金属钼的重要作用
摘要：介绍了钼的分布，制备，基本的性质和相关的几种重要合金，以及作为重要的稀有金属在金属冶炼，探测，航天，医学，农业，催化剂，陶瓷等各个领域的重要作用和影响，最后介绍了金属钼的发展前景。
关键词：钼及钼合金；组织与性能；加工工艺；稀土掺杂；金属冶炼
1金属钼的介绍 1.1金属钼的基本介绍
钼是元素周期表中VIB族元素，原子序数42，原子量95．94。密度10.2克/立方厘米。熔点2610℃。沸点5560℃。化合价+
2、+4和+6，稳定价为+6。钼是一种过渡元素，极易改变其氧化状态，在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用。在氧化的形式下，钼很可能是处于+6价状态。虽然在电子转移期间它也很可能首先还原为+5价状态，但是在还原后的酶中也曾发现过钼的其他氧化状态。钼是黄嘌呤氧化酶/脱氢酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的组成成分，从而确知其为人体及动植物必需的微量元素。 1.2金属钼的分布
在中国被探明的稀有金属资源丰富，规模庞大。钼、稀土、钛、钨位居世界首位。据美国地质调查所估算，2007年中国稀土埋藏量约为2700万吨、钨埋藏量约180万吨、钼埋藏量约330万吨、钛埋藏量约2亿吨。
其中，钼在我国储量居世界前列，陕西省华县金堆镇、辽宁葫芦岛、吉林、山西、河南、福建、广东、湖南、四川、江西、甘肃等省均有钼矿，且储量大，开发条件好，产量在全国占有重要地位。具有工业价值的钼矿物主要是辉钼矿,约有99%的钼矿是以辉钼矿状态开采出来的。
1.3金属钼的物理性质
高熔点与高沸点是钼的显著特点之一，其熔点为2 620℃，仅次于碳、钨、铼、钽和锇，沸点为5 560℃。20℃时，钼的密度为10．22 g／cm，仅约为钨的1／2。钼的线膨胀系数为(5．8—6．2)×10～，只是一般钢铁的1／3～1／2，与二氧化硅相近，线膨胀系数低使得钼材在高温下尺寸稳定，减少了破裂的危险。钼的热导率数倍于许多高温合金，大约为铜的1／2。钼的电导率较高，约为铜的1／3，而且随温度的升高而下降。钼具有很高的弹性模量，是工业中弹性模量最高者之一，而且受温度影响较小，甚至在800℃时仍高于普通钢在室温下的数值。热中子捕获面小也是钼的重要性质之一，这使钼能用于核反应堆中心的结构材料。钼的延伸性能比钨好，可加工成很薄的箔材和很细的丝材 1.4金属钼的化学性质
钼具有2个未被电子充满的外电子层，N层与0层，这样的结构使钼具有多种化学价态，可形成种类繁多的化合物。常温下钼在空气中的化学性质很稳定，不会被盐酸、氢氟酸、碱液腐蚀，但能溶于浓硫酸、硝酸和王水；当温度达到400℃，会发生轻微氧化，高于600℃时钼金属迅速氧化成三氧化钼；高于700℃时，水蒸气将钼强烈氧化生成二氧化钼。 1.5钼粉的制备
目前工业化生产钼粉主要采用传统的制各工艺，一般都是以二氧化钼、三氧化钼或钼酸铵作为原料，在固定床或流化床式还原设备内，用氢气还原的方法来制取金属钼粉，产出的钼粉粒径一般在微米级，主要应用于一‘般的压制钼材和制各其它粉末冶金制品的原料。钼粉的传统制各工艺具有成本低、易工业化生产的优势．但也存在生产周期长、温度高的缺点。采用不同的原料和不同的工艺，可获得粒度、形貌和含氧量不同的钼粉。
2金属钼的几种合金 2.1钼及钼合金单晶
钼及钼合金单晶具有韧一脆转变温度低、不存在高温和低温晶界破坏、与核材料有良好的相容性、高温性能稳定等优点，可以显著提高零部件使用的稳定性、可靠性和工作寿命，因此被广泛用于电子、机械、核能工业等高技术领域。近年来，随着科学技术的快速发展，钼及钼合金单晶的应用领域不断扩大。 2.2钼铼合金
由于所谓的“铼效应”，钼铼合金的性质得到了极大地改善，使合金的强度、塑性以及焊接性都同时得到提高，并使合金具有较低的韧一脆转变温度阻，因而钼铼合金在航空航天和电子工业等领域得到了广泛的应用。研究表明，性能最好的是含铼11％～50％的钼铼合金，而铼含量为40％～50％时，合金用途最广。
