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钨的性质及用途
  • 发布日期:2012-08-23      浏览次数:54729
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      钨的性质和主要用途
      一)钨的性质
      钨的熔点为3410℃,沸点约为5900℃,热导率在10~100℃时为174瓦/米·K,在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小,膨胀系数在0~100℃时,为4.5×10-6·K-1
      钨的比电阻约比铜大3倍。电阻率在20℃为10-8欧姆·米。
      钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3),高温强度好,电子发射性能亦佳。
          钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。在冷状态下钨不能进行压力加工。锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。
          常温下钨在空气中稳定,在400-500钨开始明显氧化,形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。
          常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀,但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。
          二)钨的主要用途
          钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。用于制造各种照明用灯泡,电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。
          掺杂钨丝中添加铼。由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶,其测温范围极宽(0~2500℃),温度与热电动势之间的线性关系好,测温反应速度快(3秒),价格相对便宜,是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。
          钨丝不仅触发了一场照明工业的革命,同时还由于它的高熔点,在不丧失其机械完整性的前提下,成为电子的一种热离子发射体,比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。还用于作X射线管的灯丝。在X射线管中,钨丝产生的电子被加速,使之碰撞钨和钨铼合金阳极,再从阳极上发射出X射线。为产生X射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高,因此被电子束碰撞的表面上的斑点非常之热,故在大多数X射线管中使用的是转动阳极。
          此外大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。
          钨的密度为19.25克/厘米3 ,约为铁(7.87/厘米3 )的2.5倍,是周期系zui重的金属元素之一。基于钨的这一特性制造的高密度的钨合金(即高比重钨合金)已成为钨的一个重要应用领域。采用液相烧结工艺,在钨粉中同时加入镍、铁、铜及少量其他元素,即可制成高密度钨合金。根据组分的不同,高密度钨合金可分为钨—镍—铁和钨—镍—铜两个合金系。通过液相烧结,其密度可达17~18.6克/厘米3 。所谓液相烧结是指混合粉末压坯在烧结温度下有一定量液相存在的烧结过程。其优点在于液相润湿固相颗粒并溶解少量固体物质,大大加快了致密化和晶粒长大的过程,并达到极高的相对密度。比如对通常在液相烧结时使用的镍铁粉而言,当烧结进行时,镍铁粉熔化。尽管在固相钨(占95%的体分数)中液态镍铁的溶解度极小,但固态钨却易于溶解在液态镍铁中。一旦液体镍铁润湿钨粒并溶解一部分钨粉,钨颗粒则改变形状,其内部孔隙当液流进入时立即消失。过程继续下去,则钨颗粒不断粗化和生长,到zui后产生接近100%致密且具有zui佳显微组织的zui终产品。
          用液相烧结制成高密度钨合金除密度高外还有比纯钨更好的冲击性能,其主要用途是制造高穿透力的军用穿甲弹。
          碳化钨在1000℃以上的高温仍能保持良好的硬度,是切削、研磨的理想工具。1923年德国的施罗特尔(Schroter)正是利用WC的这一特性才发明WC-Co硬质合金的。由于WC-Co硬质合金作为切削刀具及拉伸、冲压模具带来了巨大的商机,很快在1926~1927
      年便实现了工业化生产。简单地说,先将钨粉(或W03)与碳黑的混合物在氢气或真空中于一定温度下碳化,即制成碳化钨(WC),再将WC与金属粘结剂钴按一定比例配料,经过制粉、成型、烧结等工艺,制成刀具、模具、轧辊、冲击凿岩钻头等硬质合金制品。
          目前使用的碳化钨基硬质合金大体上可分为碳化钨—钴、碳化钨—碳化钛—钴、碳化钨—碳化钛—碳化钽(铌)—钴及钢结硬质合金等四类,在当前全球每年约5万吨钨的消费量中,碳化钨基硬质合金约占63%。据zui近的消息,全球硬质合金的总产量约33000吨/年,消耗钨总供应量的50%~55%。
          钨是高速工具钢、合金结构钢、弹簧钢、耐热钢和不锈钢的主要合金元素,用于生产特种钢的钨的用量很大。
          钨可以通过固溶强化、沉淀强化和弥散强化等方法实现合金化,借以提高钨材的高温强度、塑性。通过合金化,钨已形成多种对当代人类文明有重大影响的有色金属合金。
          钨中加入铼(3%~26%)能显著提高延展性(塑性)及再结晶温度。某些钨铼合金经适当高温退火处理后,延伸率可达到5%,远较纯钨或掺杂钨的1%~3%为高。
      钨中加入0.4%~4.2%氧化钍(ThO2)形成的钨钍合金,具有很高的热电子发射能力,可用作电子管热阴极、氩弧焊电极等,但ThO2的放射性长期未得到解决。
      我国研制的铈钨(W-CeO2)合金及用La2O3和Y203作弥散剂制成的镧钨、钇钨合金(氧化物含量一般在2.2%以下)代替W-Th02合金,均已大量用作氩弧焊、等离子焊接与切割及非自耗电弧炉等多种高温电极。
          钨铜、钨银合金是一种组成元素间并无反应因而不形成新相的粉冶复合材料。钨银、钨铜合金实际上不是合金,故被视为假合金。钨银合金即是常提及的渗银钨。此类合金含20%~70%铜或银,兼有铜、银的优异导电导热性能与钨的高熔点、耐烧蚀等性能,主要用作火箭喷嘴、电触点及半导体支承件。国外一种北极星A-3导弹的喷嘴就是用渗有10%~15%银的钨管制造的,重量达数百千克的阿波罗宇宙飞船用的火箭喷嘴也是钨制造的。
          钨钼合金具有比纯钨更高的电阻率、更优异的韧性,已用作电子管热丝、玻璃密封引出线。钨作为合金元素,在有色金属合金中要提及的还有超合金。上个世纪40年代为适应航空用涡轮发动机对高温材料的需要,在隆隆的炮火中诞生了超合金。超合金由镍基、钴基、铁基三类特种结构合金组成。它们在高温(500~1050 ℃)下作业时仍能保持极高的强度、抗蠕变性能、抗氧化性能及耐蚀性。此外,它们在长达数年的使用期限内,可保证不会断裂,也就是具有耐高周期疲劳和低周期疲劳的特性。这类性能对人命关天的航空航天产业万分重要。
      目前使用的知名超合金共有35~40个牌号,其中相当一部分的主成分之一为钨(见表)某些超合金的组成部分                 (重量)%
       
