверторов в электроприводах.
MoZrO 2 (молибден с диоксидом циркония)
Электроды для плавки стекла должны выдерживать воздействие агрессивных расплавов стекла и крайне высокие температуры. Добавляя 1,7 масс. % оксида циркония, мы придаем нашему молибдену свойства, представляющие особую ценность для стекольной промышленности. MoZrO2 обладает более высокой коррозионной стойкостью в расплавах стекла, более высокой стабильностью при высокой температуре и более высоким сопротивлением ползучести, чем чистый молибден.
Наши молибденовые мишени для распыления используются для производства тонких функциональных слоев для плоских экранов. Для сенсорных экранов, в частности, крайне важен высокий уровень коррозионной стойкости. Мы добавляем к нашему универсальному материалу, молибдену, тантал в качестве легирующего элемента, чтобы добиться чрезвычайно высокого уровня коррозионной стойкости в сочетании с возможностью легко и быстро структурировать слой. Вы хотели бы объединить высокую коррозионную стойкость и хорошую структурируемость напыленного слоя? Тогда мы рекомендуем вам наш сплав из МoTa.
Хорош во всех отношениях. Характеристики молибдена.
Молибден относится к группе тугоплавких металлов. Тугоплавкие металлы - это металлы, температура плавления которых превышает температуру плавления платины (1 772 °C). В тугоплавких металлах энергия, связывающая отдельные атомы, чрезвычайно высока. Тугоплавкие металлы отличаются высокой температурой плавления в сочетании с низким давлением пара, высоким модулем упругости и высокой термической стабильностью. Тугоплавкие металлы также, как правило, имеют низкий коэффициент теплового расширения и относительно высокую плотность. Тот факт, что в периодической системе химических элементов молибден относится к той же группе, что и вольфрам, говорит о том, что он имеет похожую атомную структуру и похожие химические свойства. Особый интерес представляет также превосходная теплопроводность молибдена и вольфрама. Однако молибден легко подвергается пластической деформации даже при довольно низкой температуре, и потому его легче обрабатывать, чем вольфрам.
Молибден является по-настоящему универсальным материалом с хорошо сбалансированным набором свойств:
Свойства | ||
---|---|---|
Атомное число | 42 | |
Атомная масса | 95.94 | |
Температура плавления | 2 620 °C / 2 893 K | |
Температура кипения | 5 560 °C / 5 833 K | |
Атомный объем | 1.53 · 10 -29 [м 3 ] | |
Давление пара | при 1 800 °C | 1 · 10-4 [Пa] |
при 2 200 °C | 5 · 10-2 [Пa] | |
Плотность при 20 °C (293 K) | 10.2 г/см 3 | |
Кристаллическая структура | объемноцентрированная кубическая | |
Постоянная кристаллической решетки | 3.147·10 -10 [м] | |
Твердость при 20 °C (293 K) | отожженный для снятия напряжения | >220 |
рекристаллизованный | 160 - 180 | |
Модуль упругости при 20 °C (293 K) | 320 [ГПa] | |
Коэффициент Пуассона | 0.31 | |
Коэффициент линейного теплового расширения при 20 °C (293 K) | 5.2 · 10 -6 [м/(м K)] | |
Теплопроводность при 20 °C (293 K) | 142 [Вт/(м K)] | |
Удельная теплоемкость при 20 °C (293 K) | 0.254 [Дж/(г K)] | |
Электропроводность при 20 °C (293 K) | 17.9 · 10 6 | |
Удельное электрическое сопротивление при 20 °C (293 K) | 0.056 [(Ом мм 2)/м] | |
Скорость звука при 20 °C (293 K) | Продольная волна | 6 250 [м/с] |
Поперечная волна | 3 350 [м/с] | |
Работа выхода электрона | 4.39 [эВ] | |
Сечение захвата тепловых нейтронов | 2.7 · 10 -28 [м 2 ] |
Мы можем влиять на свойства нашего молибдена и его сплавов, используя различные виды легирующих элементов в различных количествах, а также применяя специальные технологии производства. Карбиды, которые мы целенаправленно добавляем в наши материалы TZM и MHC, изменяют механические свойства молибдена во всем диапазоне температур. Так, оксиды повышают температуру рекристаллизации и сопротивление ползучести молибдена. Рений делает молибден пластичным уже при комнатной температуре. Медь повышает теплопроводность, не оказывая при этом существенного влияния на коэффициент теплового расширения.
