Характеристика та застосування матеріалів на основі молібдену

Існує нерозривний зв'язок між властивостями матеріалів і їх застосуванням. Для деяких застосувань певна властивість, наприклад електропровідність, є критичною. Для інших застосувань певний матеріал є найкращим вибором через його хороші загальні властивості. Слово «оптимальний» важливе в цьому контексті, оскільки воно означає, що в той час як інші матеріали можуть мати переваги в одній або двох властивостях, вибраний матеріал забезпечує найкраще вирішення різних проблем інженерного проектування, з якими стикається конкретний матеріал деталі. комплексні рішення. Іноді найкращим рішенням є не окремий матеріал, а комбінація чи композиція з кількох матеріалів, що дозволяє дизайнерам пристосувати бажані властивості для вирішення завдань, пов’язаних із конкретним застосуванням. Незважаючи на це, рішення, які зрештою виділяються серед конкурентів, є економічно ефективними. Це означає, що такі матеріали, як металевий молібден, є дуже дорогими відповідно до загальних стандартів інженерних матеріалів, але вони повинні демонструвати значні переваги порівняно з конкуруючими матеріалами.

У таблиці 1 підсумовано номінальний хімічний склад матеріалів на основі молібдену, проданих у 2012 році. Таблиця включає сплави на основі молібдену та композити молібдену з іншими матеріалами. Молібденові сплави мають вищу міцність, ніж чистий молібден, і можуть зберігати цю міцність при більш високих температурах, ніж чистий молібден. Деталі зі сплавів у таблиці далі підрозділяються на підтаблиці «заміна», «стабільний карбід» і «дисперсійне зміцнення».

Таблиця 1

Замінні сплави — найпростіший клас сплавів. Серед них атоми сплаву замінюють атоми молібдену в об’ємно-центрованій кубічній (ОЦК) кристалічній структурі сплаву (рис. 1). Коли атоми сплаву замінюють атоми молібдену, це спричиняє деформацію кристалічної решітки, що підвищує міцність матеріалу.

На малюнку 1 показано розміщення атомів молібдену на кристалічній решітці, представленій елементарною коміркою з центром у центрі, з атомами, розташованими в чотирьох кутах і в центрі.

Фігура 1

Копіювання цієї елементарної комірки лицем до лиця в тривимірному просторі сформує повний кристал. Хоча легування може збільшити міцність, основним методом зміцнення молібдену є механічна деформація, як правило, за допомогою стандартної прокатки, ротаційного кування або деформації, яка може збільшити міцність молібдену до чотирьох разів, залежно від величини застосованої деформації. Для матеріалів глибокої обробки, таких як катанка, можливі навіть вищі коефіцієнти підвищення. Відпал усуває наслідки механічної обробки і відновлює її міцність. Максимальна робоча температура альтернативних сплавів може бути трохи вищою, ніж температура чистого молібдену. Однак, щоб значно підвищити міцність при високих температурах, металурги шукали інші методи легування.

Сплави, стабілізовані карбідом, містять дрібні реакційноздатні частинки карбіду металу в молібденовій матриці. Вони також виграють від невеликої кількості альтернативного легування, що забезпечується реакційноздатними металами, які не присутні у формі карбідів, а також додатковим інтерстиціальним зміцненням вуглецем та елементами. Атоми Оксигену в некарбідних частинках. Ця комбінація зберігає міцність молібдену при вищих температурах, ніж чистий молібден або прості замінні сплави, оскільки дрібні частинки змушують процес відновлення відбуватися при вищих температурах. Процес виробництва є ключовим фактором успіху цих сплавів. Процес повинен гарантувати, що активний метал і вуглець спочатку розчиняються в молібденовій матриці, а потім випадають у необхідну дрібнодисперсну фазу в наступних процесах.

Дисперсійно зміцнені сплави використовують оксиди як другу фазу, або у випадку легованих Al/K/Si матеріалів використовують фази дисперсних елементів, які нерозчинні в молібденовій матриці. У цьому випадку на початку процесу деформації в матеріалі повинні бути присутніми дуже маленькі і стабільні частинки другої фази. Метою обробки є створення особливого розташування цих частинок, що забезпечує надзвичайну високотемпературну міцність і стабільність.

Композитні матеріали можна розділити на дві категорії: ламіновані композитні матеріали та порошкові композитні матеріали. Ламінати виготовляються шляхом каландрування композитів, які поєднують мідь або нікель з молібденом у серцевині. Порошкові композити виготовляють шляхом змішування/пресування/спікання (іноді методом гарячого ізостатичного пресування). пресування (HIP, ущільнення) або інфільтрація рідкої фази.

У таблиці 2 наведено перехресні посилання на деякі функції та програми, вказуючи на важливі функції кожної програми. Тут перераховано лише деякі функції або програми. Виробничі характеристики, такі як здатність до обробки та формування, відіграють важливу роль у прийнятті економічного рішення щодо виготовлення конкретної деталі, але вибір основних матеріалів залежить від вимог застосування. З таблиці очевидно, що жодна програма не побудована лише на одному компоненті. Наприклад, радіатори для силових напівпровідників повинні мати певний коефіцієнт теплового розширення, щоб мінімізувати теплову напругу під час роботи, але вони також повинні ефективно проводити тепло та електрику, оскільки для їх роботи також потрібно, щоб вони не тільки пропускали струм, але й відводили електрику. . Напівпровідникова теплота. Якщо силовий пристрій використовується в літаку чи космічному кораблі, щільність стане більш важливим фактором, ніж якби він був частиною великого фіксованого пристрою керування потужністю двигуна.

 Таблиця 2

Таким чином, необхідно враховувати «пакет» властивостей, підбираючи матеріали для застосування. Коли набір властивостей, необхідних для конкретного застосування, зрозумілий, можна вибрати відповідний сплав або композит для цього застосування. Якщо жоден з них недоступний. Коли готові матеріали доступні, можна розглянути питання про розробку нового матеріалу з низкою налаштованих властивостей. Приймаючи це рішення, необхідно розуміти конкуруючі матеріали та їх вартість, доступність і надійність порівняно з матеріалами на основі молібдену.

Супутні товари