鎢的性質(zhì)及用途

更新時(shí)間：2012-08-23 瀏覽量：68197

鎢的性質(zhì)和主要用途

（一）鎢的性質(zhì)

鎢的熔點(diǎn)為3410℃，沸點(diǎn)約為5900℃，熱導(dǎo)率在10～100℃時(shí)為174瓦/米·K，在高溫下蒸發(fā)速度慢、熱膨脹系數(shù)很小，膨脹系數(shù)在0～100℃時(shí)，為4.5×10^-6·K^-1。

鎢的比電阻約比銅大3倍。電阻率在20℃為10^-8歐姆·米。

鎢的硬度大、密度高（密度為19.25克/厘米³），高溫強(qiáng)度好，電子發(fā)射性能亦佳。

鎢的機(jī)械性能主要決定于它的壓力加工狀態(tài)與熱處理過程。在冷狀態(tài)下鎢不能進(jìn)行壓力加工。鍛壓、軋壓、拉絲均需在熱狀態(tài)下進(jìn)行。

常溫下鎢在空氣中穩(wěn)定，在400-500℃鎢開始明顯氧化，形成藍(lán)黑色的致密的W0₃表面保護(hù)膜。

常溫下鎢不易被酸、堿和王水浸蝕，但溶解于氫氟酸和王水的混合液內(nèi)。

（二）鎢的主要用途

鎢及其合金廣泛應(yīng)用于電子、電光源工業(yè)。用于制造各種照明用燈泡，電子管燈絲使用的是具有抗下垂性能的摻雜鎢絲。

摻雜鎢絲中添加錸。由含錸量低的鎢錸合金絲與含錸量高的鎢錸合金絲制造的熱電偶，其測溫范圍極寬（0～2500℃），溫度與熱電動(dòng)勢之間的線性關(guān)系好，測溫反應(yīng)速度快（3秒），價(jià)格相對便宜，是在氫氣氛中進(jìn)行測量的較理想的熱電偶。

鎢絲不僅觸發(fā)了一場照明工業(yè)的革命，同時(shí)還由于它的高熔點(diǎn)，在不喪失其機(jī)械完整性的前提下，成為電子的一種熱離子發(fā)射體，比如作掃描電（子顯微）鏡和透射電（子顯微）鏡的電子源。還用于作X射線管的燈絲。在X射線管中，鎢絲產(chǎn)生的電子被加速，使之碰撞鎢和鎢錸合金陽極，再從陽極上發(fā)射出X射線。為產(chǎn)生X射線要求鎢絲產(chǎn)生的電子束的能量非常之高，因此被電子束碰撞的表面上的斑點(diǎn)非常之熱，故在大多數(shù)X射線管中使用的是轉(zhuǎn)動(dòng)陽極。

此外大尺寸的鎢絲還用作真空爐的加熱元件。

鎢的密度為19.25克/厘米³ ，約為鐵（7.87克/厘米³ ）的2.5倍，是周期系zui重的金屬元素之一?；阪u的這一特性制造的高密度的鎢合金（即高比重鎢合金）已成為鎢的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。采用液相燒結(jié)工藝，在鎢粉中同時(shí)加入鎳、鐵、銅及少量其他元素，即可制成高密度鎢合金。根據(jù)組分的不同，高密度鎢合金可分為鎢—鎳—鐵和鎢—鎳—銅兩個(gè)合金系。通過液相燒結(jié)，其密度可達(dá)17～18.6克／厘米³。所謂液相燒結(jié)是指混合粉末壓坯在燒結(jié)溫度下有一定量液相存在的燒結(jié)過程。其優(yōu)點(diǎn)在于液相潤濕固相顆粒并溶解少量固體物質(zhì)，大大加快了致密化和晶粒長大的過程，并達(dá)到*的相對密度。比如對通常在液相燒結(jié)時(shí)使用的鎳鐵粉而言，當(dāng)燒結(jié)進(jìn)行時(shí)，鎳鐵粉熔化。盡管在固相鎢（占95％的體分?jǐn)?shù)）中液態(tài)鎳鐵的溶解度極小，但固態(tài)鎢卻易于溶解在液態(tài)鎳鐵中。一旦液體鎳鐵潤濕鎢粒并溶解一部分鎢粉，鎢顆粒則改變形狀，其內(nèi)部孔隙當(dāng)液流進(jìn)入時(shí)立即消失。過程繼續(xù)下去，則鎢顆粒不斷粗化和生長，到zui后產(chǎn)生接近100％致密且具有*顯微組織的zui終產(chǎn)品。

用液相燒結(jié)制成高密度鎢合金除密度高外還有比純鎢更好的沖擊性能，其主要用途是制造高穿透力的軍用穿甲彈。

碳化鎢在1000℃以上的高溫仍能保持良好的硬度，是切削、研磨的理想工具。1923年德國的施羅特爾（Schroter）正是利用WC的這一特性才發(fā)明WC-Co硬質(zhì)合金的。由于WC-Co硬質(zhì)合金作為切削刀具及拉伸、沖壓模具帶來了巨大的商機(jī)，很快在1926～1927

年便實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。簡單地說，先將鎢粉（或W0₃）與碳黑的混合物在氫氣或真空中于一定溫度下碳化，即制成碳化鎢（WC），再將WC與金屬粘結(jié)劑鈷按一定比例配料，經(jīng)過制粉、成型、燒結(jié)等工藝，制成刀具、模具、軋輥、沖擊鑿巖鉆頭等硬質(zhì)合金制品。

