浅析钼在超硬材料行业中应用
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- 分類：钼的知識
- 發佈於：10 一月 2013
- 作者 jinfeng
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钼被列入稀有高熔点金属材料。钨、钼都是同属周期表中VIB族元素，是典型的高熔点金属，它们基本性质相似，但也各具特点，表面具有银灰色光泽，粉末呈暗灰色，他们的共性是：高熔点、高强度、高弹性模量、膨胀系数小、蒸气压低、导电导热性能优越、抗腐蚀性能好，但都具有高温氧化和低温脆性的共同的缺点。因此钼便成为各种结构钢和耐腐蚀钢的主要添加元素。钼具有较好的延伸性，在电子和电气电导热性能优越。
钼发现于1778年，十年后用碳还原钼酸获得金属钼。十九世纪初，用氢还原得到了较纯的钼。大约1910年发现钼能显著改善钢的性能，从此钼便成为各种结构钢和耐蚀钢的主要添加元素。钼具有较好的延伸性使其在电子和电气工业上都得到应用。近十年来在超硬材料行业复合片生产首次将钼及其合金，以板、箔、棒、线各种异性钼球杯、钼梯形杯、钼锥形杯、应用在超硬材料复合片生产中被广泛应用。钼的主要用途是作为不锈钢、工具钢、低合金钢、钛钼合金等各种钢的添加剂。钢中加入钼后能细化晶粒，提高晶粒粗化温度，显著改善钢的淬透性、韧性、高温强度和蠕变性能等。由于钼的熔点高，导电导热性能好，因此可作为高温炉的发热体和反射屏材料，用钼做发热体的电炉工作温度可达1900度，而且使用寿命长，成本低，使其得到了更广泛的应用。
二、钼金属材料的物理性能和特点。钼是周期表中VIB族元素，是典型的高熔点金属。钼具有高熔点、高强度、高弹性模量、膨胀系数小、蒸气压低、导电导热性能优良。钼重要物理性能和高温力学性能如表1所示钼的化学性能。钼是元素周期表中VIB族元素，化合价有2.3.4.5.6几种。在低化合价时呈碱性，高化合价时呈酸性。6价钼的化合物最稳定。钼直到熔点也不与氢反应，氢是制造钼粉的主要还原剂，也是钼高温加工过程中良好的保护气体。
钼与氧能产生多种氧化物。氧化过程与温度的关系可分为四个阶段：
（1）在475℃以下钼与氧生成致密的黏附氧化膜是MoO2薄层，外表层是MoO3。
（2）在475℃-700℃形成氧化膜的同时，发生MoO3蒸发，氧化速度取决于金属表面吸附、化学反应和解吸过程。X射线结构分析表明：氧化膜分两层，内层为MoO2外表层为MoO3。
（3）在700-800℃范围内，内层达到临界厚度后发生破裂，引起氧化速度突然加快。超过725℃，钢的氧化迅速在钼的表面不再生成氧化钼层，只见到黄色氧化物（MoO3）的升华，出现“毁灭性氧化”。这是由于挥发性MoO3和液化钼的出现而成、氧化速度如此之快使氧化反应时释放出来的热来不及扩散，自生热使温度超过MoO3的熔点。这种自催化作用导致材料毁灭性破坏。生产中应利用这种放热反应回收废钼。
（4）超过850℃，MoO3的蒸汽在钼的表面上形成致密的屏蔽层，阻止氧达到钼的表面，氧化速度有所回落。这时氧化速度由氧透过屏蔽层的扩散速率来决定。钼在900℃以上温度和一个气压下吸收氨NH3。在900℃-2600℃之间随温度升高，氨在钼中的溶解度（原子分数）大约由0.01%增加到0.1%。在1500℃左右时生成氮化钼，钼材料在加工过程中吸入氮后会发脆，致密钼材料在氨中加热到1100℃-1500℃时就会有氮化物生成。在分解氨介质中（氨分解为N2和H2）氮化速度比在纯氨中快。氮化物稳定性高。在1000℃-1400℃工作温度下，可用氮化物弥散强化钼合金。所以氨分解不能做钼粉的还原气使用。
三、钼在超硬材料行业的中应用
钼在金刚石、立方氮化硼复合片生产中，利用其高熔点、高强度、高弹性模量、提高抗氧化能力，应用于1000℃--2000℃高温得耐热合金或强合金，在一定载荷下高温应用时具有较高的强度，不发生塑性变形和断裂。因此高温抗蠕变能力是高温合金的主要指标之一。钼是目前使用温度最高的高温金属材料。钼在超硬材料行业中，生产复合片，是把钼通过烧结，熔炼，轧制成钼箔0.03-0.05毫米，制成不同规格的钼条、钼棒、钼板钼密封盖、钼球杯、钼梯形杯、钼锥形杯等。根据用户的不同要求异形钼杯起到了高熔点、弹性模量高、高温强度高、金属隔离屏蔽层，也就是钼坩埚制作粉末制品。在超硬材料行业，复合片是不可缺少的钼杯基体材料之一，因此在超硬材料行业，高温烧结炉、脱气炉、真空退火炉和高温电炉的加热体和反射屏材料，用钼工作温度可达1700℃使用寿命长、成本低。钼箔轧制冲压前进行热处理，因为钼及其合金的成品半成品主要采用消除应力退火、不完全再结晶退火和完全再结晶退火，高温退火和形变热处理。从而提高金属加工温度和使用温度，处于结晶状态的钼箔在室温下表现出与面心立方结构的金属材料不同的力学行为。经再结晶退火处理后面心立方结构金属材料形成等轴的再结构组织，具有优良的室温塑性，可以在室温下加工成型。
四、总结
由于钼优良的高熔点、高温强度、高弹性模量及导电导热性能好的特性，不仅已成为军工、原子能工业、气体冷却反应堆的包套材料和堆芯结构材料。尤其应用在超硬材料行业中应用市场广泛。
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