近年来美国能源部的研发人员研发出几种新型钼铼合金。其中最引人瞩目的是ODS钼铼合金，即氧化镧、氧化铈或氧化钍强化的钼铼合金。该新型钼基合金的制法是将氧化钼、硝酸镧(或醋酸镧)分散在水溶液中，在氢气环境下，将氧化钼和硝酸镧加热还原为钼粉和氧化镧，再加入铼粉混合后压制，而后在氢气气氛中烧结成合金锭，最后将合金锭压制成型，即得到含氧化镧的钼铼合金。该合金强度高，加工性能和高温性能好。 2.3钼钛锆(TZM)合金
TZM合金是在钼中加入一定量的Ti和zr而形成的一种高温合金。Ti和zr的加入使得在钼中出现Mo—Ti固溶体和弥散的质点，因而使钼基体得到Mo—Ti固溶体的固溶强化和TiC质点的弥散强化旧。
TZM合金具有熔点高、强度大、弹性模量好、线膨胀系数小、蒸气压低、导电导热性好、抗蚀性强以及高温力学性能良好等特点，从而在很多领域得以广泛应用：
① 在高温、高压下表现出的良好力学性能使其在军事工业上应用较多，如鱼雷发动机中的配气阀体、火箭喷嘴、燃气管道、喷管喉衬；
② 利用它对金属液体的抗蚀性用做彩色显像管玻壳生产线上玻璃熔炉搅拌器的主轴(铂铑包覆)；
③ 具有较高的熔点，因此可用来做黑色或有色金属的压铸模具材料及无缝不锈钢管的穿孔顶头；
④ TZM合金板材被大量用做高温炉的炉壁和热等静压机的隔热屏等； ⑤ 合金在电子电气工业上用做电子管阴极、栅极、高压整流元件等； ⑥ 在核能源设备上用做辐射罩、支撑架、热交换器、轨条等。
3金属钼在各领域的重要应用 3.1金属钼在金属冶炼中的应用
3.1.1钢铁方面的应用
钼的主要用途是生产各种类型的钢种及合金。在结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈钢和磁钢等一系列钢中加入钼(主要以钼铁、氧化钼和钼酸钙形式添加)，可显著改善钢的性能。钼能提高钢的淬透性、韧性和热强性，防止回火脆性。钼在一定程度上能提高固熔体硬化后的常温和高温强度以及剩磁和矫顽力。含钼钢一般温度和高温下均具有较高的强度和良好的抗蠕变性能，并容易经受热处理。钼还能提高钢对某些介质的抗腐蚀性能，使之不产生点蚀。往铸铁中加入钼可以增强铸铁的强度和耐磨性。
3.1.2有色合金中的应用
钼能提高有色金属合金的热强性和抗腐蚀性，是有色金属合金的重要元素。在有色金属合金中，钼与镍、钴、铌、铝和钛等金属组成各种合金。这些钼合金在电子、电气工业和机械工业中，用来制造灯泡的灯丝和电子管零件；也可用来制造电磁电接点、燃气发动机叶片、阀门保护装置以及电炉的电阻等零件。
镍基合金一般均含有金属钼，其所含的钼量比其它合金的多。添加15％～30％钼可显著提高镍基合金的耐腐蚀性能，尤其能大大增强此合金在非氧化介质中的耐腐蚀性能。含3％一10％钼能明显改善镍基高合金的热强性。含18％的镍基合金在1 093℃下仍具有很好的强度，这种合金对氧化和非氧化介质的耐腐蚀性能也很好。美国研制的一种含13％～18％钼的镍基合金具有很高的屈服强度，并具有适中的延性和耐磨性。此种合金可用来制作离心机轴以及航海运输等设备。
用含50％钼和50％铼的钼铼合金制造的无缝合金管具有良好的高温性能。这种合金管可在接近其熔点的温度下使用，可用作热电偶的外套、电子管中的阴极支架、环和栅极等零件。含0．5％钛和0．08％锆的钼基合金是一种优良的耐高温材料，具有良好的耐热疲劳和耐热裂性能。目前，这类钼基合金在国内外均得到广泛应用，效果良好。
3.1.3金属加工中的应用
钼及其合金可制造用作金属加工的各类模具、模芯、穿孔棒、工具架和激冷板。用金属钼制成的刀
具可提高金属加工的加工速度和进料率，减少金属加工件的磨损和变形，从而能延长了加工件的使用
寿命。此外，还可用这种刀具来加工大尺寸的零件，并能改善加工件的精确度。