Линейный коэффициент теплового расширения Мо, TZM
и MLR в зависимости от температуры
в зависимости от температуры
Сплавы молибдена в сравнении с чистым молибденом
~ на уровне чистого Mo + выше, чем у чистого Mo ++ значительно выше, чем у чистого Mo - ниже, чем у чистого Mo -- значительно ниже, чем у чистого Mo
Термофизические свойства
Тугоплавкие металлы, как правило, имеют низкий коэффициент теплового расширения и относительно высокую плотность. Это касается и молибдена. Этот материал отличается высоким уровнем теплопроводности и низким удельным электрическим сопротивлением. Атомы молибдена прочно связаны между собой, и материал имеет более высокий модуль упругости, чем многие другие металлы. Теплофизические свойства молибдена изменяются при изменении температуры.
Линейное тепловое расширение молибдена и вольфрама
Удельная теплоемкость молибдена и вольфрама
График показывает температурную зависимость эмиссии молибдена (красная расходящаяся полоса). Экспериментально измеренные типичные значения для образцов находятся в верхней части полосы.
Удельное сопротивление материала - это обратная величина его проводимости. Чем ниже сопротивление, тем лучше он проводит ток. Удельное сопротивление измеряется в Ом*мм2/м. Удельное сопротивление металлов может очень отличаться. Пример: серебро - 0.016 Ом*мм2/м, титан - 0,8 Ом*мм2/м. Температура, состав сплава, примеси и дефекты материала сильно влияют на удельное сопротивление. Вольфрам и молибден нашего производства имеет очень низкое удельное сопротивление - 0,05 Ом*мм2/м при комнатной температуре и менее 0,5 Ом*мм2/м при 1500 °C. Поэтому наши металлы отлично подходят для электрических контактов и токопроводящих покрытий. Имея кубическую кристаллическую решетку, они обладают изоморфными свойствами.
Теплопроводность молибдена и вольфрама
в зависимости от температуры
Механические свойства
Благодаря высокой температуре плавления, составляющей 2 620 °C, молибден сохраняет прочность и сопротивление ползучести даже при высоких температурах. Чем выше степень холодной обработки молибдена, тем он прочнее. В отличие от других металлов его пластичность также повышается при холодной обработке. Мы добавляем в качестве легирующего элемента рений, чтобы повысить пластичность молибдена и снизить температуру хрупко-вязкого перехода. Мы также используем титан, цирконий, гафний, углерод и оксиды редкоземельных металлов в качестве легирующих элементов, которые мы добавляем в молибден. По сравнению с другими металлами молибден и его сплавы имеют чрезвычайно высокий модуль упругости, что обусловлено прочной связью между атомами молибдена. Это означает, что мы можем создавать различные материалы с конкретным набором свойств.
Модуль упругости молибдена в зависимости от
испытательной температуры в сравнении с другими
тугоплавкими металлами на основе вольфрама, тантала и ниобия.
