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  我国在解放前没有钼加工工业。解放后经过长期的建设和技术改造,已形成一个完整的钼业生产体系,主要生产钼铁、氧化钼、钼酸盐等。钼铁和氧化钼等主要用于钢铁工业,年用钼量约8000t;大部分钼酸盐及金属钼制品,如钼粉、钼丝、钼条等,年用量约2700t[1]。近几年来,钼在钢铁工业中的用量增长缓慢,如钼在不锈钢中应用虽有所增加,由26%上升到31%,但在低合金钢中的应用却有所减少,由35%下降到33%。然而,在金属钼制品方面的用量却呈上升趋势。

  我国钼铁生产在钼加工工业中占有较大的比例。钼与铁可按比例互溶,钼在钼铁中主要以FeMo和Fe3Mo的形式存在。

  1.钼的用途

  由于钼具有高强度、高耐磨性、高熔点、低膨胀系数、良好的导电及导热性等多种优良性能,因而在冶金、电子、电光源、宇航、机械、化工、汽车等工业部门均得到了广泛的应用,并被人们认为是目前有前途的高温结构材料。另外,大多数钼化合物是没有毒性的,因此可以利用钼取代有毒金属,如取代防腐剂中的铬、阻燃物和消烟物中的锑等。

  钼在钢铁工业中重要的用途是冶炼合金钢,因为钼能降低钢的共晶分解温度,扩大钢的淬火温度范围,从而影响钢的淬火硬化深度。钼与铬、镍、钒等配合使用,能使钢具有均匀的结晶组织,提高钢的弹性限、耐磨性和冲击强度,防回火脆性、防碳的高温石墨化等性能。钼广泛地应用于冶炼结构、耐热钢和磁钢等系列钢种。钼还应用于合金铸铁,可使灰口铁晶粒细化,并能改变灰口铁在高温下的性能,提高耐磨性。不论是钢还是铸铁中的钼,均是以钼铁或氧化钼的形式加入,还有少理是以钼酸钙的形式加入。而用于航空材料的钛合金,钼则是以钼铝或钼钒铝中间合金的形式加入。

  2.钼的资源状况

  我国钼矿资源比较。截止1992年,全国已探明储量的大中小型钼矿区230[1]个,矿种以辉钼矿为主,保有储量约420.9万吨钼[2],工业储量的40.6。全国共有储量在1万吨以上的大中型钼矿区65个,约占全国钼矿区的28%,其保有储量占部保有储量的96.5%,是亚洲量大的钼矿蕴藏,居世界第五位。

  从九十年代开始,我国钼精矿产量不断增加,到1995年产量已达20719吨钼,相当于西方世界产量的20%[3]。我国已经成淡仅次于美国的世界上第二个大的原钼生产国,其原钼产量现有超过了智利。

  我国钼资源遍及全国29个省(市、区)。主要分布在陕西、辽宁、河南、吉林、山东、河北及江西等省,其储量占全国总储量的77.9%[1],其中大的原生钼矿生产企业是陕西金堆城钼业公司、河南栾川钼业公司、辽宁的杨家杖子矿务、锦西钼业公司和朝阳新华钼矿,这几家原生钼矿资源除满足国内钼铁、氧化钼、钼酸铵、钼试剂、催化剂、金属等钼制品的需要外,还可生产部分钼制品进入市场。

  3.钼铁和氧化钼的生产

  我国生产钼铁的厂家有几十个,生产规模较大的企业多分布在吉林、陕西、辽宁、河南等省的铁合金厂和钼业公司。它们既生产钼铁,也生产氧化钼压块产品。

  3.1产品规格

  我国钼铁依据国标GB3649-87组织生产。

  根据我国的钼资源情况,为了合理利用低品位钼矿资源,八十年代冶金部钢铁研究总院、首钢铁合金厂等单位,利用低品位钼矿(钼含量45%以下)成功地冶炼出了FeMo60钼铁,为我国低品位钼矿的利用开辟了一条新路[4]。

  国外氧化钼压块用于炼钢已是成熟的技术,早已得到推广。我国则是由钢铁研究总院会同锦州、上海铁合金厂研制成功,并在钢铁厂推广使用。氧化钼压块产品依据GB5064-87国家标准生产。

  3.2钼精矿焙烧

  向市场提供的钼精矿,一般以辉钼矿(MoS2)为主要成分。钢铁产品对于硫含量有一定的限制,因此用于炼钢合金化的钼铁和氧化钼的含硫量控制在一定的范围。为了经济而有效地炼制合格的钼铁和氧化钼产品,首先要对钼精矿进行氧化焙烧,以便乇底去除矿物中的硫。

  我国用于钼精矿氧化焙烧的工艺设备有多膛焙烧炉、回转窑和反射炉等。较大的企业,如吉林铁合金厂、金堆城钼业公司等采用多膛炉,锦州铁合金厂等一些厂家则采用回转窑,而中小型企业主要采用反射炉。

  我国采用较多的多膛炉是八层焙烧炉。它可以连续作业,但要求入炉钼精矿的成分要稳定,钼含量波动一般不得超过0.5—1.0%焙烧温度容易控制,2—4层温度控制低一些,有利于炉气畅通流动和料层呈疏松状态,便于维护炉况,操作稳定。辉钼矿中硫的烧除率达到99.5%,焙烧阶段钼的回收率(含烟尘回收)一般为98%。

  我国回转窑焙烧钼精矿多采用重油加热。这种工艺各段温度容易控制,劳动条件和操作环境好,焙烧的钼矿砂质量可以满足冶炼钼铁S≤0.08%r 技术要求。

  反射炉是我国早用于焙烧钼精矿的设备。这种炉子温度难于准确控制,热效率低,收尘设备不完善时回收率低,产品质量和数量不够稳定。因为它结构简单,投资少,见效快,以及便于操作,一般多为地方铁合金厂采用。但只要精心操作,产品质量同样能达到技术要求。

  3.3钼铁冶炼

  我国目前广泛使用的钼铁冶炼方法是炉外硅热还原法。采用的装置是镁砖砌筑炉衬的反应炉筒,将混合好的炉料装于炉筒内,由上部点火法冶炼制取。这种生产工艺用Si作为还原剂,Si以硅铁的形式加入,并添加一部分铝粒作为反应补充热源的促进剂。在炉料上部点后冶炼开始,还原反应进行,并放出大量的热量,促进反应自上而下自发进行。该方法的生产工艺设备简单,冶炼过程快,时间短,钼的回收率可达98%以上。

  此外,八十年代以来,钢铁研究总院、吉林铁合金厂等单位[5]以氧化钼矿、焦粉为原料在直流转移弧式等离子炉内,利用等离子具有温度高、能量集中和气氛可以控制等特点,冶炼出了低碳、低硅、低铝的钼铁合金。目前,已有多家钼铁厂用此项技术,生产钼铁合金。