      合金
      组成
      Cr               
      Ni
      Co
      Mo
      W
      Nb
      Ti
      Al
      Fe
      C
      其他
      Fe-Ni
      19-9DL
      19.9
      9.0
       
      1.25
      1.25
      0.4
      0.3
       
      66.8
      0.30
      1.10Mn0.6Si
      Ni
      Rene80 Rene95
      MAR-M247 INMA-6000E
       
      14.0
      14.0
      8.25
      15.0
       
      60.0
      61.0
      59.0
      68.5
       
      9.5
      8.0
      10.0



      4.0
      3.5
      0.7
      2.0

      4.0
      3.5
      10.0
      4.0


      3.5

      5.0
      2.5
      1.0
      2.5

      3.0
      3.5
      5.5
      4.5
       

      <0.3
      <0.5

      0.17
      0.16
      0.15
      0.05

      0.015B,0.03Zr
      0.01B,0.05Zr
      0.015B
      1.1Y2O3,2.0Ta,
      0.01B,0.15Zr
      Co
      Haynesm25
      (L605) Haynesl88 S-816
      X-40
      WI-52
      MAR-M3O2 MAR-M5O9
      J-1570 



      20.0
      22.0
      20.0
      22.0
      21.0
      21.5
      23.5
      20.0


      10.0
      22.0
      20.0
      10.0


      10.0
      28.0


      50.0
      37.0
      42.0
      57.5
      63.5
      58.0
      54.5
      46.0