листовой материал со снятым напряжением
рекристаллизованное состояние (лист 2 мм)
Типичная прочность на разрыв для листа из Mo, TZM в
в состоянии со снятым напряжением и после рекристаллизации, соответственно
листовой материал при 1000 С
Сравнение скорости ползучести в статическом состоянии для Мо, TZM и MLR
листовой материал при 1450 С и 1800 С
Описание материала образцов для испытаний на ползучесть
Типичная 0,2% прочность для прутка из Mo, TZM
Типичная прочность на разрыв для прутка из Мо, TZM и МНС
(диаметр 25 мм; напряжения сняты)
Значения твердости для прутка Мо (молибден), TZM (тантал-цирконий-молибден) и МНС (молибден-гафний-углерод) (диаметр 25 мм, состояние снятого напряжения)
в зависимости от температуры
Оптическая микрофотография
Молибденовый лист (со снятым напряжением)
Оптическая микрофотография
Молибденовый лист (рекристаллизованный)
Температура хрупко-вязкого перехода
При нагревании молибдена выше определенной температуры он теряет хрупкость и становится вязким. Температура, необходимая для перехода из хрупкого в вязкое состояние, называется температурой хрупко-вязкого перехода. Она зависит от различных факторов, включая химический состав и степень холодной обработки металла.
Пластичность и вязкость разрушения молибденовых материалов снижается с увеличением степени рекристаллизации. Это значит, что решающим фактором является температура рекристаллизации. При температуре выше температуры рекристаллизации меняется структура материала. Изменение структуры зерен приводит к снижению прочности и твердости молибдена и повышению вероятности разрушения. Для сохранения первоначальной структуры применяются сложные формовочные процессы, такие как прокатка, ковка и волочение. Температура рекристаллизации сильно зависит от степени холодной обработки молибдена и его химического состава, в частности, от содержания легирующих элементов. В таблице ниже указана обычная температура рекристаллизации основных молибденовых материалов.
Материал | Температура [°C] для 100 % рекристаллизации (продолжительность отжига: 1 час) | |
---|---|---|
Степень деформации = 90 % | Степень деформации = 99.99 % | |
Mo (чистый) | 1100 | - |
TZM | 1400 | - |
MHC | 1550 | - |
ML | 1300 | 2000 |
MoILQ | 1200 | 1400 |
MY | 1100 | 1350 |
MoRe41 | 1300 | - |
MoW30 | 1200 | - |
При формовке и обработке молибдена в частности и тугоплавких металлов в целом необходимо хорошо понимать особые свойства этой группы материалов. Формовочные процессы, такие как гибка или окантовка, должны протекать при температуре выше температуры хрупко-вязкого перехода, так как это позволяет исключить риск образования трещин при обработке листов. Чем толще лист металла, тем выше температура, необхдимая для формовки без образования трещин. Молибден также хорошо подходит для резки и штамповки при условии, что инструмент хорошо заточен и температура предварительного нагрева подобрана правильно. Но при использовании чрезвычайно надежных и мощных станков резка молибдена не представляет трудностей. Если у вас есть какие-то вопросы о формовке и обработке тугоплавких металлов, мы будем рады ответить на них, основываясь на нашем многолетнем опыте.
Химическая устойчивость
Превосходная химическая устойчивость молибдена и его сплавов особенно ценится в химической и стекольной промышленности. При влажности воздуха менее 60% молибден является коррозионностойким. Только при более высокой влажности начинается окрашивание. В щелочных и окисляющих жидкостях молибден теряет свою стойкость при температуре выше 100 °C. Для тех сфер применения, где молибден используется в окисляющих газах или элементах при температуре выше 250 °C, мы разработали наше защитное покрытие SIBOR®, предотвращающее окисление. Расплавы стекол, водород, азот, инертные газы, расплавы металлов и оксидная керамика не оказывают воздействия на молибден даже при крайне высокой температуре или же оказывают менее агрессивное воздействие, чем на другие металлические материалы.
В таблице ниже указана коррозионная стойкость молибдена. Если не указано иное, данные относятся к чистым растворам, не смешанным с кислородом. Посторонние химически активные вещества могут существенно влиять на коррозионную стойкость материала даже при крайне низкой концентрации. У вас есть сложные вопросы по коррозии? Мы будем рады помочь вам, используя наш опыт и нашу собственную лабораторию по исследованию коррозии.
