化學元素鉬應用

鉬的主要消耗領域是鋼鐵工業，工業發達的國傢80%以上的鉬作為鋼鐵的添加元素，隻有大約20%的鉬用於制取金屬鉬、超合金和特殊合金、化學制品等，消耗在石油化工、輕工、電子及一些高科技領域中。

鉬和鉬合金的棒（條）、絲、板、帶、箔及異型制品普遍的用於冶金、機械制造、電子、照明及一些高科技領域。如照明燈絲的支架、芯軸導線、反射屏；電子工業用的陽極、柵極、輔助電療、墊片；真空電鍍、濺射中用的容器、舟皿、加熱器；高溫爐用的發熱元件、電療、隔熱屏；表麵處理用作堆焊、噴鍍；測溫用的熱電偶及保護套；UO2提煉用得燒舟等。最近10年來鉬的應用又獲得瞭進一步擴大，如用鉬粉或鉬絲的熱噴鍍大大提高瞭汽車上活塞環和齒輪件的使用壽命；在玻璃和耐火纖維材料工業中，用鉬可代替以前的鉑坩堝和電療，且取得瞭很大的效果。高溫鉬的出現，使鉬在鹵素水銀燈和真空爐中的應用范圍越來越大。在壓鑄工業中，鉬及其合金可作為有色和黑色金屬的壓鑄模具材料。耐熱鉬基陶瓷管適宜於煉鋼過程氧氣頂吹轉爐連續測量的套管，熱擠壓模；鉬合金頂頭廣泛用於穿制無縫鋼管和不銹鋼管，顯著的提高生產率和產品質量，降低成本。鉬與鎢形成的合金，其抗（鋅液和鋅蒸氣）腐蝕性能特別優良，已普遍使用Mo-30W合金制作立軸和測溫套管，大大地減少停工維修、改善勞動條件。MoSi2的抗氧化性能特別好，用它可作為在大氣中使用溫度達1700℃的加熱元件，也可作為稀土冶煉和一些拉制單晶用的坩堝，代替貴重的鉑金坩堝。

鉬在化學工業中的應用越來越引人註目，特別是鉬化合物在化工中的應用迅速的發展。近幾年盡管鉬處於不景氣的狀況，但鉬化合物的應用仍處於長勢，並向著多極化的方向發展。鉬和鉬合金在許多反應介質中具有高度的穩定性，它在化學工業、石油提煉和玻璃等輕工業中被廣泛用於抗腐蝕材料，如化工設備襯裡、零件、閥門、蒸汽管、熱交換器、重沸器等。目前，鉬和鉬合金已用於制取，如酸、堿、鹽、熔化玻璃以及某些在氣體介質中工作的各種設備構件。如熱濃硫酸系統中的大閥門、熱交換器等。據稱在320℃和較高壓力條件下實現氯化反應的設備也可采用鉬和鉬合金。鉬化合物的應用主要有以下幾個方麵：催化劑和催化活化劑，潤滑劑及其潤滑添加劑，顏料、染料、油漆和墨水，水質和介質環蝕劑，復合離子交換劑，電池、阻燃劑、消煙劑及吸氣劑，微量元素添加劑，鉬復合肥料，超導材料，陶瓷材料，高分子材料填充劑，儲能材料，汽油添加劑，玻璃材料等。有人預言，今後的10年，鉬的新應用開發可能主要表現在精細化工方麵，很可能使鉬的消耗量有突破性的增加。

１．黑色材料

合金鋼、不銹鋼、工具鋼及鑄鐵是鉬的主要應用領域，其生產量決定著鉬的需求，鉬在上述鋼鐵中的作用如下：

●降低冷卻速率至適當值獲得一種硬馬氏體組織，因而提高瞭大截麵構件的強度、硬度和韌性；

●降低回火脆性；

●抗氫脆；

●抗硫化物引起的應力開裂；

●提高高溫強度；

●改善不銹鋼的防腐性，特別是防氯化物點蝕；

●改善高強度低合金鋼的焊接性能。

２．有色合金

在大多數超合金及許多鎳基、鈦基合金中，鉬是一種重要的添加元素。在高溫下鉬能有效加速固體強化，防止氯化物點蝕，提高在還原液中的防腐性能。

３．鉬基合金

鉬及鉬合金的用途十分廣泛，這是因為它有許多特性，如強度高（2000℃），熱膨脹系數低，優良的導熱與導電性能，對熔融玻璃、熔鹽及熔融金屬有較高的防腐性，還可提高薄塗料的耐磨性。