      4.0


      15.0
      14.5
      4.0
      7.5
      11.0
      10.0
      7.0




      4.0








      0.2
      4.0







      3.0
      3.0
      zui大
      4.0
      1.5
      2.0
      0.5

      2.0


      0.10
      0.10
      0.38
      0.50
      0.45
      0.85
      0.6
      0.2


      1.5Mn
      0.90La

      0.5Mn,0.5Si
      2.0Nb+Ta
      9.0Ta,0.005B,0.2Zr
      0.5Zr
      这些合金中钨的用量zui低为0.6%,zui高为15%,占有比例并不高,但从高温工程如航空工业和热电厂对他们的需求数量看,其用量将十分可观。估计全球在超合金中,大约2/3以上用于航空航天业,1/7用于核电站、燃气涡轮电站,另1/7用于海事作业和运输业。
      钨的主要问题是咨源短缺。为此一些钨资源短缺地区如欧洲开展了以钼代钨的研究,另外从节约材料的角度考虑,国外还出现了高工效的涂层硬质合金。估计硬质合金涂层本身在硬度、化学稳定性、耐磨性能、摩擦系数(要求低)、热导率以及阻挡钴和碳从基材(衬底)扩散的有效性等方面大体已经解决。
      在电子工业尤其是集成电路制造中,利用化学气相沉积(CVD)在衬底上形成薄膜的技术,是一项与粉冶技术生产钨的体材料(块材)产品完全不同的工艺。zui常见的是用六氟化钨作CVD沉积过程的钨源。室温下的WF6是液体,但通过待涂覆的零件时WE6因本身极高的蒸气压而与氢气合流,在大约300℃通过WF6+3H2→W+6HF反应而有选择地涂在工件表面上。如沉积在集成电路上形成的钨通道(vias)作为小的金属插头可连接到电路板的另一条水平导线上。这种小插头的直径为0.4毫米,长径比为2.5,以后还可以把直径缩小到0.1毫米,使长径比达到5。由于钨具有优异的导电性,且不与周围的材料反应等条件,因此CVD法是填充通道、净化不需要钨的表面的*方法。
      钼的性质和主要用途
      钼的性质
          钼与钨的性质非常相近,其沸点和导电性能突出,线热膨胀系数小,较钨易于加工。
          金属钼的热导率[135瓦/(米·开)]与比热[0.276千焦/(千克·开)]呈zui佳搭配,使它成为抗热震和热疲劳的天然选择。它的熔点为2620℃,次于钨、钽,但密度却较之低得多,因此其比强度(强度/密度)大于钨、钽等金属,在对重量要求极关键的应用中,更为有效。钼在1200℃仍有高的强度。
          钼的主要缺点是抗高温氧化性能差(高于600℃迅速氧化)和室温延性不佳。为扬长避短,对高温氧化问题多采用涂层(如涂MoSi2、镀镍、镀铬等)办法控制;对塑性过差即通常说的低温脆化的欠缺,则通过合金强化和加人碳化物实现强化等措施解决。
      钨(W)、铼(Re)、钽(Ta)、钛(Ti)和锆(Zr)等是常见的固溶强化元素。钨是钼的主要固溶强化元素,铼可把延脆转变温度降到—200℃。由它们形成的工业钼合金参见表。其中由镧构成的钼镧合金显示出极为突出的抗蠕变及高温变形能力,其在高温下的这一特性表现得尤为明显。
       
       
       
       
      工业钼合金及其应用
      合金
      标称成分(重量%)
         
