Eigenschaften und Anwendungen von Materialien auf Molybdänbasis

Es besteht ein untrennbarer Zusammenhang zwischen den Eigenschaften von Materialien und ihren Anwendungen. Für manche Anwendungen ist eine bestimmte Eigenschaft, beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit, entscheidend. Für andere Anwendungen ist ein bestimmtes Material aufgrund seiner guten Gesamteigenschaften die beste Wahl. Das Wort „optimal“ ist in diesem Zusammenhang wichtig, da es bedeutet, dass andere Materialien zwar Vorteile in einer oder zwei Eigenschaften haben können, das ausgewählte Material jedoch das Beste für die verschiedenen technischen Designprobleme bietet, mit denen das spezifische Teilmaterial konfrontiert ist. umfassende Lösungen. Manchmal ist die beste Lösung nicht ein einzelnes Material, sondern eine Kombination oder ein Verbund mehrerer Materialien, sodass Designer die gewünschten Eigenschaften anpassen können, um den Herausforderungen einer bestimmten Anwendung gerecht zu werden. Unabhängig davon heben sich letztendlich die Lösungen von der Konkurrenz ab, die kostengünstig sind. Das bedeutet, dass Werkstoffe wie Molybdänmetall nach gängigen technischen Werkstoffnormen zwar sehr teuer sind, im Vergleich zu Konkurrenzwerkstoffen jedoch deutliche Vorteile aufweisen müssen.

Tabelle 1 fasst die nominellen chemischen Zusammensetzungen der im Jahr 2012 verkauften Materialien auf Molybdänbasis zusammen. Die Tabelle umfasst Legierungen auf Molybdänbasis und Verbundwerkstoffe aus Molybdän mit anderen Materialien. Molybdänlegierungen haben eine höhere Festigkeit als reines Molybdän und können diese Festigkeit bei höheren Temperaturen beibehalten als reines Molybdän. Die Legierungsteile in der Tabelle sind weiter unterteilt in die Untertabellen „Ersatz“, „Karbidstabil“ und „Dispersionsverstärkt“.

Tabelle 1

Ersatzlegierungen sind die einfachste Klasse von Legierungen. Unter ihnen ersetzen Legierungsatome Molybdänatome in der kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur (BCC) der Legierung (Abbildung 1). Wenn Legierungsatome Molybdänatome ersetzen, führt dies zu Spannungen im Kristallgitter, die die Festigkeit des Materials erhöhen.

Abbildung 1 zeigt die Anordnung von Molybdänatomen auf einem Kristallgitter, das durch eine „körperzentrierte“ Elementarzelle dargestellt wird, wobei sich Atome an den vier Ecken und in der Mitte befinden.

Abbildung 1

Durch die direkte Replikation dieser Elementarzelle im dreidimensionalen Raum entsteht ein vollständiger Kristall. Während das Legieren die Festigkeit erhöhen kann, ist die primäre Methode zur Verstärkung von Molybdän ohnehin die mechanische Verformung, typischerweise durch Standardwalzen, Rotationsschmieden oder Verformung, die die Festigkeit von Molybdän je nach Ausmaß der angewendeten Verformung um das Vierfache erhöhen kann. Für tiefverarbeitende Materialien wie Walzdraht sind sogar noch höhere Steigerungsfaktoren möglich. Durch das Glühen werden die Auswirkungen der Bearbeitung beseitigt und die Festigkeit wiederhergestellt. Die maximale Betriebstemperatur alternativer Legierungen kann etwas höher sein als die von reinem Molybdän. Um die Hochtemperaturfestigkeit deutlich zu erhöhen, haben Metallurgen jedoch andere Legierungsmethoden verfolgt.