  3.4氧化钼块生产

  宣量包装氧化钼粉和氧化钼压块冶炼钢,既简化了钼添加剂的生产工艺,提高了钼的回收率,又可大量减少一些辅助材料的消耗。近几年来,国外广泛使用包装氧化钼粉和氧化钼压块用于炼钢工业,并大量使用氧化钼铁代替钼铁。早在八十年代,美国在使用氧化钼方面其消耗量已为钼铁的7倍,日本为3.6倍左右。这表明钢铁工业用钼作为添加剂,将以氧化钼取代钼铁。氧化钼产品主要采用多膛炉焙烧钼矿的方法来生产,如前苏联生产氧化钼规模大的工厂采用八层焙烧炉,氧化钼压块多采用焦油、沥青等作粘结剂压制而成。我国钼铁生产较大的铁合金厂,一般都有氧化钼压块产品。由于氧化钼的售价低于钼铁,而使用效果与钼铁相当,因此在钢铁厂颇受欢迎。

  3.5提高钼回收率

  钼铁生产重要的问题是确保高的钼回收率[6]

  炉渣中钼铁颗粒的回收 对于含钼较高的炉渣,经过粉碎、磁选可使钼渣富集到钼含量为10—25%用于返回冶炼,以回收其中的钼。

  烟尘回收 钼精矿价格约占冶炼钼铁成本的97.5%。凡是含有钼精矿粉尘的地方均应安装率的收尘设备。含Mo12—13%、Bi3—3.5%、Pb~10%、Zn~10%、Sn15—17%的大量 有金属烟尘装入电炉冶炼,可以得到含Mo12—13%、SiO217—24%、FeO14—15%的富钼渣,再将其返回钼铁炉冶炼。

  钼铁精整屑与炉底结瘤铁则是大的回收钼的返回冶炼品。

  4.钼铁和氧化钼产品的现状

  4.1钼铁供求情况

  我国含钼合金钢及含钼铸铁的生产量还处于一个较低水平阶段,钼钢比工业发达国家低,钼的消耗量相对较少[7]。但是,如前所述,近几年我国在钢铁工业上的用钼量增长缓慢,而在钼的精细化制品和金属钼制口方面钼的用量呈上升趋势。据有关方面统计,中国钼消耗量1993年为6500吨钼,1994年则达7000—7500吨钼,主要是消耗在冶金领域,约占整个钼消耗量的65%。由于我国钼资源,所以每年都有一定量的钼产品出口。1991—1994年每年出口钼分别为5.0、7.0、17.0、13.0百万磅钼,其中出口多的钼产品是钼铁,其出口量为:1991年1972吨,1992年1537吨,1993年1196.8吨。到1995年7月底,我国共出口钼铁5180吨。1998年上半年我钼出口大大减少,是钼铁的减少量为显著。

  4.2钼铁和氧化钼价格

  我国钼铁、氧化钼、钼制品以及钼精矿的价格通过与世界贸易接舅,钼价与市场基本同步。随着钼产品大量进入市场,致使我国含钼60%的钼铁售价在1994年高达10万元/吨。随着市场的起伏,到1995年8月钼铁价格下跌到6.45万元/吨,从1995年9月开始又有回升的趋势。

  氧化钼的生产和销售我国报导不多。日刊报导,氧化钼市场价格在1995年1月上涨到每钼17.5美元的高点后又连续下跌,直到当年9月又开始回升,估计在1996年氧化钼的价格能保持在3—4美元/磅钼[8]。我国氧化钼价格随着市场的变化,也受到一定的影响。另外,我国受增值税及出口退税减少的影响,氧化钼原材料短缺等导致出口减少。1995年我国出口氧化钼价格为8美元/公斤钼。

  总之,我国的用钼量仍然在不断增加,随着国内钢铁工业的发展,预计到2000年,我国的钼消耗量将增加70%。达到年消费量13000—14000吨钼[9]

  5.结语

  综上所述,我国钼资源,钼加工工业已具一定规模,并有一大批从事钼研究和开发的科技工作者。随着我国开放的深入和市场经济的发展,钼业市场与市场接轨,无疑将受钼市场波动的影响和冲击。因此,我国钼业界既面临发展机遇也面临严峻考验。形势要求我们面对现实,一方面严密注视国内外钼业发展现状和市场趋势,另一方面要努力提高产品质量,降低成本、拓宽钼制品用途,开发新品种。只有这样,我国钼业方能不断发展、兴旺,挤身于世界钼业行列。

  1 编制目的

  为贯彻落实《中华人民共和国土壤污染防治法》,指导和规范土壤污染重点监管单位开展土壤环境自行监测工作,制定本指南。

  2 适用范围

  本指南适用于指导土壤污染重点监管单位中工矿企业开展土壤及地下水自行监测工作,生活垃圾填埋场等其他行业按照GB16889等有关标准执行。重点单位的划分以陕西省生态发布的土壤污染重点监管单位名录为准。

  3 规范性引用文件

  本指南内容引用了下列文件或其中的条款。凡是不注明日期的引用文件,其有效版本适用于本指南。

  GB 36600     土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)

  GB16889      生活垃圾填埋场污染控制标准

  GB 50021      岩土工程勘察规范

  GB/T 14848    地下水质量标准

  GB/T 4754     国民经济行业分类

  HJ 682        建设用地土壤污染风险管控和修复术语

  HJ 25.1       建设用地土壤污染状况调查技术导则

  HJ 25.2       建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则

  HJ 25.3       建设用地土壤污染风险评估技术导则

  HJ 819        排污单位自行监测技术指南总则

  HJ 164        地下水环境监测技术规范

  HJ/T 166      土壤环境监测技术规范

  4 术语和定义

  下列术语和定义适用于本指南。

  4.1 土壤 soil

  土壤是指由矿物质、有机质、水、空气及生物有机体组成的地球陆地表面的疏松层。

  4.2 地下水 groundwater

  地下水是指以各种形式埋藏在地壳空隙中的水,含包气带和饱和带中的水。

  4.3 自行监测 self-monitoring

  指排污单位为掌握本单位的污染物排放状况及其对周边环境质量的影响等情况,按照相关法律法规和技术规范,组织开展的环境监测活动。

  4.4建设用地land for construction

  建设用地是指建造建筑物、构筑物的土地,包括城乡住宅和公共设施用地、工矿用地、交通水利设施用地、旅游用地、军事设施用地等。4.5 重点区域 suspected areas of contamination

