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. — мʼякий 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 кипʼяті­н­ня 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 вʼязкості 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 (червʼячні 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 мʼякості 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. зʼ­єд­нань 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 повʼязують 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