Коррозионная стойкость молибдена | ||
---|---|---|
Вода | Холодная и теплая вода < 80 °C (353 K) | стойкий |
Горячая вода > 80 °C (353 K) | нестойкий | |
Горячая вода с азотом или ингибитором | стойкий | |
Неорганические кислоты | Фтористо-водородная кислота < 100 °C (373 K) | стойкий |
Смесь азотной и соляной кислот ("царская водка"), холодная и теплая | нестойкий | |
Ортофосфорная кислота до 270 °C (543 K) | стойкий | |
Азотная кислота, холодная и теплая | нестойкий | |
Соляная кислота, холодная и теплая | стойкий | |
Серная кислота < 70 % до 190 °C (463 K) | стойкий | |
Хромовая смесь | нестойкий | |
Щелочные растворы | Аммиачный раствор | стойкий |
Гидроксид калия (KOH < 50 %) до 100 °C (373 K) | стойкий | |
Гидроксид калия (KOH > 50 %) | нестойкий | |
Гидроксид натрия (NaOH < 50 %) до 100 °C (373 K) | стойкий | |
Гидроксид натрия (NaOH > 50 %) | нестойкий | |
Раствор гипохлорита натрия, холодный и теплый | нестойкий | |
Органические кислоты | Муравьиная кислота 20 °C (293 K) | стойкий |
Уксусная кислота до 100 °C (373 K) | стойкий | |
Конц. молочная кислота 20 °C (293 K) | стойкий | |
Щавелевая кислота 20 °C (293 K) | стойкий | |
Винная кислота 20 °C (293 K) | стойкий | |
Неметаллы | Бор до 1 600 °C (1 873 K) | стойкий |
Углерод до 1 100 °C (1 373 K) | стойкий | |
Сера до 440 °C (713 K) | стойкий | |
Сера до 440 °C (713 K) | стойкий | |
Кремний до 600 °C (873 K) | стойкий | |
Фтор 20 °C (293 K) | нестойкий | |
Хлор до 250 °C (523 K) | стойкий | |
Бром до 450 °C (723 K) | стойкий | |
Йод до 450 °C (723 K) | стойкий | |
Расплавы стекол* | До 1 700 °C (1 973 K) | стойкий |
* за исключением стекол, содержащих окислители (например, свинцовое стекло)
Молибденом называется химический элемент с атомным номером 42 в периодической системе Менделеева, где он является близким соседом с вольфрамом и хромом. Молибден характеризуется светло-серым цветом и металлическим блеском. К наиболее важным свойствам, присущим данному элементу, следует отнести его тугоплавкость. Кроме этого, элемент №42, а также сплавы, в которых он присутствует, обладают жаропрочностью, терморасширением, высокой электропроводностью и механической прочностью, что, несомненно, является преимуществами. Стоит отметить, что молибден занимает второе место по прочности, уступив место лидера вольфраму, но опередив его в доступности обработки давлением.
В большинстве случаев, молибден выступает связующей добавкой к другим металлам и их сплавам благодаря своим антикоррозионным свойствам.
Однако, у этого материала есть несколько серьезных минусов, из-за которых использование молибдена в чистом виде не представляется возможным. Первый заключается в его быстром окислении. Второй минус исключает влияние высоких температур, т.е. если на данный химический элемент воздействовать температурами, превышающими 700 0 С, то его прочность снижается.
Получение молибдена
Стоит отметить, что нахождение металла в природе в чистом виде отсутствует. Масса его содержания в недрах Земли составляет 3*10 -4 %. Его распространение в земной коре можно назвать относительно равномерным. Минимальное содержание вещества зафиксировано в ультраосновных и карбонатных породах. Кроме этого, металл можно также встретить в воде, золе растений, углях и нефти. Сегодня существует свыше 30-ти изотопов молибдена, однако, в природе можно встретить всего лишь 6 из них.
Крупнейшие месторождения металла расположены на территории Америки, Мексики, Чили, Канады, Австралии, Норвегии, а также России. Свыше 7% от всех существующих запасов молибдена в мире находится в Армении, из которых 90% локализированы в Каджаранском медно-молибденовом месторождении.