  具有土壤或地下水污染隐患的区域,如有毒有害物质的生产区,原材料或固体废物的堆存区、储放区和转运区等。

  4.6 重点设施 key facilities

  具有土壤或地下水污染隐患的设施,如涉及贮存或运输有毒有害物质的罐槽、管线等。

  4.7 关注污染物 contaminants of concern

  根据地块污染特征、相关标准规范要求和地块利益相关方意见,确定需要进行土壤污染状况调查和土壤污染风险评估的污染物。5 自行监测的一般要求

  5.1 制定监测方案

  重点监管单位应识别本单位存在土壤及地下水污染隐患的区域或设施并确定其对应的关注污染物,制定自行监测方案。监测方案应包括下列内容:单位基本情况、监测点位及示意图、监测、执行标准及其限值、监测频次、采样和样品保存方法、监测分析方法、质量与质量控制等(监测方案大纲见附录A)。

  5.2 开展自行监测

  重点监管单位应根据本指南要求,依据自行监测方案,自行或委托第三方开展土壤和地下水自行监测工作。

  原则上对于地下水埋藏条件不适宜开展地下水监测的单位或者同时满足下述条件的单位可暂不开展地下水监测:

  (1)含水层埋深大于15 m;

  (2)关注污染物中不存在易迁移的污染物(如六价铬、氯代烃、石油烃、苯系物等);

  (3)土层参照《岩土工程勘察规范》(GB 50021)分类方法归类为粉土及黏性土等低渗透性土壤;

  (4)企业周边1 km范围内无饮用水源地保护区、补给区等地下水敏感区域。

  5.3 建设并维护监测井(点)

  重点监管单位应按照相关监测规范要求建设满足开展监测所需要的监测井(点),并进行维护。

  5.4 记录、保存监测数据,依法公开监测结果

  重点监管单位应记录和保存监测数据、分析监测结果,编制年度监测报告,并依法向社会公开监测结果。

  6 监测方案制定

  6.1 重点设施及区域识别

  6.1.1 资料搜集

  搜集的资料主要包括单位基本信息、单位内各区域及设施信息、迁移途径信息、敏感受体信息、地块已有的环境调查与监测信息等(具体见表6-1)。

  表6-1 应搜集的资料清单

  6.1.2 重点设施及区域识别

  对本章6.1.1节调查过程和结果进行分析、总结和评价。根据各设施信息、关注污染物类型、污染物在土壤和地下水中的迁移转化途径等,识别单位内部存在土壤及地下水污染隐患的重点设施,在单位平面布置图中标记,按照附录B所示格式填写信息记录表,记录重点设施相关信息。

  重点设施数量较多的单位可根据重点设施在单位的分布情况,将排放污染物类似且相距较近的多个设施,合并作为一个重点区域,在单位平面布置图中标记。

  具有土壤或地下水污染隐患的设施包括但不限于:

  1)涉及有毒有害物质的生产区或生产设施;

  2)涉及有毒有害物质的原辅材料、产品、固体废物等的贮存或堆放区;

  3)涉及有毒有害物质的原辅材料、产品、固体废物等的转运、传送或装卸区;

  4)贮存或运输有毒有害物质的各类罐槽或管线;

  5)三废(废气、废水、固体废物)处理处置或排放区。

  6.2 监测点位布设

  6.2.1 点位布设原则

  重点监管单位自行监测点/监测井应布设在重点设施周边并尽量接近重点设施。重点设施数量较多的单位可根据重点区域内部重点设施的分布情况,统筹规划重点区域内部自行监测点/监测井的布设,布设位置应尽量接近重点区域内污染隐患较大的重点设施。

  监测点/监测井的布设应遵循不影响单位正常生产、不造成隐患与二次污染且利于监测的原则。

  纳入重点行业企业用地调查的单位点位布设可按重点行业企业用地调查确定的监测点位开展监测。

  6.2.2 对照监测点

  应在重点监管单位外部区域或单位内远离各重点设施(区域)处布设至少1个土壤及地下水对照点。对照点应不受单位生产过程影响且可以代表单位所在区域的土壤及地下水本底值。

  土壤监测对照点应设置于重点设施(区域)污染物迁移的上游,原则上在重点监管单位边界30m范围内布设。

  地下水对照点应设置在重点设施(区域)地下水径流的上游区域。地下水对照点监测井应与污染物监测井设置在同一含水层。

  6.2.3 土壤监测点位布设

  重点监管单位自行监测遵循以下原则确定土壤监测点的数量、位置及深度:

  (1)点位数量及位置

  每个重点设施周边应至少布设1-2个土壤监测点,每个重点区域周边至少布设2-3个土壤监测点。监测点具体数量可根据待监测区域大小等实际情况进行适当调整。

  (2)采样深度

  土壤监测应以表层土壤(0-20 cm)为重点采样层,开展采样工作。存在液体污染物的重点设施(区域)周边点位应采集不同深度的土壤样品。

  6.2.4 地下水监测井的布设

  重点监管单位自行监测应设置地下水监测井开展地下水监测工作,并按照《地下水环境监测技术规范》(HJ 164)中4.3.3要求确定监测井数量和位置。单位内或邻近区域内现有的地下水监测井,如果符合本指南要求,可以作为地下水对照井或污染物监测井。

  采样深度按以下原则确定:

  监测井在垂直方向的深度应充分考虑季节性的水位波动,并根据污染物性质、含水层厚度以及地层情况确定。

  1)污染物性质

  ① 当关注污染物为低密度污染物时,监测井进水口应穿过潜水面以能够采集到含水层顶部水样;

  ② 当关注污染物为高密度污染物时,监测井进水口应设在隔水层,含水层的底部或者附近;

  ③ 如果低密度和高密度污染物同时存在,则设置监测井时应考虑在不同深度采样的需求。

  2)含水层厚度

  ① 厚度小于6 m的含水层,可不分层采样;

  ② 厚度大于6 m的含水层,原则上应分上中下三层进行采样。

  3)地层情况

  地下水监测以浅层地下水为主,如浅层地下水已被污染且下游存在地下水饮用水源地,需增加主开采层的监测点。

  6.3 监测项目

  重点监管单位应根据本指南6.1“重点区域及设施识别”结果,参照附录C中单位所属行业类型及关注污染物,选择确定每个重点区域或设施需监测的关注污染物类别及项目(需测试每个重点设施或重点区域涉及的关注污染物,不同设施或区域的分析测试项目可以不同)。本指南未提及其所属行业的单位,应根据单位具体情况,在附表C-1“常见关注污染物类别及项目”中自行选择分析测试项目。原则上每个重点区域或设施应监测的污染物项目不少于2项。

  对于以下项目,重点监管单位应在自行监测方案中说明原因:

  1)在附表C-2中有列举,但单位认为不需监测的行业关注污染物项目;

