淺析鉬在超硬材料行業中應用
鉬被列入稀有高熔點金屬材料。鎢、鉬都是同屬周期表中VIB族元素，是典型的高熔點金屬，它們基本性質相似，但也各具特點，表面具有銀灰色光澤，粉末呈暗灰色，他們的共性是：高熔點、高強度、高彈性模量、膨脹系數小、蒸氣壓低、導電導熱性能優越、抗腐蝕性能好，但都具有高溫氧化和低溫脆性的共同的缺點。因此鉬便成為各種結構鋼和耐腐蝕鋼的主要添加元素。鉬具有較好的延伸性，在電子和電氣電導熱性能優越。
鉬發現于1778年，十年后用碳還原鉬酸獲得金屬鉬。十九世紀初，用氫還原得到了較純的鉬。大約1910年發現鉬能顯著改善鋼的性能，從此鉬便成為各種結構鋼和耐蝕鋼的主要添加元素。鉬具有較好的延伸性使其在電子和電氣工業上都得到應用。近十年來在超硬材料行業復合片生產由寶雞三立公司首次將鉬及其合金，以板、箔、棒、線各種異性鉬球杯、鉬梯形杯、鉬錐形杯、應用在超硬材料復合片生產中被廣泛應用（見下表1）。鉬的主要用途是作為不銹鋼、工具鋼、低合金鋼、鈦鉬合金等各種鋼的添加劑。鋼中加入鉬后能細化晶粒，提高晶粒粗化溫度，顯著改善鋼的淬透性、韌性、高溫強度和蠕變性能等。由于鉬的熔點高，導電導熱性能好，因此可作為高溫爐的發熱體和反射屏材料，用鉬做發熱體的電爐工作溫度可達1900度，而且使用壽命長，成本低，使其得到了更廣泛的應用。
二、鉬金屬材料的物理性能和特點。
鉬是周期表中VIB族元素，是典型的高熔點金屬。鉬具有高熔點、高強度、高彈性模量、膨脹系數小、蒸氣壓低、導電導熱性能優良。鉬重要物理性能和高溫力學性能如表1所示鉬的化學性能。
鉬是元素周期表中VIB族元素，化合價有2.3.4.5.6幾種。在低化合價時呈堿性，高化合價時呈酸性。6價鉬的化合物最穩定。鉬直到熔點也不與氫反應，氫是制造鉬粉的主要還原劑，也是鉬高溫加工過程中良好的保護氣體。
鉬與氧能產生多種氧化物。氧化過程與溫度的關系可分為四個階段：
（1）在475℃以下鉬與氧生成致密的黏附氧化膜是MoO2薄層，外表層是MoO3。
（2）在475℃-700℃形成氧化膜的同時，發生MoO3蒸發，氧化速度取決于金屬表面吸附、化學反應和解吸過程。X射線結構分析表明：氧化膜分兩層，內層為MoO2外表層為MoO3。
（3）在700-800℃范圍內，內層達到臨界厚度后發生破裂，引起氧化速度突然加快。超過725℃，鋼的氧化迅速在鉬的表面不再生成氧化鉬層，只見到黃色氧化物（MoO3）的升華，出現“毀滅性氧化”。這是由于揮發性MoO3和液化鉬的出現而成、氧化速度如此之快使氧化反應時釋放出來的熱來不及擴散，自生熱使溫度超過MoO3的熔點。這種自催化作用導致材料毀滅性破壞。生產中應利用這種放熱反應回收廢鉬。
（4）超過850℃，MoO3的蒸汽在鉬的表面上形成致密的屏蔽層，阻止氧達到鉬的表面，氧化速度有所回落。這時氧化速度由氧透過屏蔽層的擴散速率來決定。
鉬在900℃以上溫度和一個氣壓下吸收氨NH3。在900℃-2600℃之間隨溫度升高，氨在鉬中的溶解度（原子分數）大約由0.01%增加到0.1%。在1500℃左右時生成氮化鉬，鉬材料在加工過程中吸入氮后會發脆，致密鉬材料在氨中加熱到1100℃-1500℃時就會有氮化物生成。在分解氨介質中（氨分解為N2和H2）氮化速度比在純氨中快。氮化物穩定性高。在1000℃-1400℃工作溫度下，可用氮化物彌散強化鉬合金。所以氨分解不能做鉬粉的還原氣使用。
三、鉬在超硬材料行業的中應用
鉬在金剛石、立方氮化硼復合片生產中，利用其高熔點、高強度、高彈性模量、提高抗氧化能力，應用于1000℃--2000℃高溫得耐熱合金或強合金，在一定載荷下高溫應用時具有較高的強度，不發生塑性變形和斷裂。因此高溫抗蠕變能力是高溫合金的主要指標之一。鉬是目前使用溫度最高的高溫金屬材料。鉬在超硬材料行業中，生產復合片，是把鉬通過燒結，熔煉，軋制成鉬箔0.03-0.05毫米，制成不同規格的鉬條、鉬棒、鉬板鉬密封蓋、鉬球杯、鉬梯形杯、鉬錐形杯等。(見圖1)。根據用戶的不同要求異形鉬杯起到了高熔點、彈性模量高、高溫強度高、金屬隔離屏蔽層，也就是鉬坩堝制作粉末制品。在超硬材料行業，復合片是不可缺少的鉬杯基體材料之一，因此在超硬材料行業，高溫燒結爐、脫氣爐、真空退火爐和高溫電爐的加熱體和反射屏材料，用鉬工作溫度可達1700℃使用壽命長、成本低。鉬箔軋制沖壓前進行熱處理，因為鉬及其合金的成品半成品主要采用消除應力退火、不完全再結晶退火和完全再結晶退火，高溫退火和形變熱處理。從而提高金屬加工溫度和使用溫度，處于結晶狀態的鉬箔在室溫下表現出與面心立方結構的金屬材料不同的力學行為。經再結晶退火處理后面心立方結構金屬材料形成等軸的再結構組織，具有優良的室溫塑性，可以在室溫下加工成型。
四、總結
由于鉬優良的高熔點、高溫強度、高彈性模量及導電導熱性能好的特性，不僅已成為軍工、原子能工業、氣體冷卻反應堆的包套材料和堆芯結構材料。尤其應用在超硬材料行業中應用市場廣泛。寶雞三立有色金屬有限責任公司十幾年來生產的鉬絲、棒、箔及各種異型件已經遠銷至日本、意大利和韓國等國家。
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