9.5. Молибден

9.5.1. Краткие исторические сведения

Название «молибден» происходит от греческого слова «молиб- дос», означающего в переводе «свинец»: до XII века молибденом именовали свинец, свинцовый блеск, многие похожие на свинец ме­таллы, а также графит. Наиболее распространенный молибденовый минерал - молибденит - в течение многих столетий считали разно­видностью графита, с которым они похожи внешне.

Элемент «молибден» был открыт в 1778 г. шведским химиком Шееле. Разлагая молибденит азотной кислотой, он выделил молиб­деновую кислоту и некоторые ее соли. Соотечественник Шееле Гьельм в 1781 г. впервые получил металлический молибден восста­новлением триоксида молибдена углеродом. Более чистый молиб­ден был получен в начале XIX в. Берцелиусом, который использовал в качестве восстановителя водород.

В конце XIX в. было открыто влияние на свойства стали присадок молибдена: придание ей высокой прочности и способности самозакаливаться. Начало широкого развития производства молиб­деновых сталей относится к 1910 г., когда были обнаружены особые свой­ства орудийных сталей, содержащих молибден. В дальнейшем молиб­ден стал важнейшим легирующим элементом в сталях различного типа.

Промышленное производство металлического молибдена и приме­нение его в электротехнике началось примерно в те же годы, что и производство вольфрама (1909 - 1910 гг.), когда был разработан металло­керамический способ получения компактного молибдена из порошка.

9.5.2. Свойства молибдена

И ОБЛАСТИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Молибден входит в группу перспективных тугоплавких метал­лов и обладает благоприятным комплексом физико-механических характеристик, благодаря которым он является одним из самых луч­ших конструкционных металлов.

Физико-механические свойства молибдена

Атомный номер	42
Атомная масса	95, 96
Плотность, кг/м3	10200
Тип решетки	объемно-центрированный куб
Параметры решетки, а, Å	З,14
Температура плавления, °С	2620±10
Температура кипения, °С	~ 4864
Теплота плавления, Дж/кг	20,9∙106
Удельная теплоемкость при 20° С, Дж/(кг∙К)	272
Теплопроводность при 20 °С, Вт/(мК)	146,54
Коэффициент термического расширения (25...700 °С)	(5,8...6,2)10-6
Удельное электрическое сопротивле­ние при 20 °С, Ом∙м	5,2∙10-4
Сечение захвата тепловых электронов, барн	2,6
Модуль упругости, МПа	32∙104
Модуль сдвига при 20 °С, МПа	122∙10-3
Предел прочности при растяжении, МПа	1400…2600
Работа выхода электронов, эВ	4,37
Степень черноты при 1800°С	0,187

Дробная атомная масса свидетельствует о наличии изотопов, у молибдена их 7. Отсутствие полиморфных превращений, высокие значения температуры плавления, модуля упругости и теплопровод­ности при относительно невысокой плотности и низком коэффици­енте термического расширения молибдена привлекают к нему все большее внимание конструкторов и разработчиков жаропрочных сплавов для новой техники.

Около 80 % добываемого молибдена применяется в черной метал­лургии для производства легированных сталей. В стали молибден вводят в твердый раствор и, частично, в состав сложного карбида молибдена и железа. Обычно его вводят вместе с другими легирую­щими добавками - хромом, никелем и ванадием: причем, в конструк­ционных сталях содержание молибдена не превышает 0,5 %, а в быс­трорежущих сталях, где он заменяет вольфрам, доходит до 7,5...8,5%. В сталях для штампов содержание молибдена колеблется от 1 до 1,5 %, в нержавеющих хромоникелевых сталях - от 2 до 4 %.

Молибден существенно улучшает свойства стали, придавая ей одно­родную мелкозернистую структуру. Понижая температуру эвтектоидного распада стали, молибден расширяет температурный интервал за­калки и отпуска и влияет на глубину прокаливаемости стали. Молибден повышает механические свойства стали - предел упругости, сопротив­ление износу и удару. Одно из наиболее ценных свойств молибдена - его способность устранять хрупкость при отпуске хромоникелевой стали.

Молибден применяют также для легирования чугуна. Введение в чугун 0,2...0,5 % его уменьшает размер зерна серого чугуна, улучшает его свойства при высокой температуре и износоустойчивость. Из кремне­молибденового чугуна изготавливают кислотостойкую аппаратуру.

Молибден вводят в состав ряда кислостойких и жаропрочных сплавов, в которых он сочетается главным образом с никелем, ко­бальтом и хромом. Большинство жаростойких сплавов, одновремен­но коррозионностойких, содержит 20...30 % Сr и 1...7 % Мо. В наибо­лее кислотостойких сплавах, сопротивляющихся действию всех мине­ральных кислот, кроме плавиковой, содержание молибдена достигает 15...20 %, остальные компоненты - никель, кобальт, хром, железо.

Молибден хорошо прокатывается в тонкие листы толщиной 0,1...0,2 мм, которые применяют для изготовления анодов генера­торных ламп и кенотронов. Пластинки молибдена служат также для изготовления рентгеновских трубок.

Молибденовую проволоку и ленту используют в качестве нагрева­телей в высокотемпературных электрических печах, в паре с вольфрамо­вой применяют для изготовления термопар, пригодных для измерения температуры 1200...2000 °С в инертной или восстановительной среде.

Для предохранения деталей из молибдена от окисления при высо­ких температурах применяют покрытия силицидом молибдена, спла­вами никеля с хромом, в также некоторые другие способы защиты.

Молибден может служить в качестве конструкционного материа­ла в энергетических ядерных реакторах, так как он сочетает прочность при высоких температурах со сравнительно малым сечением захвата тепловых нейтронов.

Крупные стержни молибдена (длиной 1 м, диаметром 30...40 мм) в последние годы стали применять в качестве нагревателей (элект­родов) в печах для плавки стекла. Молибден практически не реаги­рует с расплавленным стеклом. Мешалки и другие детали, предназ­наченные для варки стекла, также изготавливают из молибдена.