  2)在附表C-2中未提及单位所属行业,由单位自行选择的关注污染物项目。

  不能说明原因或理由不充分的,应对所列类别污染物进行分析测试。

  6.4 监测频次

  重点监管单位每年至少开展一次土壤监测和一次地下水监测,地下水监测应在枯水期开展。

  6.5 地下水监测井的建设与维护

  6.5.1 监测井的建设

  重点监管单位地下水采样井应建成长期监测井。监测井的建设过程可参照《地下水环境监测技术规范》(HJ 164)的要求进行。

  6.5.2监测井井口的保护

  为保护监测井,应建设监测井井口保护装置,包括井口保护筒、井台或井盖等部分。监测井保护装置应坚固耐用、不易被破坏。

  井口保护筒宜使用不锈钢材质;井盖需加异型锁;依据井管直径,可采用内径为 24 cm~30 cm、高为50 cm的保护筒,保护筒下部应埋入水泥平台中 10 cm 固定;水泥平台为厚 15 cm,边长 50 cm~100 cm的正方形平台,水泥平台四角须磨圆。

  无条件设置水泥平台的监测井可考虑使用与地面水平的井盖式保护装置。

  6.5.3 监测井的维护和管理

  应指派专人对监测井的设施进行经常性维护,设施一经损坏,及时修复。

  地下水监测井每年测量井深一次,当监测井内淤积物淤没滤水管,应及时清淤。

  每2年对监测井进行一次透水灵敏度试验。当向井内注入灌水段 1 m 井管容积的水量,水位复原时间超过 15 min 时,应进行洗井。

  井口固定点标志和孔口保护帽等发生移位或损坏时,及时修复。

  7 样品采集、保存、流转及分析测试技术

  7.1 样品采集

  7.1.1 土壤样品采集

  土壤样品采集方法参照《场地环境监测技术导则》(HJ 25.2)的要求进行。

  7.1.2 地下水采样

  地下水监测参照《地下水环境监测技术规范》(HJ 164)的要求进行。

  7.2 样品保存

  样品保存涉及采样现场样品保存、样品暂存保存和样品流转保存要求,样品保存应遵循以下原则进行:

  a)土壤样品保存参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166)的要求进行;

  b)地下水样品保存参照《地下水环境监测技术规范》(HJ 164)的要求进行;

  c)监测单位应与检测实验室沟通确定样品保存方法及保存时限要求;

  d)现场样品保存。采样现场需配备样品保温箱或其他设施,样品采集后在4 ℃低温保存;

  e)样品暂存保存。如果样品采集当天不能将样品寄送至实验室进行检测,样品需在4 ℃低温保存;

  f)样品流转保存。样品寄送到实验室的流转过程要求在4 ℃低温保存流转。

  7.3 样品流转

  7.3.1 装运前核对

  在采样小组分工中应明确现场核对负责人,装运前应进行样品清点核对,逐件与采样记录单进行核对,保存核对记录,核对无误后分类装箱。如果样品清点结果与采样记录有不同,应及时查明原因,并进行说明。

  样品装运同时需填写样品运送单,明确样品名称、采样时间、样品介质、检测、检测方法、样品寄送人等信息。

  7.3.2 样品流转

  样品流转运输的基本要求是样品和及时送达。样品应在保存时限内尽快运送至检测实验室。运输过程中要有样品箱并做好适当的减震隔离,严防破损、混淆或沾污。

  7.3.3 样品交接

  实验室样品接收人员应确认样品的保存条件和保存方式是否符合要求。收样实验室应清点核实样品数量,并在样品交接单上签字确认。

  7.4 样品分析测试

  样品的分析测试方法应优先选用国家或行业标准分析方法,尚无国家或行业标准分析方法的监测项目,可选用行业统一分析方法或行业规范。

  8 质量及质量控制

  重点监管单位自行监测过程的质量及质量控制,除应严格按照本指南的技术要求开展工作外,还应严格遵守所使用检测方法及所在实验室的质量控制要求。

  重点监管单位利用自有人员、场所和设备自行监测的应按照排污单位自行监测技术指南总则(HJ 819)中“监测质量与质量控制”的要求执行。相应的质控报告应作为样品检测报告的技术附件。

  委托开展自行监测的企业,应委托具有中国计量认(CMA)资质的检测机构进行。

  9 结果分析及报告

  9.1 监测结果分析

  重点监管单位应根据本指南要求开展自行监测并对监测结果进行分析,以下情况可说明所监测重点设施或重点区域已存在污染迹象:

  a)关注污染物浓度超过相应标准中与其用地性质或所属区域相对应的浓度限值的(各监测对象限值标准按照表9-1执行);

  b)关注污染物的监测值与对照点中本底值相比有显著升高的;

  c)某一时段内(2年以上)同一关注污染物监测值变化总体呈显著上升趋势的。

  表9-1  各监测对象相应限值标准

  对于已存在污染迹象的监测结果,应排除以下情况:

  a)采样或统计分析误差,此时应重新进行采样或分析;

  b)土壤或地下水自然波动导致监测值呈上升趋势的(未超过限值标准);

  c)土壤本底值过高或企业外部污染源产生的污染导致的污染物浓度超过限值标准;

  对于存在污染迹象的重点设施周边或重点区域,应根据具体情况适当增加监测点位,提高监测频次。

  9.2 监测报告编制

  重点监管单位应当结合年度自行监测报告,增加土壤及地下水自行监测相关内容。土壤及地下水自行监测报告内容主要包括:

  a)重点监管单位自行监测方案;

  b)监测结果及分析;

  c)单位针对监测结果拟采取的主要措施。

  10 监测管理

  重点监管单位应按照相关要求对自行监测结果进行信息公开,并对监测结果及信息公开内容的真实性、准确性、完整性负责。

  重点监管单位应积配合并接受生态环境行政主管部门的日常监督管理。

  11 附则

  本指南自发布之日起实施,国家对重点监管单位土壤和地下水环境自行监测相关规定发布后执行国家规定。

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  钼及各种钼制品的用途

  钼(mu)钼(Molybdenum)是一种化学元素,它的化学符号是Mo,它的原子序数是42,是一种灰的过渡金属。钼的纯金属是银白,坚硬。把少量钼加到钢之中,可使钢变硬。钼是对植物很重要的营养素,也在一些酶之中找得到。钼-99是钼的放射性同位素之一,他在医院里用于制备锝-99。锝-99是一种放射性同位素,病人服用后可用于内脏器官造影。用于该种用途的钼-99通常用氧化铝粉吸收后存储在相对较小的容器中。当钼-99衰变时生成锝-99,在需要时可把锝-99从容器中取出发给病人。

  钼的密度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。钼是一种过渡钼精粉元素,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的微量元素。

  钼是一种金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂。它可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性,还可增强其耐高温强度及耐腐蚀性能。

  钼在地球上的蕴藏量较少,其含量仅占地壳重量的0.001%,钼矿总储量约为1500万吨,主要分布在美国、中国、智利、俄罗斯、加拿大等国。我国已探明的钼金属储量为172万吨,基础储量为343万吨,仅次于美国而居世界第二位。钼矿集中分布在陕西、河南、吉林和辽宁等四省。世界上金属储量在50万吨以上的特大型钼矿共有六个,我国的河南栾川、吉林大黑山和陕西金堆城三大钼矿榜上有名。