Karbidstabilisierte Legierungen enthalten kleine reaktive Metallkarbidpartikel in einer Molybdänmatrix. Sie profitieren außerdem von einer geringen Menge alternativer Legierungen durch reaktive Metalle, die nicht in Form von Karbiden vorliegen, sowie von einer zusätzlichen interstitiellen Härtung durch Kohlenstoff und Elemente. Sauerstoffatome in Nichtkarbidpartikeln. Diese Kombination behält die Festigkeit von Molybdän bei höheren Temperaturen als reines Molybdän oder einfache Ersatzlegierungen bei, da die feinen Partikel den Wiederherstellungsprozess bei höheren Temperaturen erzwingen. Der Herstellungsprozess ist ein entscheidender Faktor für den Erfolg dieser Legierungen. Der Prozess muss sicherstellen, dass das Aktivmetall und der Kohlenstoff zunächst in der Molybdänmatrix gelöst werden und dann in nachfolgenden Prozessen in der erforderlichen feindispersen Phase ausgefällt werden.

Dispersionsverstärkte Legierungen verwenden Oxide als zweite Phase oder im Fall von dotierten Al/K/Si-Materialien dispergierte Elementphasen, die in der Molybdänmatrix unlöslich sind. In diesem Fall müssen zu Beginn des Verformungsprozesses sehr kleine und stabile Zweitphasenpartikel im Material vorhanden sein. Der Zweck der Verarbeitung besteht darin, eine spezielle Anordnung dieser Partikel zu schaffen, die zu einer außergewöhnlichen Hochtemperaturfestigkeit und -stabilität führt.

Verbundwerkstoffe können in zwei Kategorien unterteilt werden: laminierte Verbundwerkstoffe und Pulververbundwerkstoffe. Laminate werden durch Kalandrieren von Verbundwerkstoffen hergestellt, die Kupfer oder Nickel mit Molybdän in einem Kern kombinieren. Pulverkomposite werden durch Mischen/Pressen/Sintern (manchmal durch heißisostatisches Pressen) hergestellt. Pressen (HIP, Verdichtung) oder Flüssigphaseninfiltration.

Tabelle 2 enthält Querverweise auf einige Funktionen und Anwendungen und weist auf die wichtigen Funktionen jeder Anwendung hin. Hier sind nur einige der Funktionen oder Apps aufgeführt. Fertigungseigenschaften wie Verarbeitbarkeit und Formbarkeit spielen bei der wirtschaftlichen Entscheidung zur Herstellung eines bestimmten Teils eine wichtige Rolle, die Wahl der Grundmaterialien richtet sich jedoch nach den Anforderungen der Anwendung. Aus der Tabelle geht hervor, dass keine Anwendung nur auf einer Komponente basiert. Beispielsweise müssen Kühlkörper für Leistungshalbleiter einen bestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, um die thermische Belastung im Betrieb zu minimieren. Sie müssen aber auch Wärme und Strom effektiv leiten, da sie für ihre Arbeit nicht nur Strom leiten, sondern auch Strom ableiten müssen . Halbleiterwärme. Wenn das Antriebsgerät in einem Luft- oder Raumfahrzeug verwendet wird, wird die Dichte ein wichtigerer Faktor, als wenn es Teil eines großen, feststehenden Motorleistungssteuergeräts wäre.

 Tabelle 2

Daher muss bei der Abstimmung von Materialien auf Anwendungen das „Paket“ der Eigenschaften berücksichtigt werden. Sobald die für eine bestimmte Anwendung erforderlichen Eigenschaften verstanden sind, kann die geeignete Legierung oder der entsprechende Verbundwerkstoff für diese Anwendung ausgewählt werden. Wenn keine ohne weiteres verfügbar sind – Wenn hergestellte Materialien verfügbar sind, kann über die Entwicklung eines neuen Materials mit einer Reihe maßgeschneiderter Eigenschaften nachgedacht werden. Bei dieser Entscheidung ist es notwendig, konkurrierende Materialien und deren Kosten, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit im Vergleich zu Materialien auf Molybdänbasis zu verstehen.

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