Подводящие молибденовые провода в лампах накаливания появились в первые дни 20 го века.
Молибден был выбран для этого за его стабильность и прочность при повышенных температурах.
С этого первого применения, ученые и инженеры обнаружили, что другие свойства молибдена делают его незаменимым материалом для многих технических решений. Молибден и его сплавы широко применяются в промышленности и электроники, особенно в черной металлургии для высокотемпературных сплавов.
Многие из них используют прочность молибдена и стабильность при высоких температурах, так же как и первый проводящий провод в лампе накаливания. Тем не менее, молибден имеет много других свойств, которые делают его привлекательным для использования на производстве и для производства, в том числе, как традиционный компонент высокотемпературных промышленных сплавов. Купить молибденовый тигель по ссылке можно по очень привлекательной цене.
Основные свойства молибдена:
Высокая теплопроводность;
. Высокая электропроводность;
. Низкий коэффициент теплового расширения;
. Устойчивость к воздействию расплавленного металла;
. Совместимость с большинством стекольных композиций;
. Термическая стойкость;
. Высокая жесткость, и прочное сцепление со стеклом используется в лампах и электронных устройствах;
Так как многие из его свойств привлекательны для инженеров и конструкторов, металл молибдена и его сплавы используется в:
Осветительные приборы;
. Электрические и электронные приборы;
. Медицинское оборудование;
. Оборудование для обработки материалов;
. Высокотемпературные печи и сопутствующее оборудование термическому напылению покрытий;
. Аэрокосмические и оборонные компоненты;
Применение во всех этих областях требует уникальные комбинации нескольких свойств. Молибден и его сплавы, а также композитные материалы, которые используют молибденовый металл, обеспечивают уникальные комбинации тепло- и электропроводности, теплового расширения, высокотемпературную прочность и сопротивление ползучести, пара давление, экологическую стабильность,
устойчивость к истиранию и износу, которые делают их идеальными.
Эта статья намерена помочь читателю понять, почему этот уникальный материал находит применение в таких разнообразных областях. В ней также представлена некоторая информация по применению и изготовлению техники из молибдена и его сплавов.
Как изготавливаются молибденовые металлические изделия
Поскольку чистый молибден плавится при очень высокой температуре, и потому, что окисляет он при относительно низких температурах, традиционные процессы плавления не могут извлечь металл из руды. Вместо этого, руда перерабатывается с помощью серии шлифования и стадии разделения, чтобы изолировать MoS (Дисульфид молибдена) от других компонентов. Этот изолированный материал, содержащий вплоть до около 90% MoS "обжаривают" в воздухе для производства МоО (Молибденовый оксид) и (диоксид серы). Диоксид серы превращается в серную кислоту и может быть продан для химических применений.
Технический оксид содержит около 57% Мо и меньше чем на 0,1% S, но это не является проблемой для подавляющего большинства технологий производства, где используется оксид, в том числе для производства сплава молибденовой стали.
Тем не менее, технический оксид должен быть очищены химически, чтобы использовать его в производстве металлического молибдена. Оксид сначала растворяют в гидроксиде натрия или аммония, а затем этот
раствор обрабатывают осаждением и фильтрацией, подвергают экстракции растворителем, или сочетают оба способа вместе для удаления примесей.
Свойства и применение молибдена
Существует неразрывная связь между свойствами материала и его применением.
В некоторых случаях применение конкретного свойство (например, электропроводность) является
первостепенным значением. В других странах, сочетание свойств позволяет сделать оптимальный выбор.
Оптимум - это важное слово в этом контексте. Это означает, что в то время как другие материалы могут
иметь преимущество в одном или другом свойстве, сочетание свойств обеспечивает наилучшее решение проблем технического проектирования.
Иногда оптимальным решением будет использование не одного материала, а сочетание материалов, или композитный материал, что позволяет конструктору адаптировать, представляющие интерес свойства, для решения конкретной задачи.
Во всех случаях, экономически эффективными решениями являются те, которые в конечном счете помогают выиграть соревнование. Это означает, что материалы из металлического молибдена, который в сравнении с общепринятыми стандартами конструкторского бюро, как конструкционные материалы являются весьма дорогостоящими должны продемонстрировать значительное преимущество перед конкурентами. Так например, сплавы молибдена обеспечивают более высокую прочность, чем чистый молибден, и помогают сохранить эту силу при температурах выше, чем чистый молибден может терпеть.
Электрические и электронные приборы и производство
В электронике сплавы из молибдена широко используются производителями в вакуумных электронных лампах, используя молибден для опор накаливания и сетки из-за его высокой температурной
прочности и механической стабильности.
Конструкторы твердотельных устройств обнаружили другие свойства, кроме жаропрочности, которые сделали молибденовые соединения незаменимыми на производстве электронных устройств.