  的钼资源,为我国发展钼的冶炼和加工,大力推广钼的应用,提供了为有利的条件和坚实的基础。

  钼与钨一样是一种难熔稀有金属。钼的熔点为2620℃,由于原子间结合力强,所以在常温和高温下强度都很高。它的膨胀系数小,导电率大,导热性能好。在常温下不与盐酸、氢氟酸及碱溶液反应,仅溶于硝酸、王水或浓硫酸之中,对大多数液态金属、非金属熔渣和熔融玻璃亦相当稳定。因此,钼及其合金在冶金、农业、电气、化工、和宇航等重要部门有着广泛的应用和良好的前景,成为国民经济中一种重要的原料和不可替代的战略物质。

  二、钼在我国的开采使用状况

  近年来,我国钼的开采、冶炼和加工得到了迅速的发展。据资料介绍,2001年我国实际生产钼精矿72000吨,氧化钼33000吨,钼铁7600吨,各类钼酸铵9500吨,钼条1183吨,钼板坯1200吨,钼板材150吨,钼圆片40余吨,钼顶头及其他异型制品约50吨,电光源行业及机械加工钼丝31.5亿米,还有润滑剂、催化剂、颜料等化工产品数百吨。不仅如此,我国在世界钼市场中占有举足轻重的,据海关统计,2001年我国出口钼矿焙砂、钼酸盐、钼铁及其他钼制品70274吨之多,创汇达2.62亿美元。

  钼的消费形式以工业三氧化钼为主,约占70%,钼铁约占20%,金属钼和钼化学制品各占5%。其应用领域和分配比例大概如下:钢铁冶炼消费约占80%(其中合金钢约为43%,不锈钢约为23%,工具钢和高速钢约8%,铸铁和轧辊约为6%),化工产品约占10%,金属钼制品消费约占6%,高温高强度合金和合金约占3%,其他钼制品约为1%。由上可见钢铁工业的发展对钼的消费起着决定性的作用,但随着科学技术的发展,钼在高科技和其他领域的应用将会不断地扩大和发展。根据世界各国钼消费统计,钼在钢铁工业中的应用仍然占据着主要的位置。钼作为钢的合金化元素,可以提高钢的强度,是高温强度和韧性;提高钢在酸碱溶液和液态金属中的抗蚀性;提高钢的耐磨性和改善淬透性、焊接性和耐热性。钼是一种良好的形成碳化物的元素,在炼钢的过程中不氧化,可单独使用也可与其他合金元素共同使用。钢的耗钼量在有规律地增长,目前每吨钢的钼消耗量已达到0.201公斤的水平。

  钼与铬、镍、锰和硅等可制造不同类型的不锈钢、工具钢、高速钢和合金钢等。所制成的不锈钢有良好的耐腐蚀性能,可用于石油开采的耐腐蚀钢管,一种加钼约6%的不锈钢还可取代钛用于海水淡化装置、远洋船舶、海上石油及天然气开采管道。这类不锈钢还可以用于汽车外壳、污水处理设备等。含钼工具钢的效率是钨工具的两倍,性能优良,成本低廉且重量较轻。钼系列高速钢具有碳化物不均匀性、耐磨、韧性好、高温塑性强等优点,适用于制造成型刀具。含钼合金钢可用于制造机床结构部件,工业车辆和推土设备。在轧制状态下有微细珠光体组织的含钼合金钢,是铁轨和桥梁建设中的重要钢材。

  钼作为铁的合金添加剂,有助于形成珠光体的基体,能改善铸铁的强度和韧性,提高大型铸件组织的均匀性,还可以提高热处理铸件的可淬性。含钼灰口铸铁具有很好的耐磨性,可作重型车辆的闸轮和刹车片等。

  电子电气

  钼有良好的导电和高温性能,是与玻璃的热膨胀系数其相近,广泛地用于制造灯泡中螺旋灯丝的芯线、引出线、挂钩、支架、边杆及其他部件,在电子管中做栅和阳支撑材料。在超大型集成电路中钼用作金属氧化物半导体栅,把集成电路安装在钼上可以消除“双金属效应”。超薄型无缝钼管(约15μm)可用作高清晰度电视机显象管的阳支架,这种电视机的图象扫描线达1125条,比一般的电视机提高2倍。钼圆片还可作功率晶体管隔热屏和硅整流器的基板和散热片。

  在现代电子工业中除使用纯钼外,Mo-Re合金可作电子管和特种灯泡的结构材料,Mo-50Re和TZM合金还可作高功率微波管和毫米波管中的热离子阴结构元件,其工作温度可达到1200℃,电流密度可达10安培/厘米2。作为引出线的的纯钼丝再结晶温度低,在高温下易出现脆化,影响使用寿命,近年来,有人研制出添加Si、k和C等元素,以提高再结晶温度,生产出“高温钼丝”。采取在氧化钼生产过程中添加稀土元素钇、铈、镧等,更能有效地提高再结晶温度,克服材料高温脆化问题。含0.1—0.3%锆、0.1%钪的钼丝,在1200℃氮化处理,使钪弥散到整个合金中去,这种钼丝在20℃时抗拉强度可达到1400百万帕斯卡。

  模具工业的迅速发展,使电火花加工技术得到普遍的应用,钼丝是理想的电火花线切割机床用电丝,可切割各种钢材和硬质合金,加工形状其复杂的零件,其放电加工稳定,能有效地提高模具的精度。

  以上是钼丝两种为广泛的用途,灯泡制造业的发展和模具制造业的崛起,使得钼丝的生产和消费突飞猛进。据中国照明协会统计,2001年全国生产钼丝达到31.5亿米,实际产量估计达到40亿米,消耗将近800吨钼条,其数量十分可观。其中线切割用钼丝产量超过20亿米,占钼丝总量的一半以上,其市场发展前景十分令人乐观。

  钨-铜假合金广泛应用电火花切削工具电,然而近年来研究以钼取代钨作电,结果表明,钨基和钼基电随铜(≤50%重量)的含量而变的耐蚀性是不一样的。在加热脉冲和机械负荷脉冲存在时,这种耐腐蚀性主要取决于脆裂过程,钼的延-脆性转变温度较钨低,所以脆性小,耐蚀性能较强。钼-铜、钼-银假合金具有耐烧蚀性和良好的导电性,可以作为空气开关、高压开关和接触器的触点。钼-铜复合薄膜在连续的铜机体上夹带大量的离散钼粒子,显微组织均匀,有良好的穿厚导热性和导电性,可作金属芯子应用于多层电路板中。

