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了解超细钼粉的制备及应用

作者:admin 时间:2021-06-30 阅读量:

钼是贵重的稀有金属,它关系到许多高科技领域的进展,也关系到许多经济部门,如钢铁工业、石化工业等部门的可持续发展。钼因其优异的性能,还被广泛应用于军事、航空航天及核工业等国防军工领域。目前,全世界大部分的钼仍用来制造枪炮、装甲车和坦克等战争武器。随着时代的进步,钼的应用还会不断扩展,未来更将凸显它是一种重要的不可再生的战略性资源。

 

钼粉是生产钼合金及钼制品的重要原料,其产品质量直接影响着钼加工制品的品质和性能。因此,钼粉制备技术成为钼行业发展关键,钼粉制备工艺的研究成为钼行业的热点。

 

纳米粉体具有比表面积大,能增强界面原子和分子的化学活性以及高的吸收能力等独特的特点,会显著改变材料的物理、力学和化学性能。纳米钼粉常温下在空气中的稳定性很好,烧结活性高。纳米钼粉与微米级钼粉相比,可以在温度低得多的条件下烧结成高密度的纳米结构材料,这可以避免晶粒的粗化。因此,近年来纳米钼粉的制备得到了广泛的关注。纳米钼粉可以作为生产纳米结构的工具钢、MoSi2、组织细小均匀的钼产品等的原材料。

 

超细及纳米钼粉的制备

 

超细及纳米钼粉的制备技术,主要有等离子还原法、氯化钼蒸汽氢还原法、氯化钼热解法、三氧化钼蒸发态还原法、均匀沉淀—还原法等。

 

1.等离子还原法

 

将非球形钼粉颗料加入到等离子体射流中,使颗粒表面或整体呈熔融状态,利用熔滴的表面张力而收缩,形成球形颗粒,然后用冷却射流迅速凝聚这种金属蒸气,从而获得比表面积高达200m2 /g的金属超细粉末。该法所得钼粉平均粒径为 30nm~50nm,适用于热喷涂用的球形粉末。微波等离子法制备的纳米钼粉纯度较高,形貌较好,松装密度更高,但生产成本较高。

 

2.氯化钼蒸汽氢还原法

 

研究人员用MoCl5与MoO2Cl2的混合物为原料,采用等离子氢还原法,工艺参数:200A和120V,温度3200℃,氯化物耗量100g/min,氢耗量为74L/min,产率90%,获得比表面积9.6m2/g,含氧量0.6%的超细钼粉。Hermann C.Starck公司用纯氢还原MoCl5或MoCl6制得1nm~50nm,杂质含量<1000mg/kg和<200mg/kg的钼粉。

 

3.氯化钼热解法

 

以钼精矿(MoS2)为原料,在250℃~300℃下,与氯气反应生成MoCl5,其反应式为:2MoS2+5Cl2→2MoCl5+2S2。经高温加热分解得到纯钼粉产品,其反应式为:2MoCl5→ 2Mo+5Cl2。该法工艺简单,生产的产品纯度高,可作为金属或非金属表面涂层材料,以增强材料耐腐蚀和耐高温性能。但该法对原材料纯度要求高,且生产中使用了氯气,需注意环保及安全问题。 

 

4.三氧化钼蒸发态还原法

 

赵瑞新等以管状电炉为试验设备,在770℃~800℃下进行三氧化钼蒸发态的氢还原制取超细钼粉的探索试验。结果表明,同一温度下,三氧化钼的挥发率随时间增大,并在60min后减缓;粉尘-气体混合物的浓度对钼粉的粒度有显著影响,可改变蒸汽中MoO3的浓度来控制产品粒度。Kojis等将高纯 MoO3粉末置于舟皿中,放入1300℃~1500℃的预热炉中蒸发成气态,在流量为150mL/min 的H2-N2气体和流量为400mL/min的H2的混合气流的夹载下,MoO3蒸气通过还原生成超细钼粉,该法可获得40nm~70nm的均匀球形产品。

 

5.均匀沉淀-还原法

 

陈敏等以仲钼酸铵为原料,配制成溶液,加入氨水、浓硝酸及草酸等制备钼酸沉淀,煅烧得到三氧化钼,然后放入改造的推舟还原炉进行氢还原。该法制备的钼粉呈球状,粒度均匀,平均粒径66.8nm。

 

钼的应用

 

钼的应用领域主要是冶金工业、电子工业、宇航军工业、化学工业及农业等,是国民经济中一种重要的原料和战略物资。

 

冶金工业中,钼主要是用作钢铁和有色金属的添加剂。钢中加入钼后,能细化晶粒,提高晶粒粗化温度,显著改善钢的淬透性、韧性、高温强度和蠕变性能等。镍中添加15%~ 30%的钼可大大提高镍基合金的耐腐蚀性能,尤其能大大提高其在非氧化介质中的耐腐蚀性能。用含50%Mo和50%Re的钼铼合金制成的无缝合金管具有良好的高温性能可在接近其熔点的温度下使用,可用作热电偶的外套、电子管中阴极支架、环和栅极等部件。含0.5%Ti和0.08%Zr的钼基合金(TZM)是一种优良的高强度材料,具有良好的耐热疲劳和耐热裂性能,用该种合金棒作穿孔顶头可以提高生产率并节省钢材。钼具有加工性能稳定、熔点高、高温强度和硬度大、热导率较好和膨胀系数较小等特点,适于作金属加工的工具。

 

电子工业中,由于钼具有良好的导热性和导电性,在高温下钼具有很高的力学性能,可用来制造电子管中的放大器、发射管、高压整流器和气体放电器中的各种元件、阴极、阴极支柱、电流引线以及各种不同形状的电极等,可作高温炉的发热体、反射屏、隔板、衬里、托盘以及其它部件等;由于钼的硬度高,在电弧作用下抗烧蚀性强,价格较低,可用作触点材料;钼的热膨胀系数和硅接近,可用作整流器的基片材料。

 

宇航军工业中,钼及其合金能用作耐高温部件。在1000~1650℃范围内用作飞机喷气发动机的燃气轮叶片、导向叶片、喷嘴、鼻锥、冲击发动机喷管、火焰导向器及燃烧室等,还可作为宇宙飞行器的蒙皮、喷管、火焰挡板和翼面等耐高温部件。

 

化学工业中,钼可作为在恶劣环境中的操作部件和结构材料,用作材料的涂层和催化剂、颜料及润滑剂等。

 

玻璃陶瓷工业中,钼由于具有高的熔点并能耐熔融玻璃的腐蚀,可代替铂族贵金属的某些用途。

 

喷涂工业中,钼粉及钼合金粉末作为喷涂原料粉末也得到了广泛的应用。

 

农业中,钼酸铵、钼酸钠、三氧化钼经过锻烧后的辉钼矿以及含钼的工业废料都可用作肥料。

 

此外,由于钼及其合金具有中子吸收截面小、持久强度高、对核燃料的稳定性和抗液态金属腐蚀等特性,在原子能工业中可作气体冷却反应堆的包套材料和堆芯结构材料。