» » Области применения вольфрама и молибдена
04.02.2017

Вольфрам и молибден находят широкое применение в современной технике в виде чистых металлов и в сплавах, из которых наиболее важными являются легированные стали, твердые сплавы, износоустойчивые, кислотоупорные и жаростойкие сплавы и сплавы для электроконтактов.
Стали. До 90% добываемого вольфрама и молибдена используют в производстве качественных сталей. Присадки вольфрама и молибдена повышают предел прочности стали, предел упругости, сопротивление износу и удару. Особенно сильно вольфрам и молибден влияют на способность стали сохранять прочность и твердость при высоких температурах. Большей частью они вводятся в сталь вместе с другими легирующими металлами — хромом, никелем, ванадием и др.
Вольфрамовые стали применяются главным образом как инструментальные. Из них важнейшая — быстрорежущая сталь, в состав которой входит от 8 до 20% W, 2—7% Cr, 0—2,5% V, 1—5% Co, 0,5—1% С.
Быстрорежущая сталь способна самозакаливаться на воздухе и отличается высокой температурой упрочняющего отпуска (700—800°). Для сравнения напомним, что отпуск углеродистой инструментальной стали наступает при 200—250°.
Эти свойства, обусловленные присутствием в стали вольфрама и хрома, позволили повысить скорости резания при механической обработке сталей по сравнению с углеродистой сталью от нескольких метров до десятков метров в минуту, что привело к значительному росту производительности. В некоторые сорта быстрорежущих сталей входит молибден как заменитель вольфрама.
Кроме быстрорежущих сталей, находят широкое применение другие вольфрамовые и хромовольфрамовые стали.
Различные марки хромовольфрамовых сталей с содержанием от 1 до 6% W и 0,4—2% Cr применяются для изготовления инструмента: пил. фрез, фильер, штампов, деталей пневматических инструментов и др.
Вольфрам является компонентом магнитных сталей. Различают вольфрамовые и вольфрамокобальтовые магнитные стали. В первых содержится 5—6% W и 0,6—0,75% С. Они обладают по сравнению с нелегированной магнитной сталью повышенной интенсивностью намагничивания и коэрцитивной силой. Еще более высокими магнитными свойствами обладают вольфрамокобальтовые стали, содержащие 5—9% W и 30—40% Co. Они отличаются весьма высокой коэрцитивной силой (200—250 эрстед).
Молибден в количестве 0,15—1% вместе с хромом и никелем входит в состав жаростойких инструментальных и конструкционных сталей, для изготовления деталей, применяемых в автомобильной и авиационной промышленности.
Введение 2,5—3% молибдена в состав нержавеющих и кислотоупорных хромоникелевых сталей повышает антикоррозионные свойства сталей этого типа.
Молибден применяют для легирования чугуна. Он уменьшает размер зерна серого чугуна, улучшает его свойства при высоких температурах и повышает износоустойчивость. Кремнемолибденовый чугун («антихлор»), содержащий 3,5—4% Mo, устойчив против действия соляной кислоты.
Вольфрам и молибден вводят в сталь при плавке в виде ферровольфрама (50—70% W) и ферромолибдена (50—70% Mo). Молибден, кроме того, вводят в виде молибдата кальция, который в процессе выплавки стали восстанавливается до металла.
Сплавы с никелем, кобальтом и хромом. Вольфрам и молибден входят в состав ряда износоустойчивых, кислотоупорных и жаростойких сплавов, в которых они сочетаются с никелем, кобальтом и хромом. Основной составляющей обычно являются никель или кобальт, содержание которых достигает 50—60%.
Распространенная группа сплавов этого типа имеет состав: 3—15% W, 25—35% Cr, 45—65% Co, 0,5—2,7% С. Они применяются для покрытий (путем наплавки) сильно изнашивающихся деталей машин, например клапанов авиадвигателей, рабочих частей ножниц для горячей резки металлов, покрытия штампов, лопастей турбин, экскаваторного оборудования и др. Сплав никеля с 15—20% Mo и 20% Fe на холоду устойчив против действия всех минеральных и органических кислот, при 70° устойчив в соляной и серной кислотах.
Твердые сплавы на основе карбида вольфрама. Карбид вольфрама WC обладает весьма высокой твердостью, износоустойчивостью к тугоплавкостью. На основе карбида вольфрама созданы самые производительные современные инструментальные твердые сплавы. В состав этих сплавов входит 85—95% WC и 5—15% Co или Ni в виде цементирующей присадки. Некоторые сорта сплавов, предназначенные преимущественно для обработки сталей, содержат, кроме карбида вольфрама, карбид титана и карбиды тантала и ниобия. Все эти сплавы изготовляют методами порошковой металлургии.
Твердые сплавы не теряют высокой твердости и износоустойчивости при нагревании до температуры 1000—1100°. Это позволило увеличить скорости резания и превзойти производительности резания, достигнутые ранее лучшими быстрорежущими сталями. В последние годы передовые рабочие-новаторы П.Ю. Быков и Г.С. Борткевич, применяя твердые сплавы, добились скоростей резания стали 1500—2000 м/мин.
Области применения твердых сплавов разнообразны. Они применяются для изготовления рабочих частей режущих и буровых инструментов, волок для протяжки проволоки и в других случаях, где требуется высокая износоустойчивость и твердость.