目前使用的碳化鎢基硬質(zhì)合金大體上可分為碳化鎢—鈷、碳化鎢—碳化鈦—鈷、碳化鎢—碳化鈦—碳化鉭（鈮）—鈷及鋼結(jié)硬質(zhì)合金等四類，在當(dāng)前每年約5萬噸鎢的消費(fèi)量中，碳化鎢基硬質(zhì)合金約占63％。據(jù)zui近的消息，硬質(zhì)合金的總產(chǎn)量約33000噸/年，消耗鎢總供應(yīng)量的50％～55％。

鎢是高速工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、耐熱鋼和不銹鋼的主要合金元素，用于生產(chǎn)特種鋼的鎢的用量很大。

鎢可以通過固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等方法實(shí)現(xiàn)合金化，借以提高鎢材的高溫強(qiáng)度、塑性。通過合金化，鎢已形成多種對當(dāng)代人類文明有重大影響的有色金屬合金。

鎢中加入錸（3％～26％）能顯著提高延展性（塑性）及再結(jié)晶溫度。某些鎢錸合金經(jīng)適當(dāng)高溫退火處理后，延伸率可達(dá)到5％，遠(yuǎn)較純鎢或摻雜鎢的1％～3％為高。

鎢中加入0.4％～4.2％氧化釷（ThO₂）形成的鎢釷合金，具有很高的熱電子發(fā)射能力，可用作電子管熱陰極、氬弧焊電極等，但ThO₂的放射性未得到解決。

我國研制的鈰鎢（W-CeO₂）合金及用La₂O₃和Y₂0₃作彌散劑制成的鑭鎢、釔鎢合金（氧化物含量一般在2.2％以下）代替W-Th0₂合金，均已用作氬弧焊、等離子焊接與切割及非自耗電弧爐等多種高溫電極。

鎢銅、鎢銀合金是一種組成元素間并無反應(yīng)因而不形成新相的粉冶復(fù)合材料。鎢銀、鎢銅合金實(shí)際上不是合金，故被視為假合金。鎢銀合金即是常提及的滲銀鎢。此類合金含20％～70％銅或銀，兼有銅、銀的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能與鎢的高熔點(diǎn)、耐燒蝕等性能，主要用作火箭噴嘴、電觸點(diǎn)及半導(dǎo)體支承件。國外一種北極星A-3導(dǎo)彈的噴嘴就是用滲有10％～15％銀的鎢管制造的，重量達(dá)數(shù)百千克的阿波羅宇宙飛船用的火箭噴嘴也是鎢制造的。

鎢鉬合金具有比純鎢更高的電阻率、更的韌性，已用作電子管熱絲、玻璃密封引出線。鎢作為合金元素，在有色金屬合金中要提及的還有超合金。上個(gè)世紀(jì)40年代為適應(yīng)航空用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)對高溫材料的需要，在隆隆的炮火中誕生了超合金。超合金由鎳基、鈷基、鐵基三類特種結(jié)構(gòu)合金組成。它們在高溫（500～1050 ℃）下作業(yè)時(shí)仍能保持*的強(qiáng)度、抗蠕變性能、抗氧化性能及耐蝕性。此外，它們在長達(dá)數(shù)年的使用期限內(nèi)，可不會(huì)斷裂，也就是具有耐高周期疲勞和低周期疲勞的特性。這類性能對人命關(guān)天的航空航天產(chǎn)業(yè)萬分重要。

目前使用的超合金共有35～40個(gè)牌號，其中相當(dāng)一部分的主成分之一為鎢（見表）。某些超合金的組成部分 （重量）%

合金	組成（％）
合金	Cr	Ni	Co	Mo	W	Nb	Ti	Al	Fe	C	其他
Fe-Ni基 19-9DL	19.9	9.0		1.25	1.25	0.4	0.3		66.8	0.30	1.10Mn，0.6Si
Ni基 Rene80 Rene95 MAR-M247 INMA-6000E	14.0 14.0 8.25 15.0	60.0 61.0 59.0 68.5	9.5 8.0 10.0	4.0 3.5 0.7 2.0	4.0 3.5 10.0 4.0	3.5	5.0 2.5 1.0 2.5	3.0 3.5 5.5 4.5	<0.3 <0.5	0.17 0.16 0.15 0.05	0.015B,0.03Zr 0.01B,0.05Zr 0.015B 1.1Y₂O₃,2.0Ta, 0.01B,0.15Zr
Co基 Haynesm25 （L605） Haynesl88 S-816 X-40 WI-52 MAR-M3O2 MAR-M5O9 J-1570	20.0 22.0 20.0 22.0 21.0 21.5 23.5 20.0	10.0 22.0 20.0 10.0 10.0 28.0	50.0 37.0 42.0 57.5 63.5 58.0 54.5 46.0	4.0	15.0 14.5 4.0 7.5 11.0 10.0 7.0	4.0	0.2 4.0		3.0 3.0_zui大4.0 1.5 2.0 0.5 2.0	0.10 0.10 0.38 0.50 0.45 0.85 0.6 0.2	1.5Mn 0.90La 0.5Mn,0.5Si 2.0Nb+Ta 9.0Ta,0.005B,0.2Zr 0.5Zr

這些合金中鎢的用量zui低為0.6％，zui高為15％，占有比例并不高，但從高溫工程如航空工業(yè)和熱電廠對他們的需求數(shù)量看，其用量將十分可觀。估計(jì)在超合金中，大約2/3以上用于航空航天業(yè)，1/7用于核電站、燃?xì)鉁u輪電站，另1/7用于海事作業(yè)和運(yùn)輸業(yè)。

鎢的主要問題是咨源短缺。為此一些鎢資源短缺地區(qū)如歐洲開展了以鉬代鎢的研究，另外從節(jié)約材料的角度考慮，國外還出現(xiàn)了高工效的涂層硬質(zhì)合金。估計(jì)硬質(zhì)合金涂層本身在硬度、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性能、摩擦系數(shù)（要求低）、熱導(dǎo)率以及阻擋鈷和碳從基材（襯底）擴(kuò)散的有效性等方面大體已經(jīng)解決。