      纯钼
      TZM
      MHC
      Mo—W
      Mo—Re
      Mo—La
      99.95Mo
      0.5Ti,O.08Zr,0.03C
      1~1.5Hf,0.03~0.05C
      10~30W
      41~47.5Re
      0.5—1.5La(呈近La2O3状态)
      真空炉、玻璃熔炼、电子器件、热阱
      热加工工具、炉子安装用具
      热加工工具
      熔融锌处理、溅射靶
      行波管、火箭助推器
      烧结舟皿
      钼的用途
          从全球的消费结构看,钼确实称得上是铁的同盟军。西方发达国家对钼的需求80%源于钢铁,不锈钢吸纳30%的钼,低合金钢吸纳30%,钻探刀头和切削刀具占10%,铸钢占10%。另外20%的钼消费在钼化学制品、钼基润滑剂和石油精炼等方面。颇为典型的美国1998年在钢铁生产中钼的消费比例是75%。
          此外以钼为基的合金在电子、金属加工及航天工业中也得到日益广泛的应用。
          1.钼合金
          TZM合金具有优异的高温强度及综合性能,是应用zui广泛的钼合金。美国用TZM合金制作发动机的涡轮盘,其用钼量占钼总用量的15%。我国生产包括TZM钼合金在内的钼材已不下于22个牌号,20世纪90年代初我国钼及钼制品的产量已近200吨。
          TZM和TZC钼合金的高温机械性能比纯钼好,广泛用于制造高温工、模具及各种结构件。我国早在20世纪年代即已成功地将它们制成各种无缝钢管的热穿孔顶头。此种用粉冶技术制造的烧结钼顶头减少了原料消耗(为铸态的50%),平均使用寿命提高1.5~2倍。
      钼铼合金(含50%Re)制成的无缝管高温性能优良,可在接近其熔点的温度下使用,用作热电偶套管和电子管阴极的支架、环、栅极等零件。
          钼及钼合金除具有高温强度,良好的导电、导热和低的热膨胀系数(与电子管用玻璃相近)外,还拥有较钨易于加工的优势,因此用常规加工方法生产的板、带、箔、管、棒、线和型材等在电子管(栅极和阳极)、电光源(支撑材料)零件,金属加工工具(压铸和挤压模、锻模、穿孔顶头、液态金属滤筛)及涡轮盘等部件中得到广泛应用。
          2.钢的合金元素
          钼作为钢材的盟友,和镍、铬一起作为合金元素能够减少合金钢在热处理时经常发生的脆变。在高速钢中用钼代替钨在解决钨资源不足方面,美国走在了前面。据计算,钼具有两倍于钨的“能力”。这样一来含钨18%的钢可由含钼9%的钢代替(同时加入铬与钒),大大降低了钢的生产成本。钼在不锈钢内的作用是提高耐蚀性、增加高温强度及改善可焊性。可见钼在钢铁工业中有着非同凡响的作用。
          3.其他应用
          钼在真空炉工作的温度和压力下,具有极低的蒸气压。因此钼零件对炉内工件或工作物质的污染zui少,并且蒸发损失肯定不会制约诸如加热元件和隔热包封等钼质高温零件的使用寿命。
          在制造玻璃制品方面钼的高温强度使它成为快速加热期间zui为理想的电极与处理和加工设备。钼与大多数玻璃组分在化学上是相容的,更不会由于小量钼溶解在玻璃熔槽内而造成有害的发色效应。作为玻璃熔炼炉中的加热电极,其寿命可长达3~5年。
          4.新兴应用
          解决钼的低温延性和高温氧化问题的主要途径就是开发一种以二硅化钼(MoSi2)为基的先进复合材料。
          钼与氧接触形成的Mo02在800℃升华,冷凝时得到一种黄白色的翳状物,给发挥钼在高温强度和抗蠕变性能上的优势造成了严重的工程问题。为此采用了有自愈能力的富硅涂层,然而这种涂层抗热循环效应的能力极差。而以二硅化钼作基体的复合材料Mo-Si-B的高温强度和抗氧化能力极好,但延性差,生产小批量商用产品。为解决延性问题,zui近确定了这种钼—硅—硼系复合材料的组成范围,使之除抗氧化性能奇佳外,高温机械性能与TZM合金相当。该复合材以Mo5SiB(T2)为基体相,以金属钼为第二相。金属相提高了复合材料的延性,基体相可形成自愈性的氧化皮。目前制成的同时加入钛的Mo-6Ti-2.2Si-1.1B复合材料在1370℃下暴露在空气中2小时,肉眼几乎看不到变化,较之TZM还要优越。这是钼基合金一项了不起的成就。
          钼的第二项新成就是作充填炸药弹头的内衬(军事上叫药型罩),这种弹头在军事和工业应用中可穿透和切削很深的深度。在这类装置内,内衬周围的炸药以可控的方式起爆,使内衬以一种非常奇特的方式变形。变形使内衬材料产生有极高速度、极大张力的棒状碎片(喷射器)可深深地穿入靶材或目标。
          衬钼炸药药型罩的开发是一个崭新的研究领域。传统弹头药型内衬材料是铜,但钼的声速为5.12千米/秒(铜为3.94千米/秒)、密度10.2克/厘米3(铜为8.93克/厘米3)。为获得高速相干喷射,尖头必须要有高的声速。使用钼的药型设计可使喷射尖头的速度大于12千米/秒,而使用铜速度尚不足10千米/秒。两者速度相差20%~25%,其原因就在于高声速使尖头的能量增加,从而导致穿透力提高。的炸药药型罩以锥形和嗽叭型为好。用钼代铜将是军械上的一项重要改革。   
          钼的第三项新成就是制造平板型显示设备。在电子行业,平板型显示设备至今仍然使用有源矩阵液晶显示(LCD)技术。但LCD正与处于不同开发阶段的场发射显示(FED)、电致发光显示(EL)、等离子体显示面板(PDP)、阴极射线发光显示(CRT)及真空荧光显示(VFD))进行着的激烈竞争。在这项显示工艺中,显示借两块被真空隔离的玻璃薄片实现。背面的玻璃当作阴极,在这片玻璃上以场发射极阵列的形式分布着5亿个以上的发射极,发射极间的间隔比电视屏幕上的象素小得多。发射极即由钼制造,它们在显示时既可单独控制亦可分组控制。鉴于它们的视角宽,响应时间快,有宽的温度范围公差,特别是功耗低,与要求清晰、明亮、可移动、耐用的潮流一起,成为发展乎板显示工艺的主要推动力。显示市场有高达100亿美元以上的市场。平板显示工艺用电子束蒸发将钼沉积在发射极上,其用量虽少,但对发展大屏幕、高清晰度电视却有着不可限量的前程。
      钼的用途
      钼是一种金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂。它可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性,还可增强其耐高强度及耐腐蚀性能。

      尽管钼主要应用于钢铁领域,但由于钼本身具有多种特性,它在其它合金领域及化工领域的应用也不断扩大。

      实验证明,钼化合物具有低的毒性,这是钼区别于其它重金属的显著特征之一。

      钼资源:
      1、储 量
      钼从来不以天然元素状态出现,而总是和其它元素结合在一起。虽然发现的钼矿物许许多多,但*有工业开采价值的只有辉钼矿(MoS2)-一种钼的天然硫化物。矿床中,辉钼矿的一般品位为0.01%~0.50%,并常常与其它金属(特别是铜)的硫化物结合在一起。
      世界钼资源主要分布在美及南美的西部山区,美国是世界上*大产钼国,也是世界上钼储量zui大的国家,为5 .4百万吨,几乎占全球钼总储量的一半。
      2、矿 床
      钼矿床可分为下面三种类型:
      原生钼矿,主要提取辉钼矿精矿;
      次生钼矿,从主产品铜中分离钼;
      共生钼矿,这类钼矿床中钼和铜的工业开采价值均等。