  近,还研制出可变的三氧化钼,这种材料在强光照射下会改变颜,且可轻易还原,可用于电子计算机光存储元件及多次使用的复印材料。

  农用肥料

  钼是植物体内的“微量元素”之一,约占植物干物量的0.5ppm左右,是不可缺少和不可替代的。近年来国内外广泛地采用钼酸铵作为微量元素肥料,能显著地提高豆类植物、牧草及其他作物的质量和产量。这主要是钼能促进根瘤菌和其他固氮生物对空气中氮的固定,并将氮元素进一步转化成植物所需的蛋白质。钼也能促进植物对磷的吸收和在植物体内发挥其作用。钼还能加快植物体内醣类的形成与转化,提高植物叶绿素的含量与稳定性,提高维生素丙的含量。不仅如此,钼还能提高植物的抗旱抗寒能力以及抗病性。

  施用钼肥的特点是用量少,收效大,成本低,是提高农业收成是使大豆丰收的一项重要措施。钼在农业上的广泛应用,也为我国钼生产工厂的废水、废渣及低品位矿的综合利用,开辟了一条新的途径。

  汽车喷涂

  钼的熔点高达2620℃,且有良好的高温性能和耐腐蚀性能,钼与钢铁结合力强,因而是汽车部件生产中主要的热喷涂材料。汽车部件一般采用钼丝高速火焰喷涂,喷枪的气体混合喷射装置产生高温燃气燃烧,设计的燃烧室和气体喷射混合室,使钼丝在熔化前,以高的速度喷涂在工件的表面上,喷射钼的致密度可达99%以上,结合强度接近10公斤/㎜2。这一工艺过程能有效地改善受磨面的耐磨性,也提供了一个可以浸渍润滑油的多孔表面。它广泛地应用于汽车工业以提高活塞环、同步环、拨叉和其他受磨部件的性能,也用于修复磨损的曲轴、轧辊、轴杆和其他机械部件。据资料介绍喷涂钼丝欧洲市场年销售量可达1000吨,美国每年消耗量也达600吨左右,日本每年也消耗钼丝30—40吨,我国喷涂钼丝市场容量尚小于每年30吨。但随着我国汽车工业的发展,汽车齿轮和其它部件的热喷涂将有较大发展,喷涂钼丝的销售量将大幅度增长。

  高温元件

  钼的纯度高、耐高温、蒸汽压低等特性,使之常常被用来制造高温炉的发热体和结构材料。在钨钼及硬质合金生产过程中,大都采用钼丝加热的方式制作还原炉和烧结炉,部份铁制品连续烧结还采用钼杆加热排作发热体,钼杆加热排以钼钩悬挂于炉子的两侧。这类炉子一般为还原性气氛或非氧化性气氛,在氢气和分解氨中钼丝可使用至接近熔点,氮气中可使用至2000℃。高于1700℃使用时,可采用再结晶温度更高、强度的TZM合金或钼镧合金作发热体。钼在熔化的石英中有很好的抗烧蚀性能,在玻璃工业中用作通电熔融电,每生产一吨玻璃钼电仅损失7.8克,使用寿命可长达一年多。除作电外,钼还用作玻璃熔化高温结构材料,如导槽、管子、坩埚、流口以及稀土冶炼的搅拌棒。以钼代铂在玻璃纤维拉丝炉上使用效果良好,大大降低了生产成本。新近研制出的核燃料烧结炉采用钼网加热,用ф0.8mm钼丝编织成三相网状加热器,工作温度可达1800—2000℃。除此之外,钼及其合金还可以作热等静压的炉架、隔热屏、烧结和蒸涂的料舟、SmCo磁体及二氧化铀烧结的垫板,热电偶及其保护套管等。

  硅化钼(MoSi2)是一种应用为普遍的电热元件材料,具有抗高温氧化、的耐蚀性能和高熔点等特性。其抗氧化性是由于在加热表面形成了不透气的玻璃薄膜,使之不受氧、氮、一氧化碳和二氧化硫的破坏,在1700—2000ºK温度下,二硅化钼加热可以工作二、三年之久。但低劣的机械性能影响硅化钼的应用,如果在硅化钼中加入SiC形成一种复合材料,这种材料将碳化硅弥散进二硅化钼的基体中,生成含有钼原子和硅原子的双金属化合物,其高温强度较二硅化钼单体高8倍之多,使其应用前景大受青睐。

  石油开采

  在开发低洼地区酸性天然气、油田和开发海底油气田时,不大量的H2S气体产生,还有海水的浸蚀,使钻探管道硫化发脆,迅速腐蚀。选用含钼高强度不锈钢管可有效地抵抗H2S气体和海水的腐蚀,大大节约钢材,降低油气井的钻探成本。

  钼不仅可以应用于油气田钻探管道方面,还常常与钻、镍相结合作石油提炼预处理的催化剂,主要是石油,石油化学产品及液化煤的脱硫。在氢处理过程中,硫化物在催化剂的表面与氢反应,硫离子以硫化氢的形式除掉,同时消除了原油中氮和金属杂质,以减少这些杂质在石油精炼时对其他催化剂的毒化,从而改善产品的泽、气味和提高其稳定性。钼催化剂钝化后在其表面残留一层碳,如果烧掉碳层,催化剂又可恢复其活性状态,使用寿命可为1—5年左右。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。

  环境保护

  人们越来越清楚地认识到,钼在控制环境污染方面起着重要的作用,含钼不锈钢的大量应用,大大减少了因锈蚀而造成对环境的影响;另外钼及其化合物大都没有毒性,利用比较的钼取代有毒的金属,也是钼对人类环境保护的一大贡献。在油漆和颜料工业中钼可取代有毒的铬、铅、钛等金属,并且是的着剂;在化学制品行业可取代防腐剂中的铬和阻燃物,硝烟物中的锑;钼在水处理工业中的应用中也具有潜力,主要在开路和闭路循环冷却系统的冷却水处理中用于抑制腐蚀,在开路冷却塔中每升冷却剂的二钼酸钠含量为10毫克,而闭路冷却水空调装置中每升可达150毫克,钼酸钠作为汽车防冻剂和冷却系统以及切削液中防腐剂的用量也在不断增加。有人还提出钼可以改善玻璃化土壤,简化高污染土壤的处理,减少土壤污染。

  航空及核工业

  钼合金由于有好的耐热性能和高温机械性能,可作航空器发动机的火焰导向器和燃烧室,宇航器液体火箭发动机的喉管、喷嘴和阀门,重返飞行器的端头,卫星和飞船的蒙皮、船翼及导向片和保护涂层材料,钼热胀系数低和导热性能好,在太阳辐射光强烈作用下尺寸稳定性好,用金属钼网作造卫星天线,可以保持其抛物的外型,而较之石墨复合天线重量更轻。巡航式导弹使用钼涂层材料作汽轮转子,在1300℃高温下工作,每分钟转速高达4—6万转,已显示出良好的效果。