在電子工業(yè)尤其是集成電路制造中，利用化學(xué)氣相沉積（CVD）在襯底上形成薄膜的技術(shù)，是一項(xiàng)與粉冶技術(shù)生產(chǎn)鎢的體材料（塊材）產(chǎn)品*不同的工藝。zui常見的是用六氟化鎢作CVD沉積過程的鎢源。室溫下的WF₆是液體，但通過待涂覆的零件時(shí)WE₆因本身*的蒸氣壓而與氫氣合流，在大約300℃通過WF₆+3H₂→W+6HF反應(yīng)而有選擇地涂在工件表面上。如沉積在集成電路上形成的鎢通道（vias）作為小的金屬插頭可連接到電路板的另一條水平導(dǎo)線上。這種小插頭的直徑為0.4毫米，長徑比為2.5，以后還可以把直徑縮小到0.1毫米，使長徑比達(dá)到5。由于鎢具有的導(dǎo)電性，且不與周圍的材料反應(yīng)等條件，因此CVD法是填充通道、凈化不需要鎢的表面的*方法。

鉬的性質(zhì)和主要用途

鉬的性質(zhì)

鉬與鎢的性質(zhì)非常相近，其沸點(diǎn)和導(dǎo)電性能突出，線熱膨脹系數(shù)小，較鎢易于加工。

金屬鉬的熱導(dǎo)率[135瓦／（米·開）]與比熱[0.276千焦／（千克·開）]呈*搭配，使它成為抗熱震和熱疲勞的天然選擇。它的熔點(diǎn)為2620℃，次于鎢、鉭，但密度卻較之低得多，因此其比強(qiáng)度（強(qiáng)度／密度）大于鎢、鉭等金屬，在對重量要求極關(guān)鍵的應(yīng)用中，更為有效。鉬在1200℃仍有高的強(qiáng)度。

鉬的主要缺點(diǎn)是抗高溫氧化性能差（高于600℃迅速氧化）和室溫延性不佳。為揚(yáng)長避短，對高溫氧化問題多采用涂層（如涂MoSi₂、鍍鎳、鍍鉻等）辦法控制；對塑性過差即通常說的低溫脆化的欠缺，則通過合金強(qiáng)化和加人碳化物實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化等措施解決。

鎢（W）、錸（Re）、鉭（Ta）、鈦（Ti）和鋯（Zr）等是常見的固溶強(qiáng)化元素。鎢是鉬的主要固溶強(qiáng)化元素，錸可把延脆轉(zhuǎn)變溫度降到—200℃。由它們形成的工業(yè)鉬合金參見表。其中由鑭構(gòu)成的鉬鑭合金顯示出極為突出的抗蠕變及高溫變形能力，其在高溫下的這一特性表現(xiàn)得尤為明顯。

工業(yè)鉬合金及其應(yīng)用

合金	標(biāo)稱成分（重量％）	應(yīng) 用
純鉬 TZM MHC Mo—W Mo—Re Mo—La	99.95Mo 0.5Ti，O.08Zr，0.03C 1～1.5Hf，0.03～0.05C 10～30W 41～47.5Re 0.5—1.5La（呈近La₂O₃狀態(tài)）	真空爐、玻璃熔煉、電子器件、熱阱熱加工工具、爐子安裝用具熱加工工具熔融鋅處理、濺射靶行波管、火箭助推器燒結(jié)舟皿

鉬的用途

從的消費(fèi)結(jié)構(gòu)看，鉬確實(shí)稱得上是鐵的同盟軍。西方發(fā)達(dá)國家對鉬的需求80%源于鋼鐵，不銹鋼吸納30％的鉬，低合金鋼吸納30％，鉆探刀頭和切削刀具占10％，鑄鋼占10％。另外20％的鉬消費(fèi)在鉬化學(xué)制品、鉬基潤滑劑和石油精煉等方面。頗為典型的美國1998年在鋼鐵生產(chǎn)中鉬的消費(fèi)比例是75％。

此外以鉬為基的合金在電子、金屬加工及航天工業(yè)中也得到日益廣泛的應(yīng)用。

1．鉬合金

TZM合金具有的高溫強(qiáng)度及綜合性能，是應(yīng)用zui廣泛的鉬合金。美國用TZM合金制作發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤，其用鉬量占鉬總用量的15％。我國生產(chǎn)包括TZM鉬合金在內(nèi)的鉬材已不下于22個(gè)牌號，20世紀(jì)90年代初我國鉬及鉬制品的產(chǎn)量已近200噸。

TZM和TZC鉬合金的高溫機(jī)械性能比純鉬好，廣泛用于制造高溫工、模具及各種結(jié)構(gòu)件。我國早在20世紀(jì)年代即已成功地將它們制成各種無縫鋼管的熱穿孔頂頭。此種用粉冶技術(shù)制造的燒結(jié)鉬頂頭減少了原料消耗（為鑄態(tài)的50％），平均使用壽命提高1.5～2倍。

鉬錸合金（含50％Re）制成的無縫管高溫性能優(yōu)良，可在接近其熔點(diǎn)的溫度下使用，用作熱電偶套管和電子管陰極的支架、環(huán)、柵極等零件。

鉬及鉬合金除具有高溫強(qiáng)度，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和低的熱膨脹系數(shù)（與電子管用玻璃相近）外，還擁有較鎢易于加工的優(yōu)勢，因此用常規(guī)加工方法生產(chǎn)的板、帶、箔、管、棒、線和型材等在電子管（柵極和陽極）、電光源（支撐材料）零件，金屬加工工具（壓鑄和擠壓模、鍛模、穿孔頂頭、液態(tài)金屬濾篩）及渦輪盤等部件中得到廣泛應(yīng)用。