      参考资料:http://knology.chinaccm.com/phrase-2006011014140100295.html
      回答者:dlssk12345 - 初入江湖三级 1-17 10:37
      线切割的钼丝,电子管内部的构件
      回答者:匿名 1-17 12:19
      黑色材料



      合金钢、不锈钢、工具钢及铸铁是钼的主要应用领域,其生产量决定着钼的需求,钼在上述钢铁中的作用如下:
      ● 降低冷却速率至适当值获得一种硬马氏体组织,因而提高了大截面构件的强度、硬度和韧性;
      ● 降低回火脆性;
      ● 抗氢脆;
      ● 抗硫化物引起的应力开裂;
      ● 提高高强度;
      ● 改善不锈钢的防腐性,特别是防氯化物点蚀;
      ● 改善高强度低合金钢的焊接性能。
      有色合金

      在大多数超合金及许多镍基、钛基合金中,钼是一种重要的添加元素。在高下钼能有效加速固体强化,防止氯化物点蚀,提高在还原液中的防腐性能。

      钼基合金

      钼及钼合金的用途十分广泛,这是因为它有许多特性,如强度高(2000℃),热膨胀系数低,优良的导热与导电性能,对熔融玻璃、熔盐及熔融金属有较高的防腐性,还可提高薄涂料的耐磨性。
      钼 钢

      钼是一种特殊钢合金元素,钼不仅将其许多优良性能带入了钢中,而且也很容易地添加到熔融金属中。往钢中添加氧化钼、钼铁或含钼废钢,能大大减小熔炼损耗。


      1997年按zui终用途分类的钼的消耗量(总钼含量:115000吨)

      渗碳钢

      钼(0.15%~0.30%)被用于渗碳钢中,可提高心部低碳部分的可硬化性,同时可增加高碳部分的韧性。对于大截面的零件,如齿轮等,尤其有效。在渗碳过程中钼不被氧化,作为有效的硬化剂,钼不会导致表面产生裂纹和剥落。


      用Hasloy CW6M 铸造的含钼达到20%的可耐高严重腐蚀的阀门

      高钢

      相对于其它合金元素,钼原子很大。所以,它是非常有效的强化剂,可提高钢的蠕变强度到能够在600℃左右使用的程度。它的尺寸有效地阻止了砷原子向晶界的迁移,从而防止了回火脆性。氢扩散也被阻止并使氢致开裂的程度减低到极小。
      应用了钼的这些特性的zui早的一种高钢是0.50% C- Mo钢。它已被含钼0.50%~2.0%的Cr-Mo系列钢取代。2.25Cr-1.0%Mo钢是一种主力合金钢,广泛用于石油精炼厂、发电厂和石化厂的设备中。
      高强度低合金(HSLA)钢

      钼对低碳微合金HSLA钢的发展起了重要的作用。添加0.1%~0.3%的钼可细化针状铁素体晶粒组织,并可增强从其它合金元素获得的沉淀硬化效果。

      不必进行强化热处理,HSLA钢就能获得450~600 MPa(65~85 ksi)的高屈服强度。由于塑脆性转变度低至-60 ℃,这些材料被大量用于修建通向遥远的极油气田的管道。较薄尺寸的含钼HSLA钢具有良好的可成形性,它们的高强度/重量比使其成为理想的汽车构件材料。

      石油工业管材

      对石油新来源的不断探索已使深油层的开发和发展成为必要,而深油层经常受到腐蚀性的二硫化氢、二氧化碳和高氯化盐水的污染,因而含钼0.15%~0.25%的AISI 4100系列Cr-Mo钢被广泛应用。经改进的含钼0.4%~0.6%的4140系列是对硫化物应力蚀裂(SCC)zui具抵抗力的低合金钢,可用于含硫井。随着钻井深度的加深及使用条件的不断恶化,含钼更高的不锈钢和镍基合金,如合金C -22(13% Mo)和合金C -276(16% Mo)的应用将不断增加。
      不锈钢

      由于铬可在钢表面自然形成薄的具有保护作用的钝化膜,所以不锈钢具有耐蚀性。钼可使此钝化膜更强固,并可在钝化膜被氯化物破坏时使其迅速再生。钼含量的增加可提高不锈钢上麻点及裂缝的抗蚀性。
      316型(2%~3% Mo)是zui广泛应用的含钼不锈钢。它被指定用作食品处理和加工及医药品生产使用的罐、管道和热交换器材料。增加钼含量可增强对空气中的氯化物的抵抗作用,所以316型可用作海上及海岸周围建筑的选择材料。316型被用于包覆伦敦Canary Wharf 建筑物和世界上zui高的建筑物-位于马来西亚吉隆坡的Petronas 塔的外层。
      双相不锈钢(3%~4% Mo)强度高并对氯化物应力腐蚀开裂具有优良的抗性。zui初在石油天然气工业中用作输送管的多用途不锈钢现在被更多地应用于化学加工和石油化学工业,并用作纸浆造纸工业的蒸煮器。
      zui具抗蚀性的不锈钢含6%~7.3%Mo。这类合金钢被用作发电厂的冷凝器、海底管道以及核发电厂的关键部件,如工业用水管道。1996年在南韩的一个火力发电厂中,选用含Mo 6%的不锈钢用于装有20多个烟气脱硫洗涤器的吸收塔上。
      麻点/隙间腐蚀

