Primjena metala molibdena: peći, mete i katalizatori

Osnova imovine za industrijsku ulogu molibdena

Molibden je prelazni metal sa atomskim brojem 42, srebrno-bijelim izgledom i kubičnom kristalnom strukturom{2}}centriranom na tijelo. U prirodi se uglavnom javlja kao molibdenit, mineral molibden disulfida, a dobija se i kao primarni proizvod i kao-nusproizvod rudarenja bakra. Njegova industrijska vrijednost počiva na malom skupu svojstava koje kombinuje nekoliko drugih metala: tačka topljenja od oko 2623 C, gustina od 10,28 g/cm3, toplotna provodljivost znatno veća od one legure gvožđa i nikla, niski koeficijent toplotnog širenja i visok modul elastičnosti od otprilike 329 GPa.

Ista kubična struktura{0}}centrirana na tijelo koja molibdenu daje visoku tačku topljenja također ga čini krhkim na niskim temperaturama, posebno nakon zavarivanja ili kada je međuprostorni sadržaj kisika i dušika visok. Razumijevanje da je dihotomija - odlična na visokoj temperaturi, krhka na sobnoj temperaturi kada je kontaminirana - objašnjava većinu praktičnih pravila za projektovanje s molibdenom.

Visokotemperaturne peći i vatrostalne primjene

Vakumske i vodonik{0}}atmosferske peći su najveća pojedinačna primjena za proizvedeni molibden. Metal se koristi za grijaće elemente, štitove od zračenja, ploče za ognjište, čamce za sinteriranje i opremu, jer kombinuje veoma visoku tačku topljenja sa niskim pritiskom pare i sposobnošću da nosi struju bez opadanja na temperaturi.

grijaći elementi:molibdenske šipke, žice i presovani oblici rade u vakuumu ili zaštitnoj atmosferi znatno iznad raspona legura otpornosti na nikl{0}}hrom.

Zaštita od zračenja:tanki lim od molibdena se slaže kako bi se smanjio gubitak topline u vakuumskim pećima, gdje su reflektivnost i stabilnost važniji od mehaničkog opterećenja.

Obrada safira i keramike:lončići, kalupi i nosači za rast kristala imaju koristi od krutosti molibdena i niske reaktivnosti na temperaturi.

Odlučujuće ograničenje je oksidacija. Molibden počinje brzo oksidirati na zraku iznad otprilike 400 C, formirajući hlapljiv molibden trioksid koji ne pruža zaštitnu barijeru i isparava. Stoga svaki dio molibdena na visokim temperaturama zahtijeva vakuum, vodonik ili inertnu atmosferu; gdje je izlaganje zraku neizbježno, nanosi se zaštitni silicidni premaz.

Topljenje stakla i metalurška upotreba

Molibdenske elektrode su standardne u električnim pećima za topljenje stakla. Metal je otporan na napad rastopljenog stakla, nosi veliku gustinu struje i ne boji staklo kao što to čine neki alternativni materijali elektroda. Elektrode se isporučuju kao teška šipka ili kao šuplji cilindri i progresivno se hlade i napajaju kako se troše.

Metalurški, molibden je jedan od najefikasnijih dostupnih legirajućih elemenata. Dodan čeliku podiže kaljivost i visoku-temperaturnu čvrstoću, zbog čega se pojavljuje u alatnim čelicima, brzoreznim čelicima, -čelici otpornim na toplinu i cjevovodima za kiselu upotrebu. Takođe jača superlegure na bazi nikla- formiranjem stabilnih karbida koji su otporni na puzanje, a sastavni je dio legura otpornih na koroziju{6}}koje se koriste u hemijskim postrojenjima. U ovim ulogama molibden se koristi kao feromolibden ili kao matična legura, a ne kao čisti metalni proizvod.

Elektronika, mete za raspršivanje i premazi

Kombinacija toplinske provodljivosti i niske ekspanzije molibdena čini ga prirodnim pogodnim za elektroniku. Koristi se u metama za raspršivanje za displeje sa ravnim ekranom i metalizaciju poluprovodnika, gde tanki filmovi molibdena služe kao difuzione barijere i kao kapija ili slojevi međusobnog povezivanja. Mete se proizvode sinterovanjem ili topljenjem u vakuumu i spajaju se na podloge kako bi upravljale toplinom procesa raspršivanja.