  钼的中子吸收截面小,有较好的强度,对核燃料有较好的稳定性,抗液体金属腐蚀性好,在核聚变反应堆中作转换器铠装元件的保护片。Mo-Re合金可用于空间核反应堆的热离子能量转换器包套材料、加热器、反射器和其他的丝或薄板元件。

  钼合金及其他  钼是一种多能的合金化元素,不仅在钢中添加显示出的作用,也能与多种有金属生成性能优良的合金。

  在钼中添加Ti、Zr、C的氧化物或碳化物,形成弥散强化合金TZM。TZM合金除应用在宇航和核工业外,还可以作X射线旋转阳零件,压铸模具和挤压模具,在挤压铜基合金时,其操作温度可在870—1200℃。TZM合金还适合作不锈钢热穿孔顶头,穿孔钢管内壁质量好,使用寿命长。加入少量稀土元素的TEM合金有较高的再结晶温度,再结晶时的延性较普通钼材高5倍,也有良好的应用前景。

  含钛、锆和碳的钼合金(MT-104),含铪和碳的钼合金(HCM)及含钨、铪和碳的钼合金(HMW)均有较高的强度,可加工成棒、板、锻坯和其他制品,大有用武之地。Mo-30w是一种固溶体合金,熔点达到2800℃以上,在锌冶炼中作熔融金属泵阀和轴、核燃料提纯和电镀等设备管路、搅拌轴、叶轮泵。在钨高比重合金(90W-7Ni-3Fe)中加入一定量的钼,其强度和硬度都随钼含量而增高,其延性则不断降低,能大大地改善作为穿甲弹材料的性能。

  碳化钼(Mo2C)和碳化钨混合,加入适当的镧粉,烧结成硬质材料,经粗碎后加入一定量的镍,采用通常的硬质合金生产的方法,可得到粘结相分布良好、致密和细化的碳化钼基硬质合金。金属粘结相采用Co或Ni,也可生成复杂钼—钨碳化物基硬质合金。碳化钼也可添加到金属陶瓷中,以改善其性能。

  钼化工产品

  钼与铬、铝的盐类可以共同沉积而生成钼铬红颜料,钼酸根离子与金属表面的铁离子形成难溶的Fe2(MoO4)3,从而使金属表面钝化,达到防锈的效果。其颜变化由淡澄到淡红,有着较强的覆盖能力,且颜鲜艳,主要用于涂料、塑料、橡胶、油墨、汽车和船舶涂料等领域。锌、钙和钠的钼酸盐用作抗腐蚀颜料,因其不含影响环境和人类健康的铅而受到普遍的关注。

  二硫化钼(MoS2)是一种良好的固体润滑剂,在工业应用中起着十分重要的作用。它具有低的摩擦系数(0.03—0.06),高的屈服强度(3.45MPa),能在高温(350℃)和各种温条件下使用,在真空条件下甚至可以在1200℃正常工作,在高速运转的机械部件中有着十分优良的润滑作用。因而在汽轮机、燃汽轮机、金属轧辊、齿轮齿、模具、汽车及宇航器械上广泛使用。

  经过几十年的艰辛努力,我国钼开采,冶炼和加工技术有了长足的进步,钼的应用和推广也取得了可喜的成绩,但与世界水平相比我们仍然感到不足。我们应该充分利用我国钼资源优势,从开采、冶炼到加工建立合理的生产布,大力开展钼制品的深加工。建立一支技术素养较高的生产和科研队伍,大力推广新装备、新技术的应用,加强钼的科研和新产品开发,要加强钼的应用研究,扩大市场容量,要集中科研院所和生产企业的技术力量,成立专门机构,迅速地把科研成果转变成生产力,指导市场消费,扩大外贸出口,使我国成为一个名符其实的钼生产大国,消费大国和出口大国

  合金钢、不锈钢、工具钢及铸铁是钼的主要应用领域,其生产量决定着钼的需求,钼在上述钢铁中的作用如下:

  < 降低冷却速率至适当值获得一种硬马氏体组织,因而提高了大截面构件的强度、硬度和韧性;

  < 降低回火脆性;

  < 抗氢脆;

  < 抗硫化物引起的应力开裂;

  < 提高高温强度;

  < 改善不锈钢的防腐性,是防氯化物点蚀;

  < 改善高强度低合金钢的焊接性能。

  有合金

  在大多数超合金及许多镍基、钛基合金中,钼是一种重要的添加元素。在高温下钼能有效加速固体强化,氯化物点蚀,提高在还原液中的防腐性能。

  钼基合金

  钼及钼合金的用途十分广泛,这是因为它有许多特性,如强度高(2000℃),热膨胀系数低,优良的导热与导电性能,对熔融玻璃、熔盐及熔融金属有较高的防腐性,还可提高薄涂料的耐磨性。

  钼 钢

  钼是一种钢合金元素,钼不仅将其许多优良性能带入了钢中,而且也很容易地添加到熔融金属中。往钢中添加氧化钼、钼铁或含钼废钢,能大大减小熔炼损耗。

  1997年按用途分类的钼的消耗量(总钼含量:115000吨)

  渗碳钢

  钼(0.15%~0.30%)被用于渗碳钢中,可提高心部低碳部分的可硬化性,同时可增加高碳部分的韧性。对于大截面的零件,如齿轮等,尤其有效。在渗碳过程中钼不被氧化,作为有效的硬化剂,钼不会导致表面产生裂纹和剥落。

  用Hastelloy CW6M 铸造的含钼达到20%的可耐高温严重腐蚀的阀门

  高温钢

  相对于其它合金元素,钼原子很大。所以,它是有效的强化剂,可提高钢的蠕变强度到能够在600℃左右使用的程度。它的尺寸有效地阻止了砷原子向晶界的迁移,从而了回火脆性。氢扩散也被阻止并使氢致开裂的程度减低到小。

  应用了钼的这些特性的早的一种高温钢是0.50% C- Mo钢。它已被含钼0.50%~2.0%的Cr-Mo系列钢取代。2.25Cr-1.0%Mo钢是一种主力合金钢,广泛用于石油精炼厂、发电厂和石化厂的设备中。

  高强度低合金(HSLA)钢

  钼对低碳微合金HSLA钢的发展起了重要的作用。添加0.1%~0.3%的钼可细化针状铁素体晶粒组织,并可增强从其它合金元素获得的沉淀硬化效果。

  不必进行强化热处理,HSLA钢就能获得450~600 MPa(65~85 ksi)的高屈服强度。由于塑脆性转变温度低至-60 ℃,这些材料被大量用于修建通向遥远的北油气田的管道。较薄尺寸的含钼HSLA钢具有良好的可成形性,它们的高强度/重量比使其成为理想的汽车构件材料。

