Молібден, сплави на основі молібдену

МОЛІБДЕ́Н, СПЛА́ВИ НА ОСНО́ВІ МОЛІБДЕ́НУ Молібден (М.) — рідкіс. хім. елемент VI групи періодич. системи Д. Менделєєва (Molybdaenum, Мо; від грец. μόλυβδος — свинець; атом. номер 42, атомна маса 95,94), сріблясто-сірий тугоплав. пластич. метал. Щільність 10 200 кг/м³, t_пл 2623 °С, t_пл 4627 °С. У природі М. трапляється у вигляді сполук у складі бл. 20 мінералів. Гол. рудний мінерал — молібденіт. Мінерал. утворення з вмістом М. в кількостях, при яких М. економічно доцільно вилучати за сучас. стану розвитку виробництва, — молібденові руди. Їх переважно збагачують сульфід. методом. Застосовують селективну флотацію. У молібден. концентраті містяться 48–58,6 % M. та 0,01–2,2 % міді. У процесі хім. перероблення — випалювання концентрату — вигорають домішки, окислюється дисульфід молібдену до триоксиду та відбуваються ін. процеси поліпшення сировини. Найкращим способом є розчинення молібден. ангідриду у водному аміаку 8–10 %. З аміач. розчину молібдату амонію М. можна вилучати у вигляді парамолібдата амонію, молібден. кислоти чи молібдату кальцію. Осн. пром. способом отримання M. чистотою 99,95 % є випалювання ангідриду в атмосфері водню (іноді в декілька стадій) в інтервалі т-р до 1000 °С. Технології порошк. металургії — пресування, нагрівання та спікання в атмосфері водню — дозволяють отримувати заготовки при т-рах значно нижчих, ніж температура плавлення металу. Також застосовують електронно-променеве й аргоно-дугове плавлення М. у вакуумі. В Україні немає мінерально-сировин. бази для виробництва М., а також ін. важкоплав. легувал. елементів (W, Co, V, Ni), тому вітчизн. електрометалургія вимушена задовольняти власні потреби імпорт. поставками. М одержують також шляхом утилізації компонентів з техноген. відходів і різних джерел утворення. Осн. способом є рафінувал. пла­влення в системі рідкофаз. реакцій із застосуванням шлакоутворювачів, інерт. газів, ваку­уму та їхніх комбінацій. Дисульфід М. — м’який свинцево-сірий мінерал з метал. блиском — використовували в Стародав. Греції та Римі разом з галенітом (свинцевим блиском) і графітом як грифелі для малювання та письма. 1758 швед. мінералог і хімік А.-Ф. Кронстедт припустив, що графіт, галеніт і молібден. блиск — 3 окремих речовини. 1778 швед. хімік К.-В. Шеєле в результаті кип’ятіння концентров. азот. кислоти отримав білий осад і припустив, що його прожарюванням з вугіллям можна отримати метал. 1782 швед. хіміку П.-Я. Гьєльму вдалося реалізувати цей спосіб — отримати М. сильно забруднений карбідами. 1817 швед. хіміку Й.-Я. Берцеліусу вдалося отримати відносно чистий М. У розплави сталей елемент додають у вигляді молібдату кальцію, молібден. ангідриду або феромолібдену. Феромолібден зазвичай отримують при відновленні від випалювання в присутності заліза. 1891 франц. фірма «Шнайдер і К^о» вперше почала використовувати М. для підвищення твердості та в’язкості сталі. Чистий М., придатний до кування, отримали лише на поч. 20 ст. Під час 1-ї світової вій­ни М. разом із хромом і нікелем застосовували у виробництві сталі для стволів артилерій. гармат, гвинтівок, ствол. коробок, бронебій. снарядів, броні. У серед. 20 ст. М. почали додавати під час виготовлення сплавів тугоплав. металів, конструкц. і швидкорізал. сталей. Нині бл. 75 % М. використовують у чорній металургії для легування сталей і чавунів. Переважно М. вводять у сталь разом з ін. легувал. домішками (хромом, нікелем, ванадієм, марганцем). Конструкц. сталі містять до 0,5 % М., що суттєво підвищує мех. властивості (межу пружності, опір зношуванню й удару), розширює температур. інтервал гартуванню й відпусканню. Ці якості сплавів необхідні для авіац. і ракет. техніки, апаратів хім. промисловості та ін. техніки, що експлуатується в екстремал. умовах. М. входить до складу багатьох марок інструм. сталей (для штампів, швидкорізальних та ін.). У сталях для штампів вміст М. коливається від 1 до 1,5 %, а у швидкорізал. сталях від 5 до 7,5–8,5 % (у випадках, коли М. замінює вольфрам). М. підвищує червоностійкість інструм. сталей, їхню твердість і міцність, опір утворенню гартів. тріщин, зношуванню. М. входить до складу низки кислотостій. і жароміц. сплавів. Домішки від 2 до 4 % М. в нержавіючі хромонікелеві сталі поліпшують їхні антикороз. властивості. М. підвищує жароміцність і знижує крихкість хромистих і хромонікелевих сталей в умовах тривалої експлуатації. Більшість жароміц. і корозійностійких сплавів містять 20–28 % хрому й 3–10 % М. У найкислотостійкіших сплавах на основі нікелю — 17–28 % М. Серед розроблених укр. вченими є хромомолібден. сталі з високою міцністю (до 1200 кгс/см²) і пластичністю (видовження 12 % після термооброблення) для виготовлення деталей авто- і авіадвигунів та ін. машин і конструкцій, що працюють при підвищених т-рах, для деталей машин, що