Ostale elektronske i naučne upotrebe uključuju čamce za isparavanje, filamente i nosače u izvorima elektrona i rendgenskih zraka, te komponente u vakuumskim cijevima i vakuumskoj opremi, od kojih se sve oslanja na visoku tačku taljenja molibdena i ponašanje pare-pritiskom. Molibden disulfid, slojeviti mineralni oblik, posebno je važan kao čvrsto mazivo i kao aditiv za suhi{3}}film za ležajeve i navojne komponente koje rade tamo gdje tečna maziva ne mogu preživjeti.

TZM i drugi ojačani razredi

Komercijalno čisti molibden dostupan je u definisanim klasama čistoće i u nekoliko oblika proizvoda. Tipičan materijal čistoće od 99,95% koristi se tamo gdje dominiraju električna i termička svojstva, dok se nešto niži razredi čistoće koriste za namještaj za opće peći gdje je cijena važnija od provodljivosti. Legiranje dodatno proširuje temperaturni raspon: legura titanijuma-cirkonijum-molibdena koja se obično naziva TZM sadrži otprilike 0,5% Ti, 0,1% Zr i kontrolirani dodatak ugljika, te zadržava upotrebljivu čvrstoću na višim temperaturama od nelegiranog molibdena. Odabran je za vruće-matrice za rad sa alatom,-komponente za livenje pod pritiskom i visoko{10}}konstrukcijske dijelove.

Uobičajene greške prilikom navođenja molibdena

Specificiranje molibdena za primjenu s preostalim kisikom na visokoj temperaturi, zatim promatranje katastrofalnog gubitka materijala kroz isparavanje oksida umjesto postepenog usporavanja.

Rukovanje trakom i limom blizu ili ispod sobne temperature kao da je duktilni čelik. Molibden treba zagrijati prije savijanja, a obradu treba obaviti iznad njegove prijelazne temperature.

Ponovno korištenje rute obrade razvijene za nehrđajući čelik. Molibdenu su potrebni oštri alati, male brzine rezanja, izdašna potpora i čiste površine, a osjetljiv je na pucanje rubova pri smicanju.

Zanemarivanje neusklađenosti termičkog širenja u sklopovima. Molibden spojen sa nerđajućim čelikom ili keramikom stvara značajan stres pri hlađenju, što se mora ugraditi u dizajn spojeva.

Pod pretpostavkom da "vatrostalni" znači "otporan na{0}}koroziju". Molibden je dobro otporan na rastopljene metale i staklo, ali ga napadaju oksidirajuća sredstva i nekoliko uobičajenih kiselina.

FAQ

P: Može li se molibden koristiti u zraku na visokoj temperaturi?
Samo uz zaštitu. Iznad otprilike 400 C na zraku, molibden oksidira u isparljivi molibden trioksid koji ne predstavlja prepreku za daljnji napad. Vakum, vodonik i inertna atmosfera su normalna rješenja, a silicidni premazi produžavaju servis zraka na umjerenim temperaturama.

P: Zašto se molibden dodaje čeliku?
Povećava očvršćavanje, podiže -temperaturnu čvrstoću i otpornost na puzanje, te poboljšava otpornost na neke oblike korozije. Ovi efekti se javljaju pri malim dodacima, zbog čega se molibden koristi kao legirajući element u čelicima za alate, -otporne na toplinu i cevovode, kao iu superlegurama.

P: Za šta se koristi TZM?
TZM je legura molibdena sa titanom, cirkonijumom i ugljenikom koja održava korisnu čvrstoću na višim temperaturama od nelegiranog molibdena. Uobičajene upotrebe su vruće-matrice za rad, alati za-lijevanje pod pritiskom i strukturne komponente u visokotemperaturnim pećima -i zrakoplovnoj opremi.

P: Da li je molibden krt?
Iznad svoje prijelazne temperature je duktilna, ali ispod nje krhka, a prijelaz se povećava kontaminacijom kisikom i dušikom. Izrada se stoga odvija toplo, a zavareni spojevi se koriste oprezno jer je područje zavara osjetljivije na pucanje.

P: Koje su razine čistoće molibdena dostupne?
Proizvedeni proizvodi se obično isporučuju sa nominalnom čistoćom od 99,95% i 99,90% minimalne čistoće, pri čemu je veća čistoća odabrana za elektronske, poluprovodničke i vakuumske upotrebe gdje su provodljivost i ispuštanje plinova bitni.

P: Da li molibden ima medicinsku ili poljoprivrednu upotrebu?
Da. Molibden je esencijalni element u tragovima u ishrani biljaka i pojavljuje se u formulacijama gnojiva, a njegovi spojevi se koriste u katalizatorima, pigmentima i kao komponenta nekih medicinskih snimanja i radiofarmaceutskih aplikacija.