2．鋼的合金元素

鉬作為鋼材的盟友，和鎳、鉻一起作為合金元素能夠減少合金鋼在熱處理時(shí)經(jīng)常發(fā)生的脆變。在高速鋼中用鉬代替鎢在解決鎢資源不足方面，美國走在了前面。據(jù)計(jì)算，鉬具有兩倍于鎢的“能力”。這樣一來含鎢18％的鋼可由含鉬9％的鋼代替（同時(shí)加入鉻與釩），大大降低了鋼的生產(chǎn)成本。鉬在不銹鋼內(nèi)的作用是提高耐蝕性、增加高溫強(qiáng)度及改善可焊性?？梢娿f在鋼鐵工業(yè)中有著非同凡響的作用。

3．其他應(yīng)用

鉬在真空爐工作的溫度和壓力下，具有極低的蒸氣壓。因此鉬零件對爐內(nèi)工件或工作物質(zhì)的污染zui少，并且蒸發(fā)損失肯定不會(huì)制約諸如加熱元件和隔熱包封等鉬質(zhì)高溫零件的使用壽命。

在制造玻璃制品方面鉬的高溫強(qiáng)度使它成為快速加熱期間zui為理想的電極與處理和加工設(shè)備。鉬與大多數(shù)玻璃組分在化學(xué)上是相容的，更不會(huì)由于小量鉬溶解在玻璃熔槽內(nèi)而造成有害的發(fā)色效應(yīng)。作為玻璃熔煉爐中的加熱電極，其壽命可長達(dá)3～5年。

4．新興應(yīng)用

解決鉬的低溫延性和高溫氧化問題的主要途徑就是開發(fā)一種以二硅化鉬（MoSi₂）為基的復(fù)合材料。

鉬與氧接觸形成的Mo0₂在800℃升華，冷凝時(shí)得到一種黃白色的翳狀物，給發(fā)揮鉬在高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能上的優(yōu)勢造成了嚴(yán)重的工程問題。為此采用了有自愈能力的富硅涂層，然而這種涂層抗熱循環(huán)效應(yīng)的能力極差。而以二硅化鉬作基體的復(fù)合材料Mo-Si-B的高溫強(qiáng)度和抗氧化能力*，但延性差，生產(chǎn)小批量商用產(chǎn)品。為解決延性問題，zui近確定了這種鉬—硅—硼系復(fù)合材料的組成范圍，使之除抗氧化性能奇佳外，高溫機(jī)械性能與TZM合金相當(dāng)。該復(fù)合材以Mo₅SiB（T2）為基體相，以金屬鉬為第二相。金屬相提高了復(fù)合材料的延性，基體相可形成自愈性的氧化皮。目前制成的同時(shí)加入鈦的Mo-6Ti-2.2Si-1.1B復(fù)合材料在1370℃下暴露在空氣中2小時(shí)，肉眼幾乎看不到變化，較之TZM還要。這是鉬基合金一項(xiàng)了不起的成就。

鉬的第二項(xiàng)新成就是作充填炸藥彈頭的內(nèi)襯（軍事上叫藥型罩），這種彈頭在軍事和工業(yè)應(yīng)用中可穿透和切削很深的深度。在這類裝置內(nèi)，內(nèi)襯周圍的炸藥以可控的方式起爆，使內(nèi)襯以一種非常奇特的方式變形。變形使內(nèi)襯材料產(chǎn)生有*速度、極大張力的棒狀碎片（噴射器）可深深地穿入靶材或目標(biāo)。

襯鉬炸藥藥型罩的開發(fā)是一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)彈頭藥型內(nèi)襯材料是銅，但鉬的聲速為5.12千米／秒（銅為3.94千米／秒）、密度10.2克／厘米³（銅為8.93克／厘米³）。為獲得高速相干噴射，尖頭必須要有高的聲速。使用鉬的藥型設(shè)計(jì)可使噴射尖頭的速度大于12千米／秒，而使用銅速度尚不足10千米／秒。兩者速度相差20％～25％，其原因就在于高聲速使尖頭的能量增加，從而導(dǎo)致穿透力提高。的炸藥藥型罩以錐形和嗽叭型為好。用鉬代銅將是軍械上的一項(xiàng)重要改革。

鉬的第三項(xiàng)新成就是制造平板型顯示設(shè)備。在電子行業(yè)，平板型顯示設(shè)備至今仍然使用有源矩陣液晶顯示（LCD）技術(shù)。但LCD正與處于不同開發(fā)階段的場發(fā)射顯示（FED）、電致發(fā)光顯示（EL）、等離子體顯示面板（PDP）、陰極射線發(fā)光顯示（CRT）及真空熒光顯示（VFD））進(jìn)行著的激烈競爭。在這項(xiàng)顯示工藝中，顯示借兩塊被真空隔離的玻璃薄片實(shí)現(xiàn)。背面的玻璃當(dāng)作陰極，在這片玻璃上以場發(fā)射極陣列的形式分布著5億個(gè)以上的發(fā)射極，發(fā)射極間的間隔比電視屏幕上的象素小得多。發(fā)射極即由鉬制造，它們在顯示時(shí)既可單獨(dú)控制亦可分組控制。鑒于它們的視角寬，響應(yīng)時(shí)間快，有寬的溫度范圍公差，特別是功耗低，與要求清晰、明亮、可移動(dòng)、耐用的潮流一起，成為發(fā)展乎板顯示工藝的主要推動(dòng)力。顯示市場有高達(dá)100億美元以上的市場。平板顯示工藝用電子束蒸發(fā)將鉬沉積在發(fā)射極上，其用量雖少，但對發(fā)展大屏幕、高清晰度電視卻有著不可*的前程。

