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鉬的應用分布

2015年鉬用量23萬噸

上圖指的是從鉬礦石生產出來的「新生鉬「的應用分布，不包括利用化學工藝或重熔再生的廢料。

圖中顯示，新生產出來的鉬，大約22%用於製造含鉬不鏽鋼；而結構鋼、工具鋼、高速鋼和鑄鐵共計約佔57%；其餘的21%用於鉬化合物如潤滑劑級二硫化鉬、鉬金屬等。

鉬通常用於五大類材料：含鉬不鏽鋼，含鉬合金鋼和鐵，含鉬超級合金，鉬金屬及合金，含鉬化學品等。

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一、含鉬不鏽鋼

不鏽鋼這個通用名稱指的是一大類含鉻的鐵基合金。「不銹「 意味著在空氣中能耐鏽蝕。不鏽鋼含有至少10.5% 的鉻元素，鉻促使鋼的表面形成一層薄薄的富鉻表面氧化物。鋼或鐵基合金中如果不含這最低含量的鉻，它就會在潮濕空氣中發生腐蝕，形成紅色的銹。

儘管是鉻含量決定了一個鋼是否為不鏽鋼，但鉬也發揮重要作用。鉬可增加所有不鏽鋼的耐腐蝕性， 尤其對於提高材料在氯化物介質中耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能具有很強的作用。

不鏽鋼根據其金相組織的不同分為若干不同的類型。奧氏體不鏽鋼大約佔全部不鏽鋼用量的75%，鐵素體不鏽鋼大約佔25%，雙相不鏽鋼（奧氏體和鐵素體混合結構）約為1%， 馬氏體不鏽鋼大約佔1%。不鏽鋼金相組織的主要決定因素是其化學成分。

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二、含鉬合金鋼和鐵

合金鋼和鐵中添加鉬，可既高效又經濟地：

改善淬透性

降低回火脆性

抗氫腐蝕和耐硫化物應力腐蝕開裂

提高高溫強度

改善焊接性，特別是低合金高強度鋼(HSLA) 的焊接性

含鉬合金鋼製造的各類工程設備和產品廣泛用於領域：

汽車工業、船舶製造、航空航天

鑽井、採礦和過程工業

能源發電包括鍋爐、汽輪機和發電機

容器、儲罐、換熱器

化工和石化行業

海上油氣開採、石油專用管材（OCTG）

大多數情況下，這些行業都需要鉬來滿足所要求的高端應用特性，而這通過添加少量的鉬即可實現。實際上，除了高速鋼和馬氏體時效鋼之外，鉬含量一般在0.2%到0.5%，很少超過1%。

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三、含鉬超級合金

鉬在高性能鎳基合金中是非常重要的合金元素。鎳基合金分為兩大基本類型：

耐蝕合金和高溫合金

高溫合金又可以進一步分為兩類：

固溶強化型

時效硬化型

表1和表2給出了每一類合金中某些重要合金牌號的名義化學成分（重量%）。

表1 某些耐蝕鎳基合金的名義化學成分

表2 某些高溫合金的名義化學成分

在耐蝕鎳基合金中，鉬的一個重要作用是賦予了合金耐氫鹵酸（鹽酸、氫溴酸和氫氟酸）和硫酸等非氧化性介質的能力。因此，對這類環境耐腐蝕能力最強的合金是鉬含量28.5%的B3合金。同時，鉬還與鉻共同為合金提供耐局部腐蝕如點蝕和縫隙腐蝕的耐蝕能力。如合金C22和C2000耐此類腐蝕能力特佳。

在強腐蝕性環境很常見的化工、石化、石油天然氣、製藥和污染防控等行業，耐蝕鎳基合金的應用廣泛。

在高溫合金中，常常採用添加鉬的辦法來對抗高溫蠕變造成的損傷。固溶強化型合金，利用了鉬在鎳中擴散非常緩慢的特點。由於高溫蠕變一般是擴散控制的，添加鉬對於降低蠕變速率十分有效。對於利用γ′相 Ni3(Al,TI)沉澱的時效硬化合金而言，添加鉬強化了基體，降低了基體與γ′相之間的晶格錯配，從而改善了沉澱相的穩定性。鉬在242合金中的效果是十分獨特的。鉬與鉻特定的結合促進了長程有序的 Ni 2(Mo,Cr)相的形成，使合金具有很高的強度而延展性並沒有明顯下降。此外，添加鉬對於減小熱膨脹係數也十分有效。