      钝态氧化铬层在晶界附近和非金属夹杂物附近非常敏感,可形成微电池并迅速产生麻点。缺氧区域,如垫圈下或搭接处,对类似的腐蚀是很敏感的,而它通常被称作隙间腐蚀。
      钼是防止麻点腐蚀及隙间腐蚀的zui有效的成本zui低廉的合金元素。暴露在高下的腐蚀介质中,尤其是含氯化物和硫化物的腐蚀介质中的不锈钢,其中若有外加的或残余的拉应力存在,应力腐蚀开裂(SCC)就会发生。增加钼含量是提高钢抗应力腐蚀开裂的一种zui有效的方法。
      上图示出了在卡罗来纳大西洋上的LaQue Corrosion Services 的海上大气测试设备上暴露了56年的304型(不含MO)和316型(含3%~4% Mo)测试板。316型未被腐蚀,在非常恶劣的环境下保持优良状态长达半个多世纪。不含钼的不锈钢被严重腐蚀。此照片形象地反映了不锈钢中添加钼的有益效果。
      在极其恶劣的操作环境中工作的发电厂的洗涤器、纸浆造纸及化学加工中的设备需要采用含钼量非常高的合金。含钼非常高的合金包括典型的含6%~8%Mo的合金和含10%~16% Mo的镍基合金。
      工具钢和高速钢

      钼的zui早应用之一是在工具钢及高速钢中用作钨的替代物,很有效且成本低廉。钼的原子量大约是钨的一半,所以1%的钼大致相当于2%的钨。由于这些高合金钢被用于金属零件的加工、切削和成形,所以必须在较大的度范围内兼具高硬度、高强度和高韧性。
      工具钢

      钼可提高工具钢的硬度和耐磨性。通过降低"临界冷却速率",钼可促进zui佳马氏体基体的形成,甚至可用于在不扭曲或不开裂的情况下不能迅速冷却的大块复杂铸件上。钼可与铬之类的元素合用形成特别硬的耐磨碳化物。
      由于对工具钢的性能要求不断提高,所以其含钼量也就不断增加。
      Mo%
      塑性铸造钢
      0.5(zui大)
      冷变形钢 0.5~1.0
      热变形钢 3.0(zui大)

      高速钢

      当工具钢中钼、钨和钒的总含量大于7%且含碳量大于0.6%时,被称为高速钢。此术语是对其能够"高速"切割金属的性能的描述。直到20世纪50年代,含钨18%的T-1还是的切削钢,但是可控气氛热处理炉的出现使钼全部或部分取代钨成为现实,且十分经济有效。
      选定的高速钢的典型成分(%)

      级别 C Cr Mo W V
      T-1 0.75 - - 18.0 1.1
      M-2 0.95 4.2 5.0 6.0 2.0
      M-7 1.00 3.8 8.7 1.6 2.0
      M-42 1.10 3.8 9.5 1.5 1.2


      添加5%~10%的钼可有效地使高速钢的硬度和韧性达到zui佳,并在切割金属时产生的高下保持这些特性。钼还有一个优点:在高下,如果铁和铬的初生碳化物在尺寸上迅速长大,那么钢就会变软变脆。
      钼,尤其是与钒结合的钼,可将碳化物重组为在高下较稳定的微小的二次碳化物,从而使钢的软化脆化程度减低到zui小。
      高速钢的zui大用途是用于制造各种切削工具:钻头、铣刀、齿轮刀具、锯条等。
      通过在高速钢表面涂敷薄的但很硬的碳化钛涂层,高速钢有用的切削特性将被进一步提高,该种涂层可减少磨损、提高耐磨性,从而提高切削速度并延长工具寿命。
      含钼高速钢的特别高磨损性能使其在汽车阀门镶嵌件和凸轮环的新领域的应用很理想。
      铸 铁