Молибден по свои свойствам является близким к кремнию, имеет отличные свойства тепло- и электропроводности. Эти свойства делают его идеальным в качестве субстрата для хрупких устройств ремния. Молибден обеспечивает прочную, жесткую основу, которая проводит электричество к и от устройства и эффективно отводит тепло. Его низкий КТР минимизирует дифференциальные напряжения расширения.
Производство полупроводников
Оборудование для производства полупроводников уже давно использует компоненты молибдена, требующие прочность при температуре и совместимость с агрессивным процессом сред. Процесс ионной имплантации используется для легирования кремниевых пластин с атомами для создания олупроводниковых приборов.
Использование в металлургии
Высокотемпературная обработка
Горячая обработка, жаропрочность и деформационное сопротивление являются важными свойствами
для горячей рабочей оснастки. Молибденовый сплав позволяет формирование температурного режима выше
1100 ° С. Молибденовые сплавы идеально подходят для экструзии латуни, литья металла, обработки жидкого металла и даже литья пластика под давлением.
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.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Молибден - сорок второй элемент Периодической таблицы. Обозначение - Mo от латинского «molybdaeum». Расположен в пятом периоде, VIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 42.
Главным природным соединением молибдена является молибденит, или молибденовый блеск, MoS 2 - минерал, очень похожий по внешнему виду на графит. Общее содержание молибдена в земной коре 0,001% (масс.).
В виде простого вещества молибден представляет собой серебристо-белый металл (рис. 1) плотностью 10,2 г/см 3 , плавящийся при 2620 o С. При комнатной температуре он не изменяется на воздухе, но при накаливании окисляется в белый триоксид MoO 3 . Соляная и разбавленная серная кислота при комнатной температуре не действуют на молибден; он растворяется в азотной или горячей концентрированной серной кислоте.
Рис. 1. Молибден. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса молибдена
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии молибден существует в виде одноатомных молекул Мо, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 95,96.
Изотопы молибдена
Известно, что в природе молибден может находиться в виде пяти шести стабильных изотопов 92 Мо, 94 Мо, 95 Мо, 96 Мо, 97 Мо и 98 Мо. Их массовые числа равны 92, 94, 95, 96, 97 и 98 соответственно. Ядро атома изотопа молибдена 92 Мо содержит сорок два протона и пятьдесят нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы молибдена с массовыми числами от 83-х до 115-ти, а также восемь изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 93 Мо с периодом полураспада равным 4 тысячи лет.
Ионы молибдена
На внешнем энергетическом уровне атома молибдена имеется шесть электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 4 5s 2 .
В результате химического взаимодействия молибден отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Мо o -2e → Мо 2+ ;
Мо o -3e → Мо 3+ ;
Мо o -4e → Мо 4+ ;
Мо o -5e → Мо 5+ ;
Мо o -6e → Мо 6+ .
Молекула и атом молибдена
В свободном состоянии молибден существует в виде одноатомных молекул Мо. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу молибдена:
Сплавы молибдена
Около 80% всего добываемого молибдена расходуется на производство специальных сортов стали. Он входит в состав многих нержавеющих сталей; кроме того, его введение способствует увеличению их жаропрочности.
Из сплава молибдена с танталом изготавливают лабораторную посуду, применяемую в химических лабораториях вместо платиновой.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида молибдена, если его молекулярная формула имеет вид Мо 2 O 3 . |
| Решение | Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%. |
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.
01.04.2019
Все мы знаем, что транспортерная лента выступает в качестве тяговой и несущей части конвейера ленточного типа. Такие изделия производят из разнообразных полимерных...
01.04.2019
Современные утюги очень практичные и удобные. Однако и они требуют регулярного ухода. От состояния утюга зависит качество глажки одежды. Важно, чтобы он был всегда...
01.04.2019
Из нашего материала вы узнаете, что делать, если забился унитаз, как можно прочистить его самостоятельно без вантуза и троса, и почему он засоряется....
01.04.2019
Известная корпорация из Черногории под названием Uniprom, под контролем которой находится алюминиевое предприятие Kombinat Aluminijuma Podgorica, сделала заявление о...
01.04.2019
В наше время, сдавая металлолом, вы имеете уникальную возможность получить максимально быстро неплохой доход, при этом у владельца лома отсутствуют какие-либо...
01.04.2019
На сегодняшний день промышленный демонтаж является весьма популярной услугой, которую необходимо заказывать для сноса строения и х модернизации. Вся процедура состоит из...
31.03.2019
Любая отрасль производства развивается и растёт. Технологии, бывшие прорывными десять лет, уже не кажутся чем-то необычным, что нередко ведёт к потери прибыли, как...
29.03.2019
На территории Объединённых Арабских Эмиратов корпорация United Iron & Steel Company передала в использование комплекс, который состоит из двухтактного агрегата...
29.03.2019
На сегодняшний день электрические лебедки являются не просто востребованными конструкциями, а попросту необходимыми изделиями для подъёма грузов. В таких агрегатах...