為了充分利用這一效應，燃氣輪機密封環採用高鉬含量的合金242製造。高溫合金廣泛用於燃氣輪機部件如渦輪盤、燃燒室、過渡管道、密封環、加力燃燒室部件及推力反向器等。它們也用於工業加熱裝置、熱處理、熱交換器、礦物加工及垃圾焚燒等用途。

化工設備利用含鉬鎳基合金（鉬含量高達28%）獨特的耐腐蝕性

（圖片由 Haynes International 提供）

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四、鉬金屬及鉬基合金

鉬金屬一般採用粉末冶金技術生產，將鉬粉進行液壓壓制並在2100°C的溫度下燒結。在870-1260°C的溫度範圍進行熱加工。當在空氣中加熱到大約600°C以上時，鉬會形成揮發性氧化物，因此，高溫應用局限於非氧化性環境或真空環境。

鉬合金在高溫下（高達1900°C）具有優異的強度和出色的機械穩定性。由於鉬合金的高延展性和韌性，它對瑕疵和脆性斷裂的容忍度比陶瓷高。

鉬合金的獨特性能在許多應用中得到了利用，比如：

高溫加熱原件、輻射防護屏、擠出模具、鍛造具模等；

臨床診斷所用的旋轉X線陽極；

玻璃電熔爐的電極和部件，可耐熔融玻璃；

半導體晶元封裝所用的熱沉材料，熱膨脹係數與硅匹配

僅幾埃（10-7 mm ) 厚的濺射層，用於集成電路晶元門與互連原件；

汽車活塞環和機器零件的噴射塗層，以減小摩擦改善耐磨性能

鉬被許多其它金屬合金化後有專門用途：

鉬-鎢合金以其對熔融鋅傑出的耐蝕性而聞名；

包覆銅的鉬可用作具有低膨脹率、高導電率的電子電路板；

Mo-25%Re (錸) 用作火箭發動機元件和液體金屬熱交換器，它們必須在室溫下具有延展性。

高溫爐熱區採用鉬金屬（照片由奧地利PLANSEE AG提供）

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五、鉬化學品

鉬在元素周期表上是VIB族過渡金屬，在鉻與鎢之間。儘管鉬有時被描述為「重金屬」，但它與典型重金屬汞、鉈、鉛的特性有很大不同。與通常的重金屬相比，鉬的毒性要低得多，因此成為那些毒性較大材料的良好替代品。

常見的鉬化合物中鉬表現為最高六價氧化態，如三氧化鉬MoO3 、鉬酸鈉Na2MoO4.2H2O、二鉬酸銨(NH4)2Mo2O7 和七鉬酸銨(NH4)6Mo7O24.4H2O。在水溶液中，六價鉬以簡單的鉬酸鹽形式存在，鉬酸根離子同硫酸根離子一樣，或者根據濃度和 pH的不同，形成多鉬酸鹽離子聚合物。在最常見的鉬礦二硫化鉬MoS2 中，鉬是較低的四價氧化態。四價鉬還形成MoO2氧化物。在鉬-氧化合物的氧化還原化學過程中，如選擇性氧化催化劑和鉬氧化酶等，鉬在六價和四價之間轉變。

鉬的化學性質十分多樣化：氧化態從-2價到+6價，配位數從4到8， 立體化學結構各不相同；有能力與大多數無機和有機配體形成化合物及含有鉬-鉬鍵和橋聯配體的雙核和多核化合物。正是這種多樣化的屬性，使鉬的化學性質和作用令人興奮和關注，也使鉬化合物具有了很多各不相同的實際和潛在用途。鉬是過渡金屬中第一個與硫結合形成各類化合物的，例如，含鉬的主要礦石為二硫化鉬MoS2，鉬在含鉬酶中與硫配體結合，MoS2用作重要的工業催化劑，鉬可形成很多硫配合物，某些用作水溶性潤滑油添加劑。

較低氧化態的鉬可形成各類金屬有機化合物。這些化合物含有鉬-碳鍵。一個有名的化合物叫六羰基鉬Mo(CO)6。這些化合物難以製備，暴露在空氣中可能會分解。它們用量少，有特殊用途，例如用於精細化學品合成的催化劑。

鉬基人造化學品是利用了鉬多價氧化態（4、5、6價）的特點。用鉬酸鹽製備的材料可以是氧化性催化劑，可以具有光敏性，具有半導體特性。通過開發利用鉬的化學特性和作用，為新的商業用途提供了發展機會。

鉬化學品廣泛用於催化劑、顏料、緩蝕劑、消煙劑、潤滑劑及農業生產。

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