モリブデンおよびモリブデン-基合金: TZM および高温用ドープ グレード

モリブデンおよびモリブデン-合金: 定義と特性の基礎

モリブデンは、融点が約 2623 ℃、密度が約 10.2 g/cm3 の高融点金属です。高い融点、高い高温強度、低い熱膨張率、高い熱伝導率の組み合わせにより、モリブデンは 1000 ℃を超える連続使用に適した少数の金属グループの 1 つとなります。モリブデン- ベースの合金は、主に再結晶温度を上げ、保持力を維持するために、少量のチタン、ジルコニウム、ハフニウム、酸化ランタン、または炭素を未合金のモリブデンに添加することによって製造されます。高温に長時間さらされた後の強度-。消費量は鉄鋼に比べて控えめですが、その用途は航空宇宙、防衛ハードウェア、エレクトロニクス、化学処理、ガラス生産など戦略的です。

特性の比較と合金族

モリブデンの物性の基礎を以下に要約します。値は、室温での鍛造非合金材料の典型的な値です。

市販の合金ファミリーとそれぞれの追加目的を次に示します。合金グレードの通常の製品形態は棒、棒、およびワイヤーであり、プレート、シート、およびフォイルは対応するプレート仕様によって管理されます。

これらのグレード間の主な冶金学的違いは、再結晶温度です。合金化されていないモリブデンは 1100℃ 付近で再結晶化し始め、再結晶化したモリブデンは室温で脆性破壊を起こしやすくなります。 TZM は、大幅に高い温度まで加工硬化した構造を維持するため、ホットゾーンや熱サイクルに耐える必要があるコンポーネントの標準的な選択肢となっています。-

これらの合金が使用される場所

炉および真空装置。発熱体、放射線シールド、炉床板、ボート、真空および水素焼結炉用の設備。融点と使用可能な導電性を兼ね備えた金属は他にありません。

ガラス産業。電気溶解炉用の電極および電極ホルダー、および溶融ガラスを繊維に引き伸ばすための金型部品。

サファイアと結晶の成長。2000 ℃付近で稼働する高温結晶成長炉用のるつぼ、ダイ、ヒーター コンポーネント。-

航空宇宙と防衛。ロケット ノズル インサート、スロート ライナー、大気圏再突入体用の熱シールド構造。{0}{1}コンポーネントは振動、衝撃、真空、放射線、厳しい熱サイクルに耐える必要があります。モリブデン-ベースの合金のスキンと構造部品は、回収カプセルの安定化構造と打ち上げロケットのホットセクションに使用されています。

エレクトロニクスと半導体。スパッタリング ターゲット、イオン注入コンポーネント、ヒートシンク、リードフレーム ツール-。

化学および冶金。酸の使用や金属や塩の高温処理を軽減するための耐食性-装置。-

製造、接合、熱サイクルのルール-

酸化は絶対的な限界です。モリブデンは空気中で約 600 ℃を超えると急速に酸化し、酸化物は約 700 ℃を超えると揮発性になるため、保護スケールがありません。高温での使用は、真空、水素、アルゴン、またはその他の保護雰囲気内で行うか、部品に保護コーティングを施す必要があります。

再結晶温度を念頭に置いて作業してください。冷間加工されたモリブデンは延性があります。-高度に再結晶化した材料はそうではありません。成形は通常、温間で行われ、再結晶範囲未満の使用温度では靭性が維持されます。

溶接と接合。窒素と酸素は両方とも接合部を劣化させるため、溶融溶接は不活性ガス下または厳重に保護されたグローブ ボックス内で行われます。ろう付けと機械的固定は、炉アセンブリにおける一般的な代替手段です。

機械加工。モリブデンは硬質ねずみ鋳鉄のように動作します。つまり、軽い切断、鋭い超硬工具、再結晶素材に現れる粒界の脆弱性の回避が可能です。{0}

熱衝撃に配慮した設計。熱膨張係数が低い場合でも、延性から脆性への移行により、厚い部分を急速に焼入れすると亀裂が生じる可能性があります。{0}{1}セクションの変化を徐々に保ち、必要に応じて予熱します。

仕様および使用における一般的なエラー

モリブデン部品を使用温度で空気にさらすと、クロム含有合金から得られるような保護酸化膜が期待できます。-

TZM またはランタナをドープしたグレードが必要な非合金モリブデンを注文すると、使用開始初期に部品のたるみや再結晶が発生することがわかります。{0}

再結晶や結晶粒の成長を考慮せず、室温の引張データを使用して高温逸脱後の強度を判断します。{0}{1}{0}

Mo-Cu 複合材料が特に熱管理と接触義務のために存在する場合、デフォルトでモリブデンを電気接触材料として扱います。

よくある質問

Q: モリブデンの融点は何度ですか?
約 2623 ℃、沸点は 4639 ℃付近です。これは最も融点の高い市販金属の 1 つです。これが、炉のホットゾーンや高温構造部品に使用される主な理由です。-

Q: TZM とは何を意味し、なぜ使用されるのですか?
TZM は、チタン、ジルコニウム、炭素を少量添加したモリブデン合金です。添加により、非合金モリブデンと比較して再結晶温度とクリープ強度が上昇するため、高温で長時間さらされた後でも合金は形状を保持します。

Q: モリブデンは高温の空気中で使用できますか?
いいえ、約 600 ℃を超えると酸化が急速に進み、約 700 ℃を超えると酸化物が揮発して保護ができなくなります。高温でのサービスでは、真空、水素、不活性雰囲気、または保護コーティングを使用する必要があります。

Q: モリブデンは高温での動作に関してタングステンとどう違うのですか?{0}}
タングステンは約 3422 ℃で融解し、密度が高くなりますが、機械加工や製造がより困難になります。モリブデンは、融点の低さよりも密度の低さ、延性の向上、機械加工の容易さの方が優れている場合に選択されます。

Q: どの製品形式が利用可能ですか?
バー、ロッド、ワイヤーはバーアンドロッド仕様で、プレート、シート、ストリップはプレート仕様で提供され、焼結または圧延された形状も電極、るつぼ、ボート、スパッタリングターゲットとして利用できます。

Q: モリブデン合金には磁性がありますか?
モリブデンは常磁性であり、一般的な TZM やランタナをドープしたグレードも使用中は事実上非磁性です。これは一部の電子機器や機器の用途では重要です。{0}{1}