鉬的用途
鉬是一種金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑。它可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊性及韌性，還可增強(qiáng)其耐高強(qiáng)度及耐腐蝕性能。

盡管鉬主要應(yīng)用于鋼鐵領(lǐng)域，但由于鉬本身具有多種特性，它在其它合金領(lǐng)域及化工領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷擴(kuò)大。

實(shí)驗(yàn)證明，鉬化合物具有低的毒性，這是鉬區(qū)別于其它重金屬的顯著特征之一。

鉬資源：
1、儲(chǔ) 量
鉬從來不以天然元素狀態(tài)出現(xiàn)，而總是和其它元素結(jié)合在一起。雖然發(fā)現(xiàn)的鉬礦物許許多多，但*有工業(yè)開采價(jià)值的只有輝鉬礦（MoS2）-一種鉬的天然硫化物。礦床中，輝鉬礦的一般品位為0.01%～0.50%，并常常與其它金屬（特別是銅）的硫化物結(jié)合在一起。
世界鉬資源主要分布在美及南美的西部山區(qū)，美國是世界上*大產(chǎn)鉬國，也是世界上鉬儲(chǔ)量zui大的國家，為5 .4百萬噸，幾乎占鉬總儲(chǔ)量的一半。
2、礦床
鉬礦床可分為下面三種類型：
原生鉬礦，主要提取輝鉬礦精礦；
次生鉬礦，從主產(chǎn)品銅中分離鉬；
共生鉬礦，這類鉬礦床中鉬和銅的工業(yè)開采價(jià)值均等。

參考資料：http://knology.chinaccm.com/phrase-2006011014140100295.html

回答者：dlssk12345 - 初入江湖三級 1-17 10:37

線切割的鉬絲，電子管內(nèi)部的構(gòu)件

回答者：匿名 1-17 12:19

黑色材料

合金鋼、不銹鋼、工具鋼及鑄鐵是鉬的主要應(yīng)用領(lǐng)域，其生產(chǎn)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(dāng)值獲得一種硬馬氏體組織，因而提高了大截面構(gòu)件的強(qiáng)度、硬度和韌性；
● 降低回火脆性；
● 抗氫脆；
● 抗硫化物引起的應(yīng)力開裂；
● 提高高強(qiáng)度；
● 改善不銹鋼的防腐性，特別是防氯化物點(diǎn)蝕；
● 改善高強(qiáng)度低合金鋼的焊接性能。
有色合金

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

鉬基合金

鉬及鉬合金的用途十分廣泛，這是因?yàn)樗性S多特性，如強(qiáng)度高（2000℃），熱膨脹系數(shù)低，優(yōu)良的導(dǎo)熱與導(dǎo)電性能，對熔融玻璃、熔鹽及熔融金屬有較高的防腐性，還可提高薄涂料的耐磨性。
鉬鋼

鉬是一種特殊鋼合金元素，鉬不僅將其許多優(yōu)良性能帶入了鋼中，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。

1997年按zui終用途分類的鉬的消耗量（總鉬含量：115000噸）

滲碳鋼

鉬（0.15%～0.30%）被用于滲碳鋼中，可提高心部低碳部分的可硬化性，同時(shí)可增加高碳部分的韌性。對于大截面的零件，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(huì)導(dǎo)致表面產(chǎn)生裂紋和剝落。

用Hasloy CW6M 鑄造的含鉬達(dá)到20%的可耐高嚴(yán)重腐蝕的閥門

高鋼

相對于其它合金元素，鉬原子很大。所以，它是非常有效的強(qiáng)化劑，可提高鋼的蠕變強(qiáng)度到能夠在600℃左右使用的程度。它的尺寸有效地阻止了砷原子向晶界的遷移，從而防止了回火脆性。氫擴(kuò)散也被阻止并使氫致開裂的程度減低到極小。
應(yīng)用了鉬的這些特性的zui早的一種高鋼是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，廣泛用于石油精煉廠、發(fā)電廠和石化廠的設(shè)備中。
高強(qiáng)度低合金（HSLA）鋼

鉬對低碳微合金HSLA鋼的發(fā)展起了重要的作用。添加0.1%～0.3%的鉬可細(xì)化針狀鐵素體晶粒組織,并可增強(qiáng)從其它合金元素獲得的沉淀硬化效果。

不必進(jìn)行強(qiáng)化熱處理，HSLA鋼就能獲得450～600 MPa（65～85 ksi）的高屈服強(qiáng)度。由于塑脆性轉(zhuǎn)變度低至－60 ℃，這些材料被用于修建通向遙遠(yuǎn)的極油氣田的管道。較薄尺寸的含鉬HSLA鋼具有良好的可成形性，它們的高強(qiáng)度/重量比使其成為理想的汽車構(gòu)件材料。

石油工業(yè)管材

對石油新來源的不斷探索已使深油層的開發(fā)和發(fā)展成為必要，而深油層經(jīng)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AISI 4100系列Cr-Mo鋼被廣泛應(yīng)用。經(jīng)改進(jìn)的含鉬0.4%～0.6%的4140系列是對硫化物應(yīng)力蝕裂（SCC）抵抗力的低合金鋼，可用于含硫井。隨著鉆井深度的加深及使用條件的不斷惡化，含鉬更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(yīng)用將不斷增加。
不銹鋼

