Молибден: что это за металл, его характеристики, применение и сплавы на его основе.

Молибден – «космический» металл, который используется для ракетостроения и не только. У него широкая сфера применения за счет уникальных характеристик. Несмотря на то, что сам по себе чистый молибден пластичный и мягкий, при соединении с другими легирующими добавками сплав приобретает отличные прочностные характеристики.

Открытие молибдена и краткая характеристика металла

Как это часто случалось с минералами, один и тот же металл открыли одновременно несколько человек. Но мировую известность и пальму первенства все же завоевал швед Карл Вильгельм Шееле. Он обнаружил молибденит – минерал, из которого впервые был выведен оксид молибдена. Ученый дал ему наименование молибден, и тут теории происхождения названия расходятся. Одна точка зрения заключается в том, что металл назван в честь нимфы из древнегреческой мифологии. Вторая точка зрения более практичная: молибденит напоминал по цвету свинец, поэтому химик просто калькировал древнегреческое название свинца – μόλυβδος. Кстати, это не редкость, когда новый минерал из-за сходства с другим полезным ископаемым называли в его честь.

Открытие молибденита и первое получение оксида молибдена произошло в 1778 году. Но оксид металла был нестабильным и с большим количеством примесей. В 1781 году ученый Гальм восстановил оксид путем добавления угля – так получился молибден в металлическом состоянии. И уже в 1817 году химик Берцелиус начал восстанавливать оксид молибдена водородом – и это стало прорывом, так как металл получился чистым, без примесей карбида и углерода.

Полученный чистый молибден долгое время практически не использовался. С одной стороны, он обладает удивительными свойствами: тугоплавкий, устойчивый к окислению, жаропрочный. Но, с другой стороны, в чистом виде он мягкий и пластичный, а это не те качества, которые металлурги хотят видеть в металле.

Зато в XX веке все полностью изменилось. Молибден стал востребован в металлургии, в первую очередь в качестве добавки при изготовлении стали. Его стали применять для орудийного производства, а также для создания броней.

В военные годы мировая добыча молибдена резко увеличилась и составляла 800 т в год. В России рудники были расположены в Забайкалье. В послевоенное время рудники были закрыты, но вторая волна интереса к молибдену захлестнула страну и весь мир уже во времена СССР.

Почему порошок молибденовый добавляют в стали? Дело в том, что он придает сплавам удивительное сочетание свойств. Обычно, когда сталь увеличивает твердость из-за добавок, то параллельно она приобретает хрупкость. С молибденом другая история: сталь крепчает, не увеличивая свою хрупкость. Кроме того, добавление молибдена приводит к повышению вязкости, прочности и устойчивости к коррозии. Именно поэтому металлурги так высоко оценили молибден в качестве присадки к стали.

Не только в оружейную сталь идет присадка молибдена. Металл добавляют и в нержавеющие стали. Например, одна из марок – AISI 316. Эту сталь иногда называют морской, так как она отлично переносит постоянное воздействие соленой воды, в частности, благодаря содержанию молибдена. AISI 316 изготовили на основе AISI 304, добавив в состав не менее 2,2% молибдена.

Физические и химические свойства молибдена

Рассмотрим, какими характеристиками обладает металл молибден:

Устойчивость к высоким температурам. Благодаря жаропрочности молибденовые сплавы используют в авиакосмической отрасли, а также при изготовлении термоэлементов, печей и турбин. Высокая точка плавления, 2620 °C, приводит к термической устойчивости сырья и готового продукта.
Молибденовые сплавы отличаются высокой твердостью и прочностью. Но из-за хорошего показателя вязкости металла, они не имеют высокую хрупкость. Все это позволяет использовать молибденовый прокат, а именно, прутки, листы, трубы и штабики в конструкциях и деталях с повышенными нагрузками, в том числе, трением.
Высокая устойчивость к коррозии. Как металл в чистом виде, так и сплавы на его основе отличаются невосприимчивостью к окислению в самых агрессивных средах. Только при повышении температуры выше 300 градусов молибдену необходима дополнительная защита. В остальных условиях, в том числе в контакте с пресной или соленой водой, металл сохраняет устойчивость к коррозии. Эти свойства позволяют применять молибден в таких сферах, которые требуют высокой чистоты и надежности соединений. Например, химическая, нефтегазовая, пищевая промышленность часто используют фольгу и проволоку из молибдена.
Высокая электро- и теплопроводность. Это свойство позволяет использовать металл в электротехнике, где деталь должна передавать какую-либо энергию.
Хорошая устойчивость к температурным перепадам. Металл и изделия из него не портятся при резком повышении или понижении температуры. С одной стороны, это значит, что нет трещин и других дефектов при морозе. С другой стороны – низкий коэффициент теплового расширения. То есть материал незначительно меняет свою форму при смене температуры.
Обладает радиационной защитой. То есть материал не портится при воздействии радиации. Это еще больше расширяет сферу использования молибдена, позволяет применять его в атомной энергетике.
Химическая инертность. Поверхность металла не вступает в реакцию с большинством окислителей.