      钼可通过降低珠光体转变度来提高铸铁的强度和硬度。它还可提高高下的强度和蠕变阻力。含钼2%~3% 的高铬铸铁比不含钼的高铬铸铁显示出了更大的冲击韧性,且在恶劣的磨蚀条件下应用很理想,比如,在采矿、铣削、破碎等过程中的应用。这些铸铁具有合格的性能,这就不必进行费用高昂的热处理,使其成为其它磨擦材料的价格低廉的替代物。降低奥氏体形成元素比如镍和锰的含量,还能将低奥氏体的保持力--引起过早损毁的潜在原因减低到zui小。
      硅含量达到4%,钼含量达到1%的高Si-Mo塑性铁的应用越来越引起人们的兴趣。它们能在600℃工作的良好强度使其成为在高应用中合金含量较高的铁和钢的有效的价格低廉的替代物,如在涡轮增压器外壳、发动机排气歧管和加热炉构件中的应用。经奥氏体淬火的球墨铸铁具有独特的显微组织,其强度超过了1000 MPa(145 ksi ),且具有良好的冲击韧性。它们的特异性能使其在特殊应用中很理想,如发电、船发动机和大型采矿设备需要的大齿轮和机轴。
      粉末冶金

      提高高速钢之类的高合金铸锭材料中的合金含量的zui主要限制是在慢冷却过程中有偏析倾向。粉末冶金技术使钢液雾化为微滴,微滴冷却得极其迅速,防止了内部偏析的发生。通过这些颗粒的凝结产生的钢具有相当均匀的显微组织,与同等的传统品牌的钢相比,它具有无数的优点。许多粉末冶金(PM)高速钢、不锈钢和镍基合金已大量投入市场,而且这种技术预示将来可能生产出高合金钢的新一代产品。
      在超耐热合金工业中,粉末冶金(PM)技术能够生产出高合金含量的关键零 件,如燃汽轮机部件。上图 在微电子器件中用于热处理的Mo/Cu和W/Cu散热片
      钼基合金

      钼金属通常是采用粉末冶金技术生产出来的,钼粉被流体静压力压制成生坯并在约2100 ℃烧结。
      在870~1260 ℃的范围内进行热加工。当钼在空气中在约600 ℃以上被加热时形成挥发性的氧化物,所以它的高应用被局限在无氧化或真空环境中。 右下图为含钼量高的蒸汽涡轮机转轴的钢质叶片
      钼合金在高(达到1900 ℃)下具有良好的强度和机械稳定性。它们的高延展性和韧性使其对缺陷和脆性断裂的容限比陶瓷要高。
      钼合金的独特的性能使其具有多种用途:
      · 高发热元件、辐射防护屏、挤压模具、锻造模具等;
      · 用于临床诊断的旋转X-射线阳极;
      · 耐熔融玻璃腐蚀的玻璃熔化炉电极和零件;
      · 用作半导体芯片防振垫的散热器,其热膨胀系数与硅相匹配;
      · 溅射层,只有几埃(10-7 mm)厚,用作集成电路芯片的门及互连;
      · 喷射涂层,用于汽车活塞环和机器零件,以减低摩擦改善磨损。
      钼与其它金属组成合金可有许多专门用途:
      · 钼-钨合金以其对熔融锌的优越的耐蚀抗性而闻名;
      · 包覆铜的钼可用作具有低延伸率、高传导率的电子电路板;
      · Mo-25%Re合金用作火箭发动机元件和液体金属热交换器,它们必须在室下具有可延展性。


      钼粉的球状团聚物

      超耐热合金和镍基合金

      钼提高了不锈钢的耐蚀性,同样它也能增强镍基合金的抗腐蚀性和机械性能。许多含钼量高、耐蚀性强的镍基合金被广泛地应用在许多领域。
      钼在超高合金中是非常有效的基体强化剂,超高合金使喷气发动机成为现实。钼(达到5%)强化了镍基体并通过将镍基与γ初析出相分割开来扩充其工作度。这些合金被广泛用于旋转构件中,如涡轮机叶片及喷气发动机的涡轮圆盘。高钼合金,如X合金(含钼9%),应用于许多固定的燃烧构件中。现今的超高合金占喷气发动机重量的三分之一以上。Slite21,一种含钼5%的钴基熔模铸造合金,对体液具有良好的抗腐蚀性,被广泛地用于制造假肢。
      钛基合金

      α-β型钛基合金中通常添加不超过5%的钼。这些材料可被有效地热处理至强度超过1000 MPa(145 ksi),用作航空工业的发动机的空气压缩机及要求低重量、高强度和高耐蚀性的构件中。
      化学应用
      钼基化学制品具有在 4、 5和 6氧化态之间转变的多种化学性能。由钼酸盐制造的材料包括氧化催化剂,具有感光性和半导电性能。通过对钼化学性质的研究,钼的许多性能为其提供了发展的机会和新的工业性应用。钼化合物通常可用作毒性元素的安全的替代品。