мають велику межу витривалості в умовах великих швидкостей (зубчасті колеса, шпинделі та ін.). Нікелемолібден. сталі використовують для виготовлення деталей великих моторів, молотів, пресів та ін. машин, що працюють в умовах великих навантажень. Хромонікелемолібден. сталі, що після цементації та гартування поєднують високу поверхневу твердість та міцність із пластичністю серцевини, використовують для виготовлення деталей з великими удар. навантаженнями при великих швидкостях (черв’ячні колеса, кулачк. муфти та ін.). Тонкий шар М. наносять на поверхню метал. виробів (молібденування; напр., зі сталі, титану, ніобію) з метою підвищення їхньої твердості, поверхневої міцності, короз. стійкості в азот. кислоті, а з додатк. силіціюванням — і для жаростійкості при високих т-рах. У інститутах НАНУ — електрозварювання, газу, надтвердих матеріалів, проблем матеріалознавства, металофізики (усі — Київ) та ін. — розроблені високоефект. технології спец. електрометалургії, порошк. металургії виготовлення виробів з молібден. сплавів, способи дифуз. і вакуум. металізацій, лазер., плазм., магнетрон., електронно-променевого напилення тощо. Вивченням процесів рафінування, модифікування, виробництва та виготовлення деталей зі сталей і чавунів, що містять М., займаються у Фіз.-мех. (Львів), електрозварювання та ін. інститутах НАНУ. З метою підвищення якості металізов. молібден. концентрату, зокрема нейтралізації шкідливих домішок сірки, фосфору й легкоплав. кольор. металів, поліпшення якості тугоплав. металів використовують рафінувал. вакуумно-дугові й електронно-променеві переплави. Вперше у світ. практиці в Інституті електрозварювання НАНУ створ. новий напрям у металургії виробництва та зварювання сплавів на основі М., вольфраму, ніобію, ванадію, хрому, забезпечено серійне виготовлення з них вузлів косміч. транспортно-енергет. установок; елементів реактив. двигунів; термоеміс. ядер. перетворювачів для енергозабезпечення апаратів; тепловиділяючих елементів для АЕС; теплових труб; надпотуж. надвисокочастот. генераторів. Ґратчасті рулі для керування ракет виготовляють з високоміц. сталей, зокрема на основі М. — ВМ1. В Інституті електрозварювання НАНУ встановлено технол. параметри процесів вирощування монокристалів М. Чистий М. використовують при виготовленні нагрівал. елементів, термопар, освітлювал. ламп, рентґенів. трубок, електровакуум. приладів, твердого змащення в підшипниках; сплави М. з ураном — як тепловиділяючі елементи ядер. реакторів; каталізатори, що містять М., — у процесах переробки нафти (крекінгу, гідроочищення, риформінгу), перетворення метанолу в формальдегід, парофаз. окислення пропілену в акролеїн, амонолізу толуолу, епоксідирування різних алкенів тощо; молібден. кислоти та солі — як у промисловості, так і в побуті. Дисульфід М. — напівпровідник, тому придатний для виготовлення високочастот. детекторів, випрямлячів або транзисторів. Завдяки м’якості кристалів і здатності їх легко розшаровуватися на найтонші пелюсточ­ки застосовують як компонент твердих і рідких мастил. матеріалів, зокрема й призначених для експлуатації при високих т-рах (до 4000 °С). З триоксиду М. отримують вільний метал і його сплави, багато ін. з’єднань М.; у виробництві глазурі й емалей є каталізатором пром. виготовлення петролей. ефіру. При виробництві кераміки для забарвлення її в синій або червоний кольори М. додають до глини. В аналітич. хімії азотнокислий розчин парамолібдата амонію використовують для якіс. і кількіс. визначення фосфор. кислоти та фосфатів. Наявність М. в ґрунті необхідна для нормал. функціонування азотфіксуючих бактерій. Недостатня кількість М. зменшує активність ферменту, його вистачає лише на те, щоб відновити нітрат не до аміаку, а до нітрозамінів, що мають високу канцерогенну активність. Найбільш широке застосування М. отримав як компонент мікродобрив: молібдату та парамолібдату амонію, молібден. суперфосфату. М. — один з осн. мікроелементів у харчуванні людини та тварин. Міститься в багатьох живих тканинах і необхідний для підтримання активності певних ферментів, що беруть участь в катаболізмі пуринів і сірковміс. амінокислот. Актив. біол. формою елемента є молібден. кофермент — низькомолекуляр. комплекс небілкової природи, що діє у складі ферментів і необхідний для здійснення специфіч. каталітич. перетворень. Такі ферменти каталізують перетворення відповід. речовин у сечову кислоту й окислення сульфіту в сульфат, беруть участь у метаболізмі пурину та сірковміс. амінокислот та ін. Зі здатністю альдегідоксидази каталізувати окислення в організмі канцероген. ксенобіотиків пов’язують передбачувану антирак. активність М. Випадки дефіциту М. в організмі людини рідкісні, але його нестача викликає важкі захворювання. Багато М. у бобових і злак. рослинах, листових овочах, молоці та ін.

Завантажити статтю