Однако перечисленные положительные качества молибдена могут значительно отличаться, если в сплав добавлены те или иные легирующие компоненты. Поэтому далее мы рассмотрим разные молибденовые сплавы.

Состав молибденовых сплавов

В промышленности широко распространено несколько марок молибдена и соединений на его основе. Различают:

Молибден МЧ. Это чистый материал. У него наибольшая жаропрочность и самая высокая температура плавления. Если на изделии стоит маркировка МЧВП, это значит, что чистый металл был получен методом вакуумной плавки – более совершенная технология, которая подразумевает полную защиту от кислорода.
Молибден ЦМ. В аббревиатуре указан цирконий, но иногда вместо него добавляют титан. Такое сочетание увеличивает коррозионную устойчивость сплава, износостойкость и свариваемость. Марку ЦМ часто применяют в электротехнике и энергетике.
Молибден МР. Основная легирующая добавка – это рений. Его высокое содержание значительно увеличивает тепловую устойчивость, а также электропроводность и стойкость к окислению. Марку МР нередко можно встретить в разных турбинах и иных тепловых элементах, в том числе, ядерных установок.
Молибден разного назначения, МРН – менее чистый материал, по сравнению с МЧ и МЧВП. В нем могут содержаться примеси, которые негативно сказываются на прочностных и иных характеристиках материала. Однако в нем нет специфических легирующих добавок, из-за чего молибден сохраняет основные свойства чистого металла.
Молибден МВ – соединение с вольфрамом делает металл максимального тугоплавким. Это очень дорогостоящий материал, который отличается повышенной жаропрочностью.

Все марки молибдена представлены в разных соотношениях легирующих компонентов. Рассмотрим на примере сплавов МВ. Например, в марке МВ-10 около 10% вольфрама, основная часть приходится на молибден. В то время как в сплаве МВ-30 до 30% вольфрама, соответственно.

Кроме молибденовых сплавов, материал используется и как основная легирующая добавка. Ее содержание может доходить до 50%. Посмотрим на хромомолибденовую сталь. Из названия ясно, что основные легирующие добавки – это хром и молибден. В зависимости от марки, их может быть до 10%. Это пример того, как металл может сильно увеличить прочность стали.

Применение молибдена и молибденовых сплавов

Сферы использования металла очень обширны. Его применяют практически во всех отраслях промышленности. В том числе:

В сельском хозяйстве. Молибден вводят в удобрения и даже в некоторые корма. Он содержится в виде молибдата аммония – безопасного для природы соединения. Его задача – это усвоения кальция и некоторых других прикормок в удобрении, а также нейтрализация нитратов.
В металлургии. Значение молибдена для металлургов очень высоко. На изготовление сталей и других металлических сплавов уходит львиная часть всего добытого в мире молибдена. Полученную прочную сталь используют в оружейном производстве, создании бронированной военной техники и так далее.
В авиакосмической отрасли. Из-за повышенной жаропрочности молибдена в сочетании с высокими прочностными характеристиками сплавы на его основе применяют для создания элементов топливной системы и двигателей ракет, самолетов и других летательных аппаратов.
В ядерной энергетике. Способность молибдена противостоять ядерной энергии способствует тому, что из металла создают печи, теплоносители и прочие элементы для ядерной энергетики.
В производстве высокотемпературных печей, в том числе вакуумных, а также ламп накаливания. Снова причиной этому служит повышенная жаропрочность и устойчивость к температурным перепадам.
В химической промышленности. Во-первых, соединения с молибденом могут выступать в качестве катализатора некоторых химических процессов, а также использоваться при создании пигментов. Во-вторых, трубы и листы из молибдена применяют для создания емкостей и трубопроводов на хим.заводах. Это объясняется их химической инертностью, а также стойкостью к ряду кислот и коррозийной устойчивостью.
В медицине. Чистый молибден применяют для выявления онкологических заболеваний. Кроме того, его применяют при создании протезов в стоматологии. Он нейтрален и полностью безопасен для человека, а также устойчив к разным воздействиям, что важно для протезирования зубов. Еще одна возможность применения молибдена в медицине – изготовление инструментов, в том числе хирургических. Введение молибдена позволяет добиться острого и прочного режущего края.
В электронике. Молибден, как и вольфрам, очень хорошо подходит для создания контактов, электродов, полупроводников и ряда других элементов, необходимых в электротехнике. Этому способствует высокая электропроводимость и устойчивость к коррозии.

Молибден – жаропрочный металл, который обладает удивительными свойствами как в чистом виде, так и в сочетании с другими материалами. Он занимает важную роль в металлургии, его мировая выработка с каждым годом увеличивается пропорционально росту его востребованности.