由于鉻可在鋼表面自然形成薄的具有保護(hù)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(qiáng)固，并可在鈍化膜被氯化物破壞時(shí)使其迅速再生。鉬含量的增加可提高不銹鋼上麻點(diǎn)及裂縫的抗蝕性。
316型（2%～3% Mo）是zui廣泛應(yīng)用的含鉬不銹鋼。它被用作食品處理和加工及醫(yī)藥品生產(chǎn)使用的罐、管道和熱交換器材料。增加鉬含量可增強(qiáng)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筑的選擇材料。316型被用于包覆倫敦Canary Wharf 建筑物和世界上zui高的建筑物-位于馬來西亞吉隆坡的Petronas 塔的外層。
雙相不銹鋼（3%～4% Mo）強(qiáng)度高并對氯化物應(yīng)力腐蝕開裂具有優(yōu)良的抗性。zui初在石油天然氣工業(yè)中用作輸送管的多用途不銹鋼現(xiàn)在被更多地應(yīng)用于化學(xué)加工和石油化學(xué)工業(yè)，并用作紙漿造紙工業(yè)的蒸煮器。
抗蝕性的不銹鋼含6%～7.3%Mo。這類合金鋼被用作發(fā)電廠的冷凝器、海底管道以及核發(fā)電廠的關(guān)鍵部件，如工業(yè)用水管道。1996年在南韓的一個(gè)火力發(fā)電廠中，選用含Mo 6%的不銹鋼用于裝有20多個(gè)煙氣脫硫洗滌器的吸收塔上。
麻點(diǎn)/隙間腐蝕

鈍態(tài)氧化鉻層在晶界附近和非金屬夾雜物附近非常敏感，可形成微電池并迅速產(chǎn)生麻點(diǎn)。缺氧區(qū)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(diǎn)腐蝕及隙間腐蝕的zui有效的成本zui低廉的合金元素。暴露在高下的腐蝕介質(zhì)中，尤其是含氯化物和硫化物的腐蝕介質(zhì)中的不銹鋼，其中若有外加的或殘余的拉應(yīng)力存在，應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）就會(huì)發(fā)生。增加鉬含量是提高鋼抗應(yīng)力腐蝕開裂的一種zui有效的方法。
上圖示出了在卡羅來納大西洋上的LaQue Corrosion Services 的海上大氣測試設(shè)備上暴露了56年的304型（不含MO）和316型（含3%～4% Mo）測試板。316型未被腐蝕，在非常惡劣的環(huán)境下保持優(yōu)良狀態(tài)長達(dá)半個(gè)多世紀(jì)。不含鉬的不銹鋼被嚴(yán)重腐蝕。此照片形象地反映了不銹鋼中添加鉬的有益效果。
在惡劣的操作環(huán)境中工作的發(fā)電廠的洗滌器、紙漿造紙及化學(xué)加工中的設(shè)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。
工具鋼和高速鋼

鉬的zui早應(yīng)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(dāng)于2%的鎢。由于這些高合金鋼被用于金屬零件的加工、切削和成形，所以必須在較大的度范圍內(nèi)兼具高硬度、高強(qiáng)度和高韌性。
工具鋼

鉬可提高工具鋼的硬度和耐磨性。通過降低"臨界冷卻速率"，鉬可促進(jìn)*馬氏體基體的形成，甚至可用于在不扭曲或不開裂的情況下不能迅速冷卻的大塊復(fù)雜鑄件上。鉬可與鉻之類的元素合用形成特別硬的耐磨碳化物。
由于對工具鋼的性能要求不斷提高，所以其含鉬量也就不斷增加。
Mo%
塑性鑄造鋼
0.5（zui大）
冷變形鋼 0.5～1.0
熱變形鋼 3.0（zui大）

高速鋼

當(dāng)工具鋼中鉬、鎢和釩的總含量大于7%且含碳量大于0.6%時(shí)，被稱為高速鋼。此術(shù)語是對其能夠"高速"切割金屬的性能的描述。直到20世紀(jì)50年代，含鎢18%的T-1還是的切削鋼，但是可控氣氛熱處理爐的出現(xiàn)使鉬全部或部分取代鎢成為現(xiàn)實(shí)，且十分經(jīng)濟(jì)有效。
選定的高速鋼的典型成分（%）

級別 C Cr Mo W V
T-1 0.75 - - 18.0 1.1
M-2 0.95 4.2 5.0 6.0 2.0
M-7 1.00 3.8 8.7 1.6 2.0
M-42 1.10 3.8 9.5 1.5 1.2

添加5%～10%的鉬可有效地使高速鋼的硬度和韌性達(dá)到*，并在切割金屬時(shí)產(chǎn)生的高下保持這些特性。鉬還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：在高下，如果鐵和鉻的初生碳化物在尺寸上迅速長大，那么鋼就會(huì)變軟變脆。
鉬，尤其是與釩結(jié)合的鉬，可將碳化物重組為在高下較穩(wěn)定的微小的二次碳化物，從而使鋼的軟化脆化程度減低到zui小。
高速鋼的zui大用途是用于制造各種切削工具：鉆頭、銑刀、齒輪刀具、鋸條等。
通過在高速鋼表面涂敷薄的但很硬的碳化鈦涂層，高速鋼有用的切削特性將被進(jìn)一步提高，該種涂層可減少磨損、提高耐磨性，從而提高切削速度并延長工具壽命。
含鉬高速鋼的特別高磨損性能使其在汽車閥門鑲嵌件和凸輪環(huán)的新領(lǐng)域的應(yīng)用很理想。
鑄鐵

