מוליבדן - תוספת סגסוגת לפלדה
מוליבדן (Mo) הוא אחד מיסודות הסגסוגת העיקריים המשמשים בפלדות, ומשפיע על המבנה והתכונות המכניות שלהן. תכונותיו הייחודיות משפרות את חוזק הפלדה, עמידותה בפני קורוזיה וזחילה, ואת יכולת ההתקשות שלה.
מסיסות של מוליבדן בברזל
יש לו מסיסות מוגבלת בצורות אלוטרופיות שונות של ברזל:
- בברזל γ (אוסטניט) – עד כ-3%.
- באוסטניט המכיל כ-0,30% פחמן – עד כ-8%.
- בברזל α (פריט) – עד 32%, כאשר המסיסות יורדת עם ירידת הטמפרטורה.
מוליבדן - תכונות פיזיקוכימיות
| פרמטר | נתונים ישנים יותר (אנציקלופדיה) | נתונים עכשוויים (IUPAC / CRC 2023) |
| סמל כימי | Mo | Mo |
| מספר אטומי Z | 42 | 42 |
| מסה אטומית [u] | 95,94 | 95,95 |
| קבוצה בטבלה המחזורית | 6 (מתכות מעבר) | 6 (מתכות מעבר) |
| תצורת אלקטרונים | 4 פני⁵ 5 שילינג¹ | 4 פני⁵ 5 שילינג¹ |
| צפיפות (20 מעלות צלזיוס) [גרם/סמ"ק] | 10,2 | 10,28 |
| נקודת התכה [°C] | 2600 ° C | 2623 ° C |
| נקודת רתיחה [°C] | 4600 ° C | 4639 ° C |
| קשיות (מוהס) | ~ 5,5 | 5,5 |
| צבע ומראה | לבן כסוף, מתכתי, קשה | לבן כסוף, מתכתי, קשה |
| מודול יאנג (E) [GPa] | אין מידע | ~ 329 |
| מודול גזירה (G) [GPa] | אין מידע | ~ 126 |
| מודול נפח (K) [GPa] | אין מידע | ~ 230 |
| מוליכות חשמלית [MS/m] | אין מידע | ~18,7 (32% מכלל המערכות הניהוליות הממשלתיות) |
| מוליכות תרמית [W m⁻¹ K⁻¹] | אין מידע | ~ 138 |
| חום סגולי cp [J kg⁻¹ K⁻¹] | אין מידע | 251 |
| אנתלפיה של איחוי [kJ/mol] | אין מידע | ~ 37,5 |
| אנתלפיה של אידוי [kJ/mol] | אין מידע | ~ 598 |
| אלקטרונגטיביות (פאולינג) | ~ 1,8 | 2,16 |
| איזוטופים יציבים | אין מידע | ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁵Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁷Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo |
אפיון כימי
- מוליבדן היא מתכת עקשנית העמידה בפני התכה וזחילה בטמפרטורות גבוהות.
- המשטח מכוסה במהירות בשכבה דקה של MoO₃, אשר מגנה חלקית מפני קורוזיה.
- הוא מתמוסס בפלדה, מה שמגביר את עמידותו בפני קורוזיה בורית וחריצים (במיוחד בסביבות עם יוני כלור⁻).
- בפלדות כלים זה מגביר את הקשיות והעמידות בפני חישול.
- יוצר קרבידים יציבים (Mo₂C) המגבירים את עמידות השחיקה.
- בקטליזה (למשל פטרוכימיה) משמש בצורת סולפידים (MoS₂).
- השפעה על פלדה
כמו כרום, הוא תוסף יוצר פריט ומגלה זיקה חזקה לפחמן - יותר מאשר כרום וטונגסטן. למרות מחירו הגבוה, תכונותיו הייחודיות הופכות אותו לשימוש נרחב במגוון סוגי פלדה, כולל:
- פלדות מבניות (0,2–0,3% מחודש)
- פלדות כלים לעבודה קרה וחם (0,2–0,5% מו)
- בפלדות מהירות גבוהה (כ-5% מחודש)
- פלדות אל חלד עמידות לחומצה (2–4% מחודש)
השפעות עיקריות של הוספת מוליבדן
- עמידות בפני קורוזיה – במיוחד בסביבות המכילות כלורידים וחומצות, מה שהופך אותו לחיוני ב פלדות אל חלד.
- חוזק זחילה משופר – מגביר את עמידות הפלדה לעומסים ארוכי טווח בטמפרטורות גבוהות.
- הפחתת שבירות הרפיה – מונע התפתחות שבירות עקב מזג בפלדות מוקשחות ומחוסמות.
- יכולת הקשייה מוגברת – הוא עדיף על כרום וטונגסטן בהיבט זה, מה שהופך אותו פלדות מוליבדן הם משיגים ביתר קלות מבנה אחיד ומוקשה.
- הפחתה בכמות האוסטניט השמורה – חיוני עבור פלדת הקשחת מקרה i הִתקַשׁוּת מִשׁטָח.
- נטייה מופחתת להתחממות יתר - פלדות מוליבדן פחות רגישים לצמיחה מוגזמת של גרגירי אוסטניט.
- עמידות בפני אובדן קשיות במהלך הרפיה – מעכב את תהליכי הפרשת הקרביד והקרישה.
מוליבדן - שימוש בפלדות מוליבדן
הוא נמצא בשימוש נרחב בפלדות מבניות, פלדות כלים ופלדות מיוחדות. הוא משמש ב:
- פלדות עמידות בחום – לדוגמה, סגסוגות המכילות כרום ונדיום נוספים, המשמשות בתעשיות האנרגיה והתעופה.
- פלדות כלי עבודה חמות ופלדות מהירות גבוהה – משפר את העמידות והעמידות לטמפרטורות גבוהות.
- נירוסטה i עמיד לחומצה – משפר את העמידות לחומצות, במיוחד חומצות גופרתיות וחומצות אצטיות.
- פלדות לרכיבים הפועלים בטמפרטורות גבוהות – הודות ליכולת להגביר את עמידות הזחילה.
מגבלות ואתגרים של מוליבדן
למרות יתרונותיו הרבים, יש לו גם כמה מגבלות:
- מחיר גבוה – מגביל את השימוש בו בכמה פלדות בעלות נמוכה.
- עמידות מופחתת לחמצון – בטמפרטורות גבוהות הוא יוצר תחמוצות MoO₃ נדיפות, אשר עשויות להגביל את השימוש בו בפלדות עמידות בחום.
- מסיסות מוגבלת בפריט בטמפרטורות נמוכות – אשר משפיע על המיקרו-מבנה של חלק מסוגי הפלדה.
עתיד פלדות המוליבדן
עם התקדמות הטכנולוגיה, הביקוש למוליבדן בפלדות מודרניות הולך וגדל. פלדות מרטנזיטיות בעלות סגסוגת גבוהה, לדוגמה, מוקשחות במשקעים על ידי שקיעת תרכובות אינטר-מתכתיות המכילות יסוד זה. בעתיד, חשיבותה בהנדסת חומרים צפויה להמשיך ולגדול, במיוחד ביישומים הדורשים עמידות גבוהה לזחילה, קורוזיה ועייפות.