從全球的消費結(jié)構(gòu)看,鉬確實稱得上是鐵的同盟軍。西方發(fā)達國家對鉬的需求80%源于鋼鐵,不銹鋼吸納30%的鉬,低合金鋼吸納30%,鉆探刀頭和切削刀具占10%,鑄鋼占10%。另外20%的鉬消費在鉬化學(xué)制品、鉬基潤滑劑和石油精煉等方面。頗為典型的美國1998年在鋼鐵生產(chǎn)中鉬的消費比例是75%。
此外以鉬為基的合金在電子、金屬加工及航天工業(yè)中也得到日益廣泛的應(yīng)用。
1.鉬合金
TZM合金具有優(yōu)異的高溫強度及綜合性能,是應(yīng)用zui廣泛的鉬合金。美國用TZM合金制作發(fā)動機的渦輪盤,其用鉬量占鉬總用量的15%。我國生產(chǎn)包括TZM鉬合金在內(nèi)的鉬材已不下于22個牌號,20世紀90年代初我國鉬及鉬制品的產(chǎn)量已近200噸。
TZM和TZC鉬合金的高溫機械性能比純鉬好,廣泛用于制造高溫工、模具及各種結(jié)構(gòu)件。我國早在20世紀年代即已成功地將它們制成各種無縫鋼管的熱穿孔頂頭。此種用粉冶技術(shù)制造的燒結(jié)鉬頂頭減少了原料消耗(為鑄態(tài)的50%),平均使用壽命提高1.5~2倍。
鉬錸合金(含50%Re)制成的無縫管高溫性能優(yōu)良,可在接近其熔點的溫度下使用,用作熱電偶套管和電子管陰極的支架、環(huán)、柵極等零件。
鉬及鉬合金除具有高溫強度,良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和低的熱膨脹系數(shù)(與電子管用玻璃相近)外,還擁有較鎢易于加工的優(yōu)勢,因此用常規(guī)加工方法生產(chǎn)的板、帶、箔、管、棒、線和型材等在電子管(柵極和陽極)、電光源(支撐材料)零件,金屬加工工具(壓鑄和擠壓模、鍛模、穿孔頂頭、液態(tài)金屬濾篩)及渦輪盤等部件中得到廣泛應(yīng)用。
2.鋼的合金元素
鉬作為鋼材的盟友,和鎳、鉻一起作為合金元素能夠減少合金鋼在熱處理時經(jīng)常發(fā)生的脆變。在高速鋼中用鉬代替鎢在解決鎢資源不足方面,美國走在了前面。據(jù)計算,鉬具有兩倍于鎢的“能力”。這樣一來含鎢18%的鋼可由含鉬9%的鋼代替(同時加入鉻與釩),大大降低了鋼的生產(chǎn)成本。鉬在不銹鋼內(nèi)的作用是提高耐蝕性、增加高溫強度及改善可焊性??梢娿f在鋼鐵工業(yè)中有著非同凡響的作用。
3.其他應(yīng)用
鉬在真空爐工作的溫度和壓力下,具有極低的蒸氣壓。因此鉬零件對爐內(nèi)工件或工作物質(zhì)的污染zui少,并且蒸發(fā)損失肯定不會制約諸如加熱元件和隔熱包封等鉬質(zhì)高溫零件的使用壽命。
在制造玻璃制品方面鉬的高溫強度使它成為快速加熱期間zui為理想的電極與處理和加工設(shè)備。鉬與大多數(shù)玻璃組分在化學(xué)上是相容的,更不會由于小量鉬溶解在玻璃熔槽內(nèi)而造成有害的發(fā)色效應(yīng)。作為玻璃熔煉爐中的加熱電極,其壽命可長達3~5年。
4.新興應(yīng)用
解決鉬的低溫延性和高溫氧化問題的主要途徑就是開發(fā)一種以二硅化鉬(MoSi2)為基的先進復(fù)合材料。
鉬與氧接觸形成的Mo02在800℃升華,冷凝時得到一種黃白色的翳狀物,給發(fā)揮鉬在高溫強度和抗蠕變性能上的優(yōu)勢造成了嚴重的工程問題。為此采用了有自愈能力的富硅涂層,然而這種涂層抗熱循環(huán)效應(yīng)的能力極差。而以二硅化鉬作基體的復(fù)合材料Mo-Si-B的高溫強度和抗氧化能力極好,但延性差,僅限生產(chǎn)小批量商用產(chǎn)品。為解決延性問題,zui近確定了這種鉬—硅—硼系復(fù)合材料的組成范圍,使之除抗氧化性能奇佳外,高溫機械性能與TZM合金相當(dāng)。該復(fù)合材以Mo5SiB(T2)為基體相,以金屬鉬為第二相。金屬相提高了復(fù)合材料的延性,基體相可形成自愈性的氧化皮。目前制成的同時加入鈦的Mo-6Ti-2.2Si-1.1B復(fù)合材料在1370℃下暴露在空氣中2小時,肉眼幾乎看不到變化,較之TZM還要優(yōu)越。這是鉬基合金一項了不起的成就。
鉬的第二項新成就是作充填炸藥彈頭的內(nèi)襯(軍事上叫藥型罩),這種彈頭在軍事和工業(yè)應(yīng)用中可穿透和切削很深的深度。在這類裝置內(nèi),內(nèi)襯周圍的炸藥以可控的方式起爆,使內(nèi)襯以一種非常奇特的方式變形。變形使內(nèi)襯材料產(chǎn)生有極高速度、極大張力的棒狀碎片(噴射器)可深深地穿入靶材或目標。
襯鉬炸藥藥型罩的開發(fā)是一個嶄新的研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)彈頭藥型內(nèi)襯材料是銅,但鉬的聲速為5.12千米/秒(銅為3.94千米/秒)、密度10.2克/厘米3(銅為8.93克/厘米3)。為獲得高速相干噴射,尖頭必須要有高的聲速。使用鉬的藥型設(shè)計可使噴射尖頭的速度大于12千米/秒,而使用銅速度尚不足10千米/秒。兩者速度相差20%~25%,其原因就在于高聲速使尖頭的能量增加,從而導(dǎo)致穿透力提高。zui新的炸藥藥型罩以錐形和嗽叭型為好。用鉬代銅將是軍械上的一項重要改革。
鉬的第三項新成就是制造平板型顯示設(shè)備。在電子行業(yè),平板型顯示設(shè)備至今仍然使用有源矩陣液晶顯示(LCD)技術(shù)。但LCD正與處于不同開發(fā)階段的場發(fā)射顯示(FED)、電致發(fā)光顯示(EL)、等離子體顯示面板(PDP)、陰極射線發(fā)光顯示(CRT)及真空熒光顯示(VFD))進行著全方位的激烈競爭。在這項顯示工藝中,顯示借兩塊被真空隔離的玻璃薄片實現(xiàn)。背面的玻璃當(dāng)作陰極,在這片玻璃上以場發(fā)射極陣列的形式分布著5億個以上的發(fā)射極尖端,發(fā)射極間的間隔比電視屏幕上的象素小得多。發(fā)射極尖端即由鉬制造,它們在顯示時既可單獨控制亦可分組控制。鑒于它們的視角寬,響應(yīng)時間快,有寬的溫度范圍公差,特別是功耗低,與要求清晰、明亮、可移動、耐用的潮流一起,成為發(fā)展乎板顯示工藝的主要推動力。顯示市場有高達100億美元以上的市場。平板顯示工藝用電子束蒸發(fā)將鉬沉積在發(fā)射極尖端上,其用量雖少,但對發(fā)展大屏幕、高清晰度電視卻有著不可限量的前程。