Основным сырьем для получения молибдена являются руды, в составе которых находится порядка 50% самого вещества, 30% серы, 9% кремния, а также другие элементы, процентное содержание которых несущественное. По факту, при процессе получения молибдена, руда используется в качестве концентрата, который подвергается обжигу при температуре от 570 0 С до 600 0 С, в результате чего на выходе получается огарок, в котором содержится оксид молибдена и примеси. Для этого используются специальные печи. На этом процесс получения молибдена не заканчивается. Существует два своеобразных метода, позволяющих получить чистый оксид молибдена, не загрязненный примесями. К таким способам относится возгонка и последовательные химические воздействия.
Так, при первом способе вещество преобразуется сразу в газообразное состояние, обходя жидкую фазу. Второй способ начинается с воздействия на вещество аммиачной водой, после чего огарок приобретает жидкое состояние. Именно в жидкой фазе происходит очистка от примесей. При этом, осуществляется процесс выпаривания, в результате которого вещество кристаллизируется и получаются полимолибдаты. Они подвергаются воздействию температур в диапазоне 450-500 0 С, что и приводит к получению конечного продукта - чистого оксида молибдена. В составе конечного продукта допустимое максимальное содержание примесей составляет 0,05% от массы.
Чтобы получить компактный металл, чистый оксид вещества обрабатывается в два этапа водородом, а полученное в результате вещество, - плавится.
Молибденовая промышленность зародилась в конце позапрошлого века. Ее началом стала выплавка молибденовой стали, которую осуществили на российском Путиловском предприятии. А в начале 20 века была разработана технология, позволяющая получить молибден в компактном виде с помощью порошковой металлургии. С этого момента считается начало промышленного производства металла.
Стоит отметить, что в России молибденовая промышленность зарождается только после революции - в 30-х годах. Пик ее развития приходится на середину столетия. Этому способствовало открытие и разработка молибденовых месторождений.
Изначально металл считался побочным продуктом, который извлекался из сложных руд. Как правило, основным материалом для этого служили молибдено-вольфрамовые и молибдено-висмутовые руды. Однако в 1933 году, когда в производство был внедрен новый метод получения металла, все кардинально поменялось. Данный метод заключался в выделении молибдена в концентрат из медно-порфировых руд. Кроме того, открытие нового способа существенно увеличило добычу молибдена, которая к 80-м годам составила более 40%.
Страна | Запасы разрабатываемых месторождений, тысячи тонн | Общие разведанные запасы, тысячи тонн |
Китай | 3300 | 8300 |
США | 2700 | 5400 |
Чили | 1100 | 2500 |
Канада | 450 | 910 |
Армения | 200 | 400 |
Россия | 240 | 360 |
Мексика | 90 | 230 |
Перу | 140 | 230 |
Казахстан | 130 | 200 |
Киргизия | 100 | 180 |
Узбекистан | 60 | 150 |
Иран | 50 | 140 |
Монголия | 30 | 50 |
Всего в мире | 8600 | 19 000 |
Где применяется молибден?
В истории самое первое применение молибдена было зафиксировано в Японии еще в 10-13 ст. Существует вероятность, что в те далекие времена, данный металл служил материалом для изготовления холодного оружия.
Сегодня молибденовая промышленность является достаточно развитой отраслью. И, кроме того, что в настоящее время продолжают производить чистый молибден и его сплавы, также существует множество его марок, каждая из которых предназначена для определенных целей. Самые известные марки молибдена:
- МЧ - чистый молибден без присадок. Из этой марки производятся держатели вольфрамовых спиралей и нити накаливания, аноды генераторных ламп.
- МЧВП - чистый молибден без присадок, произведенный методом вакуумной плавки.
- МРН - молибден разного назначения, не содержит присадок, включает большее количество примесей по сравнению с марками МЧ и МЧВП. Предназначена для использования в производстве высокотемпературных нагревателей, экранов, электрических вводов в вакуумные приборы и установки.
- МК - содержит кремнещелочную присадку.
- ЦМ - в качестве присадки используются цирконий и/или титан.