鉬可通過降低珠光體轉(zhuǎn)變度來提高鑄鐵的強(qiáng)度和硬度。它還可提高高下的強(qiáng)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了更大的沖擊韌性，且在惡劣的磨蝕條件下應(yīng)用很理想，比如，在采礦、銑削、破碎等過程中的應(yīng)用。這些鑄鐵具有合格的性能，這就不必進(jìn)行費(fèi)用高昂的熱處理，使其成為其它磨擦材料的價(jià)格低廉的替代物。降低奧氏體形成元素比如鎳和錳的含量，還能將低奧氏體的保持力--引起過早損毀的潛在原因減低到zui小。
硅含量達(dá)到4%，鉬含量達(dá)到1%的高Si-Mo塑性鐵的應(yīng)用越來越引起人們的興趣。它們能在600℃工作的良好強(qiáng)度使其成為在高應(yīng)用中合金含量較高的鐵和鋼的有效的價(jià)格低廉的替代物，如在渦輪增壓器外殼、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管和加熱爐構(gòu)件中的應(yīng)用。經(jīng)奧氏體淬火的球墨鑄鐵具有*的顯微組織，其強(qiáng)度超過了1000 MPa（145 ksi ），且具有良好的沖擊韌性。它們的特異性能使其在特殊應(yīng)用中很理想，如發(fā)電、船發(fā)動(dòng)機(jī)和大型采礦設(shè)備需要的大齒輪和機(jī)軸。
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zui主要限制是在慢冷卻過程中有偏析傾向。粉末冶金技術(shù)使鋼液霧化為微滴，微滴冷卻得迅速，防止了內(nèi)部偏析的發(fā)生。通過這些顆粒的凝結(jié)產(chǎn)生的鋼具有相當(dāng)均勻的顯微組織，與同等的傳統(tǒng)品牌的鋼相比，它具有無數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。許多粉末冶金（PM）高速鋼、不銹鋼和鎳基合金已投入市場，而且這種技術(shù)預(yù)示將來可能生產(chǎn)出高合金鋼的新一代產(chǎn)品。
在超耐熱合金工業(yè)中，粉末冶金（PM）技術(shù)能夠生產(chǎn)出高合金含量的關(guān)鍵零件，如燃汽輪機(jī)部件。上圖在微電子器件中用于熱處理的Mo/Cu和W/Cu散熱片
鉬基合金

鉬金屬通常是采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)出來的，鉬粉被流體靜壓力壓制成生坯并在約2100 ℃燒結(jié)。
在870～1260 ℃的范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。當(dāng)鉬在空氣中在約600 ℃以上被加熱時(shí)形成揮發(fā)性的氧化物，所以它的高應(yīng)用被局限在無氧化或真空環(huán)境中。右下圖為含鉬量高的蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)軸的鋼質(zhì)葉片
鉬合金在高（達(dá)到1900 ℃）下具有良好的強(qiáng)度和機(jī)械穩(wěn)定性。它們的高延展性和韌性使其對缺陷和脆性斷裂的容限比陶瓷要高。
鉬合金的*的性能使其具有多種用途：
· 高發(fā)熱元件、輻射防護(hù)屏、擠壓模具、鍛造模具等；
· 用于臨床診斷的旋轉(zhuǎn)X-射線陽極；
· 耐熔融玻璃腐蝕的玻璃熔化爐電極和零件；
· 用作半導(dǎo)體芯片防振墊的散熱器，其熱膨脹系數(shù)與硅相匹配；
· 濺射層，只有幾埃（10-7 mm）厚，用作集成電路芯片的門及互連；
· 噴射涂層，用于汽車活塞環(huán)和機(jī)器零件，以減低摩擦改善磨損。
鉬與其它金屬組成合金可有許多專門用途：
· 鉬-鎢合金以其對熔融鋅的的耐蝕抗性而聞名；
· 包覆銅的鉬可用作具有低延伸率、高傳導(dǎo)率的電子電路板；
· Mo-25%Re合金用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)元件和液體金屬熱交換器，它們必須在室下具有可延展性。

鉬粉的球狀團(tuán)聚物

超耐熱合金和鎳基合金

鉬提高了不銹鋼的耐蝕性，同樣它也能增強(qiáng)鎳基合金的抗腐蝕性和機(jī)械性能。許多含鉬量高、耐蝕性強(qiáng)的鎳基合金被廣泛地應(yīng)用在許多領(lǐng)域。
鉬在超高合金中是非常有效的基體強(qiáng)化劑，超高合金使噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。鉬（達(dá)到5%）強(qiáng)化了鎳基體并通過將鎳基與γ初析出相分割開來擴(kuò)充其工作度。這些合金被廣泛用于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中，如渦輪機(jī)葉片及噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪圓盤。高鉬合金，如X合金（含鉬9%），應(yīng)用于許多固定的燃燒構(gòu)件中?，F(xiàn)今的超高合金占噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)重量的三分之一以上。Slite21，一種含鉬5%的鈷基熔模鑄造合金，對體液具有良好的抗腐蝕性，被廣泛地用于制造假肢。
鈦基合金

α-β型鈦基合金中通常添加不超過5%的鉬。這些材料可被有效地?zé)崽幚碇翉?qiáng)度超過1000 MPa（145 ksi），用作航空工業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣壓縮機(jī)及要求低重量、高強(qiáng)度和高耐蝕性的構(gòu)件中。

化學(xué)應(yīng)用

鉬基化學(xué)制品具有在 4、 5和 6氧化態(tài)之間轉(zhuǎn)變的多種化學(xué)性能。由鉬酸鹽制造的材料包括氧化催化劑，具有感光性和半導(dǎo)電性能。通過對鉬化學(xué)性質(zhì)的研究，鉬的許多性能為其提供了發(fā)展的機(jī)會(huì)和新的工業(yè)性應(yīng)用。鉬化合物通?？捎米鞫拘栽氐陌踩奶娲贰?

