Značajke i primjena materijala na bazi molibdena

Postoji neraskidiva veza između svojstava materijala i njihove primjene. Za neke primjene kritično je određeno svojstvo, poput električne vodljivosti. Za ostale primjene, određeni materijal je najbolji izbor zbog svojih dobrih ukupnih svojstava. Riječ "optimalan" je važna u ovom kontekstu jer znači da dok drugi materijali mogu imati prednosti u jednom ili dva svojstva, odabrani materijal pruža najbolje za različite probleme inženjerskog dizajna s kojima se suočava određeni materijal dijela. sveobuhvatna rješenja. Ponekad najbolje rješenje nije samo jedan materijal, već kombinacija ili kombinacija više materijala, što dizajnerima omogućuje da prilagode željena svojstva kako bi odgovorili na izazove određene primjene. Bez obzira na to, rješenja koja u konačnici odskaču od konkurencije su ona koja su isplativa. To znači da su materijali poput metalnog molibdena vrlo skupi prema uobičajenim standardima inženjerskih materijala, ali moraju pokazati značajne prednosti u usporedbi s konkurentskim materijalima.

Tablica 1 sažima nominalne kemijske sastave materijala na bazi molibdena prodanih oko 2012. Tablica uključuje legure na bazi molibdena i kompozite molibdena s drugim materijalima. Legure molibdena imaju veću čvrstoću od čistog molibdena i mogu zadržati tu čvrstoću na višim temperaturama od čistog molibdena. Dijelovi od legure u tablici dalje su podijeljeni u podtablice "zamjenski", "stabilni karbidom" i "ojačani disperzijom".

stol 1

Zamjenske legure su najjednostavnija klasa legura. Među njima, atomi legure zamjenjuju atome molibdena na kubičnoj (BCC) kristalnoj strukturi legure (slika 1). Kada atomi legure zamijene atome molibdena, to uzrokuje napetost u kristalnoj rešetki, što povećava čvrstoću materijala.

Slika 1 prikazuje raspored atoma molibdena na kristalnoj rešetki predstavljenoj jediničnom ćelijom "usmjerenom na tijelo", s atomima smještenim u četiri kuta iu središtu.

Slika 1

Repliciranje ove jedinične ćelije licem u lice u trodimenzionalnom prostoru će formirati potpuni kristal. Dok legiranje može povećati čvrstoću, primarna metoda ojačanja molibdena je ionako mehanička deformacija, obično standardnim valjanjem, rotacijskim kovanjem ili deformacijom koja može povećati čvrstoću molibdena do četiri puta, ovisno o količini primijenjene deformacije. Za materijale duboke obrade kao što su žice, mogući su čak i viši faktori povećanja. Žarenjem se uklanjaju učinci strojne obrade i vraća mu se čvrstoća. Maksimalna radna temperatura alternativnih legura može biti malo viša od temperature čistog molibdena. Međutim, kako bi značajno povećali čvrstoću na visokim temperaturama, metalurzi su slijedili druge metode legiranja.

Karbidom stabilizirane legure sadrže male reaktivne čestice metalnog karbida u molibdenskoj matrici. Oni također imaju koristi od male količine alternativnog legiranja koju pružaju reaktivni metali koji nisu prisutni u obliku karbida, kao i dodatno međuprostorno otvrdnjavanje od ugljika i elemenata. Atomi kisika u nekarbidnim česticama. Ova kombinacija održava snagu molibdena na višim temperaturama od čistog molibdena ili jednostavnih zamjenskih legura jer fine čestice potiču proces oporavka na više temperature. Proizvodni proces ključni je čimbenik uspjeha ovih legura. Proces mora osigurati da se aktivni metal i ugljik najprije otope u matrici molibdena, a zatim precipitiraju u potrebnoj finoj disperziranoj fazi u narednim procesima.

Disperzivno ojačane legure koriste okside kao drugu fazu, ili u slučaju dopiranih Al/K/Si materijala koriste disperzne faze elemenata koji su netopivi u molibdenskoj matrici. U tom slučaju, vrlo male i stabilne čestice druge faze moraju biti prisutne u materijalu na početku procesa deformacije. Svrha obrade je stvoriti poseban raspored ovih čestica koji rezultira izvanrednom visokotemperaturnom čvrstoćom i postojanošću.

Kompozitni materijali mogu se podijeliti u dvije kategorije: laminirani kompozitni materijali i praškasti kompozitni materijali. Laminati se izrađuju kalandriranjem kompozita koji kombiniraju bakar ili nikal s molibdenom u jezgri. Praškasti kompoziti proizvode se miješanjem/prešanjem/sinteriranjem (ponekad vrućim izostatičkim prešanjem). prešanje (HIP, densifikacija) ili infiltracija tekuće faze.

Tablica 2 daje unakrsne reference na neke funkcije i aplikacije, ističući važne funkcije svake aplikacije. Ovdje su navedene samo neke značajke ili aplikacije. Proizvodne karakteristike kao što su mogućnost obrade i oblikovanja igraju važnu ulogu u ekonomskoj odluci o proizvodnji određenog dijela, ali izbor osnovnih materijala je vođen zahtjevima primjene. Iz tablice je očito da nijedna aplikacija nije izgrađena oko samo jedne komponente. Na primjer, hladnjaci za poluvodiče snage moraju imati određeni koeficijent toplinskog širenja kako bi se smanjio toplinski stres tijekom rada, ali također moraju učinkovito provoditi toplinu i električnu energiju, jer njihov rad također zahtijeva da ne samo propuštaju struju, već i da odvode električnu energiju . Toplina poluvodiča. Ako se uređaj za napajanje koristi u zrakoplovu ili svemirskoj letjelici, gustoća će postati važniji čimbenik nego da je dio velikog fiksnog uređaja za kontrolu snage motora.

 Tablica 2

Stoga se mora uzeti u obzir "paket" svojstava pri usklađivanju materijala s aplikacijama. Nakon što se shvati skup svojstava potrebnih za određenu primjenu, može se odabrati odgovarajuća legura ili kompozit za tu primjenu. Kada nijedan nije lako dostupan - kada su proizvedeni materijali dostupni, može se razmotriti razvoj novog materijala s nizom prilagođenih svojstava. Prilikom donošenja ove odluke, potrebno je razumjeti konkurentske materijale i njihovu cijenu, dostupnost i pouzdanost u usporedbi s materijalima na bazi molibdena.

Povezani proizvodi