- МР - сплав молибдена с рением.
- МВ - сплав молибдена с вольфрамом.
Таким образом, спустя целые столетия, молибден стал незаменимым компонентом во многих промышленных отраслях. Он применяется:
- в качестве легирующего элемента стали;
- при производстве жаропрочных сплавов, без которых не обходится авиационная, ракетная и ядерная техника;
- для изготовления сплавов, обладающих антикоррозионными свойствами;
- во время производства деталей электровакуумных приборов, нитей ламп накаливания;
- для изготовления лопаток турбин;
- в энергетических ядерных реакторах;
- в качестве смазочных материалов, а также катализатора гидрогенизации;
- при изготовлении лакокрасочных материалов;
- в химической, нефтяной промышленности, а также в металлургии.
70-80 % добываемого молибдена идет на производство легированных сталей. Остальное количество применяется в форме чистого металла и сплавов на его основе, сплавов с цветными и редкими металлами, а также в виде химических соединений. Молибден используется для легирования сталей, как компонент жаропрочных и коррозионностойких сплавов.
Стволы орудий и ружей, детали самолетов и автомобилей, паровые котлы и турбины, режущие инструменты и бритвенные лезвия - все это молибденовая сталь. Благотворно влияет молибден и на свойства чугуна: повышается прочность металла, увеличивается его износостойкость.
Хром-молибденовые и никель-молибденовые стали использовались (используются и сейчас) при выплавке металла для стволов артиллерийских орудий, винтовок, ствольных коробок и бронебойных снарядов благодаря своей высокой упругости и способности к точной токарной обработке. Конец войны и последующее снижение спроса дали толчок новым исследованиям применения молибдена. В 1925 немецкая фирма BASF (Баденская анилиново-содовая фабрика) запатентовала молибденсодержащий катализатор, устойчивый к действию серы в процессах гидрогенизации угля и повышающий их эффективность. Появилось большое число низколегированных молибденсодержащих автомобильных сталей, а в 1926 с конвейера сошел Wills Saint Claire – первая в мире марка автомобиля, сконструированного из стали с добавкой молибдена. В начале 1930-х началось активное использование молибдена в конструкционных материалах, в производстве быстрорежущих сталей, большинство которых всегда содержит добавку этого элемента.
Сейчас 80% получаемого в мире молибдена используется в черной металлургии: в производстве низколегированных нержавеющих сталей, содержащих менее 4% Mo, быстрорежущих и других инструментальных сталей, доля молибдена в которых достигает 9,5%. Молибден улучшает легирующие свойства хрома в нержавеющих сталях, что особенно важно при их использовании в коррозионных средах, например, морской воде или в качестве конструкционных материалов в процессах нефтехимии. Металлорежущие молибденосодержащие инструменты могут закаливаться в процессе работы. В расплавы сталей элемент добавляется в виде молибдата кальция, молибденового ангидрида или ферромолибдена. Ферромолибден обычно получают при восстановлении огарков от обжига MoS2 в присутствии железа.
Большая часть остального потребления элемента № 42 приходится на молибденсодержащие катализаторы, которые широко примененяются в процессах переработки нефти (крекинга, гидроочистки, риформинга), превращения метанола в формальдегид, парофазного окисления пропилена в акролеин, аммонолиза толуола, эпоксидирования различных алкенов и других.
Чистый молибден находит ограниченное применение при изготовлении нагревательных элементов, а также в электровакуумной технике и электроламповом производстве.
Первое место в мире по потреблению молибденовой продукции занимает Западная Европа (35%), за ней следуют США (25%) и Япония (17%). На долю этих регионов приходится более 90% мирового использования молибдена.
В технике используются некоторые соединения молибдена. Так, MoS 2 - смазочный материал для трущихся частей механизмов; дисилицид Молибдена применяют при изготовлении нагревателей для высокотемпературных печей; Na 2 MoO 4 - в производстве красок и лаков; оксиды Молибдена - катализаторы в химической и нефтяной промышленности.