催化劑

鉬基催化劑的應(yīng)用很廣泛。當(dāng)與鈷和鎳結(jié)合時(shí)，鉬被用于石油工業(yè)，因?yàn)樗軌驅(qū)⑼ǔ４嬖谟谠椭械挠袡C(jī)硫化合物中的硫去除。由于世界原油供應(yīng)的進(jìn)一步擴(kuò)大及低硫原油的越來越少，鉬基催化劑的應(yīng)用將會(huì)增加。鉬催化劑在有硫存在的情況下，能夠?qū)U料進(jìn)行高分解產(chǎn)生的氫和一氧化碳轉(zhuǎn)換為醇類，否則可致貴金屬催化劑中毒。鉬還將煤轉(zhuǎn)換為液態(tài)。鉬不僅可用于經(jīng)濟(jì)的燃料精煉，而且在為我們提供一個(gè)較安全的環(huán)境方面做了貢獻(xiàn)，因?yàn)樗帕蛄枯^少。
作為選擇性氧化催化劑的一個(gè)成分，鉬可將丙烯、氨水和空氣轉(zhuǎn)換為丙烯腈、乙晴和其它化學(xué)品，這些材料對塑料和紡織工業(yè)很重要。
顏料

鉬酸鹽由于具備兩種特性而被采用，即穩(wěn)定的成色和耐蝕性能。
鉬橙具有光和熱穩(wěn)定性，顏色從鮮紅色-橙色到紅色-黃色，被用于顏料和墨水、塑料、橡膠產(chǎn)品、及陶瓷中。磷鉬酸，被用來沉淀染料Mithyl Violet（甲紫）和Victoria Blue（維多利亞藍(lán)）。白色的緩蝕顏料被用作底漆。
緩蝕劑

鉬酸鈉由于在較大的Ph值范圍內(nèi)在低碳鋼中具有緩蝕作用而取代鉻酸鹽幾十年了。鉬酸鹽毒性非常低，而且是對通常添加在緩蝕劑中的有機(jī)添加劑有很弱腐蝕性的氧化劑。在空調(diào)冷卻水和加熱系統(tǒng)的構(gòu)造中，保護(hù)低碳鋼以防腐蝕是其主要用途。鉬酸鹽溶液可防止鋼件在加工過程中生銹，并被用在水基液壓系統(tǒng)中。還可用作汽車發(fā)動(dòng)機(jī)防凍劑的添加劑。
緩蝕顏料，主要是鉬酸鋅，也有鈣和鍶的鉬酸鹽，被用作工業(yè)顏料。這些顏料是白色的，可用作底漆或其它顏色的調(diào)配劑。（右圖二硫化鉬薄膜橫截面的片狀結(jié)構(gòu)）

抑煙劑

在電子工程中，導(dǎo)線和電纜的絕緣層可能對消防人員及在飛機(jī)和醫(yī)院中的人造成煙火危害。八鉬酸銨與聚氯乙烯合用會(huì)抑制煙塵的形成。隨著錄像機(jī)、和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷增加，這些應(yīng)用也會(huì)不斷增加和發(fā)展。
潤滑劑

二硫化鉬是zui常見的鉬的自然形態(tài)，從礦石中提取凈化后直接用作潤滑劑。由于二硫化鉬為層狀結(jié)構(gòu)，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(dòng)，允許在鋼面和其他金屬面動(dòng)自如，即使在重壓下也是如此，如軸承表面。因?yàn)槎蚧f是地?zé)嶙饔眯纬傻?，它具有承受熱壓的化學(xué)穩(wěn)定性。少量的硫與鐵反應(yīng)并形成一個(gè)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(xué)品具有惰性，并在真空下會(huì)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*的性能，包括：
● 二硫化鉬不同于石墨，它的摩擦系數(shù)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(qiáng)；
● 具有膜成型結(jié)構(gòu)；
● 屈服強(qiáng)度高達(dá)3450 MPa（500千磅/平方英寸）；
● 在大多數(shù)溶劑中具有穩(wěn)定性；
● 在空氣中, 低350℃下有*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后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(fā)動(dòng)機(jī)的磨損、氧化和腐蝕。有好幾個(gè)商業(yè)制造廠家都生產(chǎn)這些潤滑添加劑。
鉬含量產(chǎn)品類型用途
1‐20 潤滑脂：制造、采礦和運(yùn)輸滾珠和輥?zhàn)虞S承及滾柱軸承、齒槽、底盤及傳送器
20‐60 糊狀物：礦物或合成堿機(jī)器的裝配，齒槽、齒輪、萬向節(jié)、金屬成型
0.5‐5 工業(yè)油和發(fā)動(dòng)機(jī)油或合成液所有汽車和工業(yè)齒輪、減壓器、凸輪等
1‐20 水性懸浮液金屬加工及工藝、加工潤滑劑、螺紋、導(dǎo)軌、包裝、壓模鑄造
達(dá)85 膠粘涂料：空氣或熱愈合的有機(jī)或無機(jī)涂料螺紋、工具、開關(guān)瑣、閥門、導(dǎo)軌、加工潤滑劑、金屬加工
1‐40 金屬加工混用化合物、肥皂、粉末等擠壓、冷成型、拉絲、深沖壓
10‐100 純粉末或混合粉末沖裁、沖壓、成型、繼電器、開關(guān)、封裝
復(fù)合材料
1‐10 摩擦產(chǎn)品、燒結(jié)的銅制動(dòng)器、半金屬和非石棉墊飛機(jī)、汽車和火車的剎車襯墊及離合器摩擦片
1‐30 塑料、橡膠及金屬復(fù)合材料齒輪、導(dǎo)軌、軸承墊圈、0形圈

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鎢的性質(zhì)及用途