４．鉬鋼

鉬是一種特殊鋼合金元素，鉬不僅將其許多優良性能帶入瞭鋼中，而且也很容易地添加到熔融金屬中。往鋼中添加氧化鉬、鉬鐵或含鉬廢鋼，能大大減小熔煉損耗。

５．滲碳鋼

鉬(0.15%～0.30%)被用於滲碳鋼中，可提高心部低碳部分的可硬化性，同時可增加高碳部分的韌性。對於大截麵的零件，如齒輪等，尤其有效。在滲碳過程中鉬不被氧化，作為有效的硬化劑，鉬不會導致表麵產生裂紋和剝落。

６．高溫鋼

相對於其它合金元素，鉬原子很大。所以，它是非常有效的強化劑，可提高鋼的蠕變強度到能夠在600℃左右使用的程度。它的尺寸有效地阻止瞭砷原子向晶界的遷移，從而防止瞭回火脆性。氫擴散也被阻止並使氫致開裂的程度減低到極小。

應用瞭鉬的這些特性的最早的一種高溫鋼是0.50%C-Mo鋼。它已被含鉬0.50%～2.0%的Cr-Mo系列鋼取代。2.25Cr-1.0%Mo鋼是一種主力合金鋼，廣泛用於石油精煉廠、發電廠和石化廠的設備中。

７．高強度低合金（HSLA）鋼

鉬對低碳微合金HSLA鋼的發展起瞭重要的作用。添加0.1%～0.3%的鉬可細化針狀鐵素體晶粒組織,並可增強從其它合金元素獲得的沉淀硬化效果。不必進行強化熱處理，HSLA鋼就能獲得450～600MPa（65～85ksi）的高屈服強度。由於塑脆性轉變溫度低至－60℃，這些材料被大量用於修建通向遙遠的北極油氣田的管道。較薄尺寸的含鉬HSLA鋼具有良好的可成形性，它們的高強度/重量比使其成為理想的汽車構件材料。

８．石油工業管材

對石油新來源的不斷探索已使深油層的開發和發展成為必要，而深油層經常受到腐蝕性的二硫化氫、二氧化碳和高氯化鹽水的污染，因而含鉬0.15%～0.25%的AISI4100系列Cr-Mo鋼被廣泛應用。經改進的含鉬0.4%～0.6%的4140系列是對硫化物應力蝕裂（SCC）最具抵抗力的低合金鋼，可用於含硫井。隨著鉆井深度的加深及使用條件的不斷惡化，含鉬高的不銹鋼和鎳基合金，如合金C-22（13%Mo）和合金C-276（16%Mo）的應用將不斷增加。

９．不銹鋼

由於鉻可在鋼表麵自然形成薄的具有保護作用的鈍化膜，所以不銹鋼具有耐蝕性。鉬可使此鈍化膜更強固，並可在鈍化膜被氯化物破壞時使其迅速再生。鉬含量的增加可提高不銹鋼上麻點及裂縫的抗蝕性。

316型（2%～3%Mo）是最廣泛應用的含鉬不銹鋼。它被指定用作食品處理和加工及醫藥品生產使用的罐、管道和熱交換器材料。增加鉬含量可增強對空氣中的氯化物的抵抗作用，所以316型可用作海上及海岸周圍建築的選擇材料。316型被用於包覆倫敦CanaryWharf建築物和世界上最高的建築物-位於馬來西亞吉隆坡的Petronas塔的外層。

