Charakteristika a aplikace materiálů na bázi molybdenu

Mezi vlastnostmi materiálů a jejich aplikacemi existuje nerozlučná souvislost. Pro některé aplikace je kritická určitá vlastnost, jako je elektrická vodivost. Pro jiné aplikace je určitý materiál nejlepší volbou kvůli jeho dobrým celkovým vlastnostem. Slovo „optimální“ je v tomto kontextu důležité, protože znamená, že zatímco jiné materiály mohou mít výhody v jedné nebo dvou vlastnostech, vybraný materiál poskytuje to nejlepší pro různé konstrukční problémy, kterým čelí konkrétní materiál součásti. komplexní řešení. Někdy není nejlepším řešením jediný materiál, ale kombinace nebo kompozit více materiálů, což umožňuje návrhářům přizpůsobit požadované vlastnosti tak, aby uspokojily výzvy, které představuje konkrétní aplikace. Bez ohledu na to jsou řešení, která se nakonec odlišují od konkurence, ta, která jsou nákladově efektivní. To znamená, že materiály, jako je kovový molybden, jsou podle běžných norem pro strojírenské materiály velmi drahé, ale musí vykazovat značné výhody ve srovnání s konkurenčními materiály.

Tabulka 1 shrnuje nominální chemické složení materiálů na bázi molybdenu prodávaných kolem roku 2012. Tabulka zahrnuje slitiny na bázi molybdenu a kompozity molybdenu s jinými materiály. Slitiny molybdenu mají vyšší pevnost než čistý molybden a mohou si tuto pevnost udržet při vyšších teplotách než čistý molybden. Části slitiny v tabulce jsou dále rozděleny do podtabulek „náhrada“, „stabilní karbid“ a „disperze zesílené“.

stůl 1

Náhradní slitiny jsou nejjednodušší třídou slitin. Mezi nimi atomy slitiny nahrazují atomy molybdenu na krystalové struktuře kubické (BCC) slitiny (obrázek 1). Když atomy slitiny nahrazují atomy molybdenu, způsobuje to napětí v krystalové mřížce, což zvyšuje pevnost materiálu.

Obrázek 1 ukazuje uspořádání atomů molybdenu na krystalové mřížce reprezentované „tělesně centrovanou“ jednotkovou buňkou, s atomy umístěnými ve čtyřech rozích a ve středu.

Obrázek 1

Replikace této základní buňky tváří v tvář v trojrozměrném prostoru vytvoří kompletní krystal. Zatímco legování může zvýšit pevnost, primární metodou zpevnění molybdenu je každopádně mechanická deformace, typicky standardním válcováním, rotačním kováním nebo deformací, která může zvýšit pevnost molybdenu až čtyřikrát, v závislosti na velikosti použité deformace. U materiálů pro hluboké zpracování, jako jsou dráty, jsou možné ještě vyšší faktory zvýšení. Žíhání odstraňuje následky obrábění a obnovuje jeho pevnost. Maximální provozní teplota alternativních slitin může být mírně vyšší než u čistého molybdenu. Aby se však výrazně zvýšila pevnost při vysokých teplotách, metalurgové se zabývali jinými způsoby legování.

Karbidem stabilizované slitiny obsahují malé reaktivní částice karbidu kovu v molybdenové matrici. Také těží z malého množství alternativního legování poskytovaného reaktivními kovy, které nejsou přítomny ve formě karbidů, a také z dodatečného intersticiálního zpevnění uhlíkem a prvky. Atomy kyslíku v nekarbidových částicích. Tato kombinace udržuje pevnost molybdenu při vyšších teplotách než čistý molybden nebo jednoduché náhradní slitiny, protože jemné částice nutí proces regenerace probíhat při vyšších teplotách. Výrobní proces je klíčovým faktorem úspěchu těchto slitin. Proces musí zajistit, aby se aktivní kov a uhlík nejprve rozpustily v molybdenové matrici a poté se v následujících procesech vysrážely v požadované jemné disperzní fázi.

Disperze zpevněné slitiny používají jako druhou fázi oxidy, nebo v případě dopovaných Al/K/Si materiálů používají disperzní fáze prvků, které jsou nerozpustné v molybdenové matrici. V tomto případě musí být v materiálu na začátku procesu deformace přítomny velmi malé a stabilní částice druhé fáze. Účelem zpracování je vytvořit speciální uspořádání těchto částic, které má za následek mimořádnou pevnost a stabilitu za vysokých teplot.

Kompozitní materiály lze rozdělit do dvou kategorií: laminované kompozitní materiály a práškové kompozitní materiály. Lamináty se vyrábějí kalandrováním kompozitů, které kombinují měď nebo nikl s molybdenem v jádru. Práškové kompozity se vyrábějí mícháním/lisováním/slinováním (někdy izostatickým lisováním za tepla). lisování (HIP, zahušťování) nebo infiltrace kapalné fáze.

Tabulka 2 obsahuje křížové odkazy na některé funkce a aplikace a poukazuje na důležité funkce každé aplikace. Zde jsou uvedeny pouze některé funkce nebo aplikace. Výrobní charakteristiky, jako je zpracovatelnost a tvarovatelnost, hrají důležitou roli při ekonomickém rozhodování o výrobě konkrétního dílu, ale výběr základních materiálů se řídí požadavky aplikace. Z tabulky je zřejmé, že žádná aplikace není postavena pouze na jedné komponentě. Například chladiče pro výkonové polovodiče musí mít určitý koeficient tepelné roztažnosti, aby se minimalizovalo tepelné namáhání během provozu, ale také musí účinně vést teplo a elektřinu, protože jejich práce také vyžaduje, aby nejen propouštěly proud, ale také odváděly elektřinu. . Polovodičové teplo. Pokud je napájecí zařízení použito v letadle nebo kosmické lodi, hustota se stane důležitějším faktorem, než kdyby byla součástí velkého pevného zařízení pro řízení výkonu motoru.

 Tabulka 2

Proto je třeba vzít v úvahu „balíček“ vlastností při přiřazování materiálů k aplikacím. Jakmile je pochopen soubor vlastností požadovaných pro konkrétní aplikaci, lze pro tuto aplikaci vybrat vhodnou slitinu nebo kompozit. Když žádné nejsou snadno dostupné – Když jsou dostupné vyrobené materiály, lze zvážit vývoj nového materiálu s řadou přizpůsobených vlastností. Při tomto rozhodování je nutné porozumět konkurenčním materiálům a jejich ceně, dostupnosti a spolehlivosti ve srovnání s materiály na bázi molybdenu.

Související produkty