      催化剂

      钼基催化剂的应用很广泛。当与钴和镍结合时,钼被用于石油工业,因为它能够将通常存在于原油中的有机硫化合物中的硫去除。由于世界原油供应的进一步扩大及低硫原油的越来越少,钼基催化剂的应用将会增加。钼催化剂在有硫存在的情况下,能够将对废料进行高分解产生的氢和一氧化碳转换为醇类,否则可致贵金属催化剂中毒。钼还将煤转换为液态。钼不仅可用于经济的燃料精炼,而且在为我们提供一个较安全的环境方面做了贡献,因为它排硫量较少。
      作为选择性氧化催化剂的一个成分,钼可将丙烯、氨水和空气转换为丙烯腈、乙晴和其它化学品,这些材料对塑料和纺织工业很重要。
      颜 料

      钼酸盐由于具备两种特性而被采用,即稳定的成色和耐蚀性能。
      钼橙具有光和热稳定性,颜色从鲜红色-橙色到红色-黄色,被用于颜料和墨水、塑料、橡胶产品、及陶瓷中。磷钼酸,被用来沉淀染料Mithyl Violet(甲紫)和Victoria Blue(维多利亚蓝)。白色的缓蚀颜料被用作底漆。
      缓蚀剂

      钼酸钠由于在较大的Ph值范围内在低碳钢中具有缓蚀作用而取代铬酸盐几十年了。钼酸盐毒性非常低,而且是对通常添加在缓蚀剂中的有机添加剂有很弱腐蚀性的氧化剂。在空调冷却水和加热系统的构造中,保护低碳钢以防腐蚀是其主要用途。钼酸盐溶液可防止钢件在加工过程中生锈,并被用在水基液压系统中。还可用作汽车发动机防冻剂的添加剂。
      缓蚀颜料,主要是钼酸锌,也有钙和锶的钼酸盐,被用作工业颜料。这些颜料是白色的,可用作底漆或其它颜色的调配剂。(右图 二硫化钼薄膜横截面的片状结构)

      抑烟剂

      在电子工程中,导线和电缆的绝缘层可能对消防人员及在飞机和医院中的人造成烟火危害。八钼酸铵与聚氯乙烯合用会抑制烟尘的形成。随着录像机、和计算机网络的不断增加,这些应用也会不断增加和发展。
      润滑剂

      二硫化钼是zui常见的钼的自然形态,从矿石中提取净化后直接用作润滑剂。由于二硫化钼为层状结构,因而是一种很有效的润滑剂。这些分层能够在彼此间相互滑动,允许在钢面和其他金属面上流动自如,即使在重压下也是如此,如轴承表面。因为二硫化钼是地热作用形成的,它具有承受热压的化学稳定性。少量的硫与铁反应并形成一个硫化物层,该硫化物层与硫化钼是相容的,保持润滑膜。二硫化钼对许多化学品具有惰性,并在真空下会完成其润滑作用,而石墨则不能。
      二硫化钼与其它固体润滑剂相比有许多独特的性能,包括:
      ● 二硫化钼不同于石墨,它的摩擦系数低(0.03~0.06),不是吸附膜或气体所致,润滑性是它本身所固有的;
      ● 与金属的亲和力强;
      ● 具有膜成型结构;
      ● 屈服强度高达3450 MPa(500千磅/平方英寸);
      ● 在大多数溶剂中具有稳定性;
      ● 在空气中, 低350℃下有极好的润滑性能(在1200℃惰性或真空条件下)
      钼的化合物和水溶性的硫化合物溶液混合后在切削液和金属成型材料中具有润滑性和缓蚀性。油溶性的钼硫化合物,如硫代磷酸盐和硫代氨基甲酸盐,能避免发动机的磨损、氧化和腐蚀。有好几个商业制造厂家都生产这些润滑添加剂。
      钼含量 产品类型 用途
      1‐20 润滑脂:制造、采矿和运输 滚珠和辊子轴承及滚柱轴承、齿槽、底盘及传送器
      20‐60 糊状物:矿物或合成碱 机器的装配,齿槽、齿轮、万向节、金属成型
      0.5‐5 工业油和发动机油或合成液 所有汽车和工业齿轮、减压器、凸轮等
      1‐20 水性悬浮液 金属加工及工艺、加工润滑剂、螺纹、导轨、包装、压模铸造
      达85 胶粘涂料:空气或热愈合的有机或无机涂料 螺纹、工具、开关琐、阀门、导轨、加工润滑剂、金属加工
      1‐40 金属加工混用化合物、肥皂、粉末等 挤压、冷成型、拉丝、深冲压
      10‐100 纯粉末或混合粉末 冲裁、冲压、成型、继电器、开关、封装
      复合材料
      1‐10 摩擦产品、烧结的铜制动器 、半金属和非石棉垫 飞机、汽车和火车的刹车衬垫及离合器摩擦片
      1‐30 塑料、橡胶及金属复合材料 齿轮、导轨、轴承垫圈、0形圈
       
       
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