雙相不銹鋼（3%～4%Mo）強度高並對氯化物應力腐蝕開裂具有優良的抗性。最初在石油天然氣工業中用作輸送管的多用途不銹鋼現在被更多地應用於化學加工和石油化學工業，並用作紙漿造紙工業的蒸煮器。

最具抗蝕性的不銹鋼含6%～7.3%Mo。這類合金鋼被用作發電廠的冷凝器、海底管道以及核發電廠的關鍵部件，如工業用水管道。1996年在南韓的一個火力發電廠中，選用含Mo6%的不銹鋼用於裝有20多個煙氣脫硫洗滌器的吸收塔上。

１０．麻點/隙間腐蝕

鈍態氧化鉻層在晶界附近和非金屬夾雜物附近非常敏感，可形成微電池並迅速產生麻點。缺氧區域，如墊圈下或搭接處，對類似的腐蝕是很敏感的，而它通常被稱作隙間腐蝕。

鉬是防止麻點腐蝕及隙間腐蝕的最有效的成本最低廉的合金元素。暴露在高溫下的腐蝕介質中，尤其是含氯化物和硫化物的腐蝕介質中的不銹鋼，其中若有外加的或殘餘的拉應力存在，應力腐蝕開裂（SCC）就會發生。增加鉬含量是提高鋼抗應力腐蝕開裂的一種最有效的方法。

在極其惡劣的操作環境中工作的發電廠的洗滌器、紙漿造紙及化學加工中的設備需要采用含鉬量非常高的合金。含鉬非常高的合金包括典型的含6%～8%Mo的合金和含10%～16%Mo的鎳基合金。

１１．工具鋼和高速鋼

鉬的最早應用之一是在工具鋼及高速鋼中用作鎢的替代物，很有效且成本低廉。鉬的原子量大約是鎢的一半，所以1%的鉬大致相當於2%的鎢。由於這些高合金鋼被用於金屬零件的加工、切削和成形，所以必須在較大的溫度范圍內兼具高硬度、高強度和高韌性。

１２．鑄鐵

鉬可通過降低珠光體轉變溫度來提高鑄鐵的強度和硬度。它還可提高高溫下的強度和蠕變阻力。含鉬2%～3%的高鉻鑄鐵比不含鉬的高鉻鑄鐵顯示出瞭更大的沖擊韌性，且在惡劣的磨蝕條件下應用很理想，比如，在采礦、銑削、破碎等過程中的應用。這些鑄鐵具有合格的性能，這就不必進行費用高昂的熱處理，使其成為其它磨擦材料的價格低廉的替代物。降低奧氏體形成元素比如鎳和錳的含量，還能將低溫奧氏體的保持力--引起過早損毀的潛在原因減低到最小。

矽含量達到4%，鉬含量達到1%的高Si-Mo塑性鐵的應用越來越引起人們的興趣。它們能在600℃工作的良好強度使其成為在高溫應用中合金含量較高的鐵和鋼的有效的價格低廉的替代物，如在渦輪增壓器外殼、發動機排氣歧管和加熱爐構件中的應用。經奧氏體淬火的球墨鑄鐵具有獨特的顯微組織，其強度超過瞭1000MPa(145ksi)，且具有良好的沖擊韌性。它們的特異性能使其在特殊應用中很理想，如發電、船發動機和大型采礦設備需要的大齒輪和機軸。

１３．粉末冶金

提高高速鋼之類的高合金鑄錠材料中的合金含量的最主要限制是在慢冷卻過程中有偏析傾向。粉末冶金技術使鋼液霧化為微滴，微滴冷卻得極其迅速，防止瞭內部偏析的發生。通過這些顆粒的凝結產生的鋼具有相當均勻的顯微組織，與同等的傳統品牌的鋼相比，它具有無數的優點。許多粉末冶金（PM）高速鋼、不銹鋼和鎳基合金已大量投入市場，而且這種技術預示將來可能生產出高合金鋼的新一代產品。