用金属钼制作的电阻焊接电极，可用于电子方面的钎焊以及铜、黄铜和其它热导率高的材料的焊接。钼顶端的使用寿命长，不会玷污加工件，适宜用来加工电子产品。可用金属钼制作盛装钢铁试样的桶样试验模具，这种钼模十分耐用。放射性材料与大部分模具材料均起反应，而以钨为涂层的镅模具则不为放射性金属所腐蚀。某些含有添加元素的金属需要在氢气、惰性气体或真空中进行高温处理，钼舟皿是盛放这种金属的比较理想的容器。 3.2钼在石油及化学工业中的应用
钼具有优良的耐酸和耐其他金属腐蚀的性能，可用于制作真空管、热交换器、重蒸锅、油罐衬里、各
种酸碱液容器、储罐等化工设备材料。
三氧化钼、二硫化钼及有机钼等形式的化合物是石油化工和化学工业中一类非常重要的催化剂和催化活化剂，常用于氧化一还原反应、有机合成、石油加氢精制、合成氨、有机裂解等方面，特别是含钼催化剂在石油加工工业具有重要的位置。钼在石油裂化与重整中起着重要的作用，是一种理想的电子供体和载体。
钼化合物，如八钼酸铵与钼酸钙等不但能阻燃而且能抑烟，如与无机、有机阻燃剂合用能发挥协同作用，抑烟效果更好，是一种有着广泛应用的产品。钼的一些化合物在颜料工业中也有着广泛的用途，钼酸铅、钼酸锌、钼酸钙常用于颜料、染料、油漆和墨水的生产。钼化合物还是一种应用非常广泛的化学试剂，虽然用量有限但种类繁多，如三氧化钼、钼酸铵、仲钼酸铵、磷钼酸和钼酸钠等。 3.3钼的医学作用
3.3.1参与人体内糖和脂肪的代谢，促进发育
糖和脂肪属于营养物质，在生物体的生长发育中发挥重要作用。钼参与糖和脂肪的代谢，进而参与人体物质代谢和能量代谢，促进发育。
3.3.2能增强氟在体内的储留动物
实验表明，钼能增加氟在大鼠体内的贮留，增强其作用效果。
3.3.3参与黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶等的组成
钼可参与硫、铁、铜之间的相互反应。钼是黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶发挥生物活性的必需因子。黄嘌呤氧化酶主要参与体内的电子传递过程，负责向细胞色素C转运电子，参与体内嘌呤化合物的氧化代谢以及尿酸的形成。此外，调节体内铁的代谢，促进肝铁蛋白中铁的释放，促使铁进入血浆，催化二价铁离子转化为三价铁离子并与贝塔1球蛋白结合成运铁蛋白供机体利用。醛氧化酶参与细胞内的电子传递过程和体内醛的氧化，使醛氧化成羧酸，消除有毒醛类物质对人体的危害。亚硫酸盐氧化酶在机体消化道内微生物区系中发挥重要作用
3.3.4抑制肿瘤发生
钼是抗氧化剂，有阻断过氧化物生成的作用，从而可防止氧化损伤。钼离子能促进细胞内氧化还原过程，特别是具有抑制亚硝基的致癌作用。钼是植物硝酸还原酶的组分，缺钼则会使植物体内的硝酸盐聚集，因为在硝酸盐被还原的过程中，必须要有关键元素钼的参与。在缺钼的土壤中，仅有部分的硝酸盐被还原，使环境及农作物中亚硝酸的含量增加，最终影响动物和人体的摄入量及储藏量，与恶性肿瘤发生有关。同时，钼对植物体内维生素C的合成具有一定的作用，而维生素C对体内亚硝基化合物的合成有阻断作用。亚硝酸盐的强烈致癌作用已为人们所共识。 3．4薄膜太阳能电池、光伏材料
太阳能电池、光伏材料是非常有前景的技术，但是长久以来太阳能的转化率不高影响CdTe装置发展的制约因素之一是绝大多数金属薄膜不能形成与它本身的电阻连接。如果使用钼薄膜或二硫化钼薄膜不但与玻璃基底结合好而且转化率也可以提高，对推广太阳能电池、光伏材料的应用有重要意义。
4结束语
随着科学技术的迅速发展，对各种材料都提出了更苛刻的要求，各种不同性能的材料也不断地被开发出来，钼以其独特的性能，相信应用会越来越广泛，各种新的功能也会不断地开发出来。钼是不可再生资源，总会有枯竭的一天，所以我们应该更加珍惜，更深入地了解，更广泛地研究，使钼在现代社会中发挥更大的作用。
参考文献
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