Кроме спеченных твердых сплавов, содержащих цементирующую присадку (кобальт, никель), для некоторых целей (буровые инструменты, волоки) применяют литые карбиды вольфрама. Известны также твердые сплавы, в состав которых входит карбид молибдена М02С в сочетании с карбидом титана и никелем. Однако применение сплавов с карбидом молибдена ограничено из-за их повышенной хрупкости.
Контактные сплавы. Сплавы вольфрама и молибдена с медью-(10—40% Cu) и серебром (20—40% Ag), приготовленные методом металлокерамики, сочетают высокую электро- и теплопроводность меди и серебра с износоустойчивостью вольфрама и молибдена. Вследствие этого они оказались весьма эффективными контактными материалами для изготовления рабочих частей рубильников, выключателей, электродов для контактной сварки и др.
К этой же группе сплавов относится сплав вольфрам-никель-медь высокого удельного веса, нашедший применение в радиотерапии для защиты от γ-лучей. Как известно, абсорбция γ-лучей (при данной толщине) повышается с увеличением атомного веса элемента. Для защиты от излучения и сохранения радиоактивных препаратов применяют свинец (уд. вес 11,35). Сплавы W-Ni-Cu (85—95% W, 3—10% Ni, 2—5% Cu) имеют плотность 16,8—18, обусловленную высоким атомным весом вольфрама. Это позволяет уменьшить, толщину защитных экранов.
Металлические вольфрам и молибден. Металлические вольфрам и молибден в виде проволоки листа и различных кованых деталей применяют в производстве электроламп, в радиотехнике и рентгенотехнике. Вольфрам является лучшим материалом для изготовления нитей и спиралей в лампах накаливания. Высокая рабочая температура (2200—2500°) обеспечивает высокую светоотдачу, а малая скорость испарения — длительный срок службы нитей.
Из молибденовой проволоки изготовляют крючки, поддерживающие нить накала в электролампах.
Вольфрам и молибден применяют для изготовления антикатодов и катодов рентгеновских трубок, различных деталей высоковакуумных усилителей, эмиссионных трубок, выпрямителей высокого напряжения и газоразрядных трубок.
Молибден хорошо прокатывается в тонкие листы (0,1—0,2 мм), из которых изготовляют аноды генераторных ламп и вакуумных выпрямителей — кенотронов.
Из вольфрама изготовляют контакты для электроаппаратуры и электроды горелок для атомно-водородной сварки.
Молибденовые и вольфрамовые прутки, впаиваемые в специальное стекло, служат для ввода тока в электровакуумные приборы. Молибденовая проволока широко применяется в качестве нагревателей в высокотемпературных (до 1800°) электрических печах. Для этих же целей используют и вольфрамовую проволоку. Нагреватели из молибдена и вольфрама работают в атмосфере водорода.
Кроме чистых металлов, в электровакуумной технике используют сплавы вольфрама с молибденом.
Вольфрамовая проволока в паре с молибденом применяется для изготовления термопар для измерения температуры в диапазоне 1200—2000°.
Химические соединения вольфрама и молибдена. Вольфрамат натрия используется в производстве некоторых типов лаков и пигментов, устойчивых против действия света (фосфоро-вольфрамовые пигменты) и применяемых в полиграфической, резиновой и других отраслях промышленности.
Кроме того, вольфрамат натрия используют в текстильной промышленности для утяжеления тканей и (в смеси с сульфатом и фосфатом аммония) для изготовления огнестойких и водоустойчивых тканей. Вольфрамат натрия находит применение и в производстве шелка и кожи.
Вольфрамовая кислота применяется (одна или в смеси с силикагелем) в качестве адсорбента, как протрава и краситель в текстильной промышленности и в качестве катализатора при получении высокооктанового бензина — в химической промышленности
Используют и некоторые другие соли вольфрама. Так, вольфраматы свинца, цинка и бария применяют в качестве наполнителя свинцовых белил, дисульфид вольфрама — как катализатор при получении синтетического бензина из бурых углей.
Молибдат аммония широко применяется в промышленности и в лабораторной практике в качестве реактива для определения фосфора.
Молибдат натрия используется в производстве красок и лаков. В зависимости от требуемого цвета он применяется один или вместе с вольфраматом натрия.
Соединения молибдена используют для окраски шелка, шерсти, хлопчатобумажных тканей, мехов. Применение основано на способности солей шестивалентного молибдена легко восстанавливаться с образованием молибденовой сини.
Окислы молибдена (МоО3 и МоО2) применяют в качестве катализаторов в химической и нефтяной промышленности в процессах гидрирования углей и нефти.
Молибденит MоS2 аналогично графиту предложено применять для смазки в подшипниках и других истирающихся деталях.
По данным Смителса среднее годовое производство вольфрамовых концентратов (с содержанием 60% WO3) в зарубежных странах за 13 лет (с 1935 по 1947) составило 32 000 т, в 1941 г. оно достигало 47 000 т, а в 1944 г. по ориентировочным данным 50000 г.
Ниже приводится следующее вероятное распределение вольфрама по областям использования (в %):
Области применения вольфрама и молибдена

За последние 10 лет увеличилась доля вольфрама, используемого для производства карбидных твердых сплавов по сравнению с указанными выше данными.
Средняя годовая добыча молибдена за 1938, 1941 и 1945 гг. в зарубежных странах составила 17 500 т металла в рудных концентратах.