在超耐熱合金工業中，粉末冶金（PM）技術能夠生產出高合金含量的關鍵零件，如燃汽輪機部件。在微電子器件中用於熱處理的Mo/Cu和W/Cu散熱片。

１４．潤滑劑

二硫化鉬是最常見的鉬的自然形態，從礦石中提取凈化後直接用作潤滑劑。由於二硫化鉬為層狀結構，因而是一種很有效的潤滑劑。這些分層能夠在彼此間相互滑動，允許在鋼麵和其他金屬麵上流動自如，即使在重壓下也是如此，如軸承表麵。因為二硫化鉬是地熱作用形成的，它具有承受熱壓的化學穩定性。少量的硫與鐵反應並形成一個硫化物層，該硫化物層與硫化鉬是相容的，保持潤滑膜。二硫化鉬對許多化學品具有惰性，並在真空下會完成其潤滑作用，而石墨則不能。

二硫化鉬與其它固體潤滑劑相比有許多獨特的性能，包括：

●二硫化鉬不同於石墨，它的摩擦系數低（0.03～0.06），不是吸附膜或氣體所致，潤滑性是它本身所固有的；

●與金屬的親和力強；

●具有膜成型結構；

●屈服強度高達3450MPa（500千磅/平方英寸）；

●在大多數溶劑中具有穩定性；

●在空氣中,低溫350℃下有極好的潤滑性能（在1200℃惰性或真空條件下）

鉬的化合物和水溶性的硫化合物溶液混合後在切削液和金屬成型材料中具有潤滑性和緩蝕性。油溶性的鉬硫化合物，如硫代磷酸鹽和硫代氨基甲酸鹽，能避免發動機的磨損、氧化和腐蝕。有好幾個商業制造廠傢都生產這些潤滑添加劑。

１５．電子電氣

鉬有良好的導電和高溫性能，特別是與玻璃的熱膨脹系數極其相近，廣泛地用於制造燈泡中螺旋燈絲的芯線、引出線、掛鉤、支架、邊桿及其他部件，在電子管中做柵極和陽極支撐材料。在超大型集成電路中鉬用作金屬氧化物半導體柵極，把集成電路安裝在鉬上可以消除“雙金屬效應”。超薄型無縫鉬管（約15μm）可用作高清晰度電視機顯象管的陽極支架，這種電視機的圖象掃描線達1125條，比一般的電視機提高2倍。鉬圓片還可作功率晶體管隔熱屏和矽整流器的基板和散熱片。

１６．在現代電子工業中除使用純鉬外，Mo-Re合金可作電子管和特種燈泡的結構材料，Mo-50Re和TZM合金還可作高功率微波管和毫米波管中的熱離子陰極結構元件，其工作溫度可達到1200℃，電流密度可達10安培/厘米2。作為引出線的的純鉬絲再結晶溫度低，在高溫下易出現脆化，影響使用壽命，近年來，有人研制出添加Si、k和C等元素，以提高再結晶溫度，生產出“高溫鉬絲”。采取在氧化鉬生產過程中添加稀土元素釔、鈰、鑭等，更能有效地提高再結晶溫度，克服材料高溫脆化問題。含0.1—0.3%鋯、0.1%鈧的鉬絲，在1200℃氮化處理，使鈧彌散到整個合金中去，這種鉬絲在20℃時抗拉強度可達到1400百萬帕斯卡。

１７．模具工業的迅速發展，使電火花加工技術得到普遍的應用，鉬絲是理想的電火花線切割機床用電療絲，可切割各種鋼材和硬質合金，加工形狀極其復雜的零件，其放電加工穩定，能有效地提高模具的精度。

以上是鉬絲兩種最為廣泛的用途，燈泡制造業的發展和模具制造業的崛起，使得鉬絲的生產和消費突飛猛進。據中國照明協會統計，2010年全國生產鉬絲達到31.5億米，實際產量估計達到40億米，消耗將近800噸鉬條，其數量十分可觀。其中線切割用鉬絲產量超過20億米，占鉬絲總量的一半以上，其市場發展前景十分令人樂觀。

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