  石油工业管材

  对石油新来源的不断探索已使深油层的开发和发展成为必要,而深油层经常受到腐蚀性的二硫化氢、二氧化碳和高氯化盐水的污染,因而含钼0.15%~0.25%的AISI 4100系列Cr-Mo钢被广泛应用。经改进的含钼0.4%~0.6%的4140系列是对硫化物应力蚀裂(SCC)具抵抗力的低合金钢,可用于含硫井。随着钻井深度的加深及使用条件的不断恶化,含钼更高的不锈钢和镍基合金,如合金C -22(13% Mo)和合金C -276(16% Mo)的应用将不断增加。

  不锈钢

  由于铬可在钢表面自然形成薄的具有保护作用的钝化膜,所以不锈钢具有耐蚀性。钼可使此钝化膜更强固,并可在钝化膜被氯化物破坏时使其迅速再生。钼含量的增加可提高不锈钢上麻点及裂缝的抗蚀性。

  316型(2%~3% Mo)是广泛应用的含钼不锈钢。它被指定用作食品处理和加工及医品生产使用的罐、管道和热交换器材料。增加钼含量可增强对空气中的氯化物的抵抗作用,所以316型可用作海上及海岸周围建筑的选择材料。316型被用于包覆伦敦Canary Wharf 建筑物和世界上高的建筑物-位于马来西亚吉隆坡的Petronas 塔的外层。

  双相不锈钢(3%~4% Mo)强度高并对氯化物应力腐蚀开裂具有优良的抗性。初在石油天然气工业中用作输送管的多用途不锈钢现在被更多地应用于化学加工和石油化学工业,并用作纸浆造纸工业的蒸煮器。

  具抗蚀性的不锈钢含6%~7.3%Mo。这类合金钢被用作发电厂的冷凝器、海底管道以及核发电厂的关键部件,如工业用水管道。1996年在南韩的一个火力发电厂中,选用含Mo 6%的不锈钢用于装有20多个烟气脱硫洗涤器的吸收塔上。

  麻点/隙间腐蚀

  钝态氧化铬层在晶界附近和非金属夹杂物附近敏感,可形成微电池并迅速产生麻点。缺氧区域,如垫圈下或搭接处,对类似的腐蚀是很敏感的,而它通常被称作隙间腐蚀。

  钼是麻点腐蚀及隙间腐蚀的有效的成本廉的合金元素。暴露在高温下的腐蚀介质中,尤其是含氯化物和硫化物的腐蚀介质中的不锈钢,其中若有外加的或残余的拉应力存在,应力腐蚀开裂(SCC)就会发生。增加钼含量是提高钢抗应力腐蚀开裂的一种有效的方法。

  上图示出了在北卡罗来纳大西洋上的LaQue Corrosion Services 的海上大气测试设备上暴露了56年的304型(不含MO)和316型(含3%~4% Mo)测试板。316型未被腐蚀,在恶劣的环境下保持优良状态长达半个多世纪。不含钼的不锈钢被严重腐蚀。此照片形象地反映了不锈钢中添加钼的有益效果。

  在其恶劣的操作环境中工作的发电厂的洗涤器、纸浆造纸及化学加工中的设备需要采用含钼量高的合金。含钼高的合金包括典型的含6%~8%Mo的合金和含10%~16% Mo的镍基合金。

  工具钢和高速钢

  钼的早应用之一是在工具钢及高速钢中用作钨的替代物,很有效且成本低廉。钼的原子量大约是钨的一半,所以1%的钼大致相当于2%的钨。由于这些高合金钢被用于金属零件的加工、切削和成形,所以在较大的温度范围内兼具高硬度、高强度和高韧性。

  工具钢

  钼可提高工具钢的硬度和耐磨性。通过降低"临界冷却速率",钼可促进佳马氏体基体的形成,甚至可用于在不扭曲或不开裂的情况下不能迅速冷却的大块复杂铸件上。钼可与铬之类的元素合用形成硬的耐磨碳化物。

  由于对工具钢的性能要求不断提高,所以其含钼量也就不断增加。

  Mo%

  塑性铸造钢

  0.5(大)

  冷变形钢 0.5~1.0

  热变形钢 3.0(大)

  高速钢

  当工具钢中钼、钨和钒的总含量大于7%且含碳量大于0.6%时,被称为高速钢。此术语是对其能够"高速"切割金属的性能的描述。直到20世纪50年代,含钨18%的T-1还是首选的切削钢,但是可控气氛热处理炉的出现使钼或部分取代钨成为现实,且十分经济有效。

  选定的高速钢的典型成分(%)

  级别 C Cr Mo W V

  T-1 0.75  - -  18.0  1.1

  M-2 0.95  4.2  5.0  6.0  2.0

  M-7  1.00  3.8 8.7  1.6  2.0

  M-42 1.10 3.8  9.5 1.5 1.2

  添加5%~10%的钼可有效地使高速钢的硬度和韧性达到佳,并在切割金属时产生的高温下保持这些特性。钼还有一个优点:在高温下,如果铁和铬的初生碳化物在尺寸上迅速长大,那么钢就会变软变脆。

  钼,尤其是与钒结合的钼,可将碳化物重组为在高温下较稳定的微小的二次碳化物,从而使钢的软化脆化程度减低到小。

  高速钢的大用途是用于制造各种切削工具:钻头、铣刀、齿轮刀具、锯条等。

  通过在高速钢表面涂敷薄的但很硬的碳化钛涂层,高速钢有用的切削特性将被进一步提高,该种涂层可减少磨损、提高耐磨性,从而提高切削速度并延长工具寿命。

  含钼高速钢的高温磨损性能使其在汽车阀门镶嵌件和凸轮环的新领域的应用很理想。

  铸 铁

  钼可通过降低珠光体转变温度来提高铸铁的强度和硬度。它还可提高高温下的强度和蠕变阻力。含钼2%~3% 的高铬铸铁比不含钼的高铬铸铁显示出了更大的冲击韧性,且在恶劣的磨蚀条件下应用很理想,比如,在采矿、铣削、破碎等过程中的应用。这些铸铁具有合格的性能,这就不必进行费用高昂的热处理,使其成为其它磨擦材料的价格低廉的替代物。降低奥氏体形成元素比如镍和锰的含量,还能将低温奥氏体的保持力--引起过早损毁的潜在原因减低到小。

  硅含量达到4%,钼含量达到1%的高Si-Mo塑性铁的应用越来越引起人们的兴趣。它们能在600℃工作的良好强度使其成为在高温应用中合金含量较高的铁和钢的有效的价格低廉的替代物,如在涡轮增压器外壳、发动机排气歧管和加热炉构件中的应用。经奥氏体淬火的球墨铸铁具有的显微组织,其强度超过了1000 MPa(145 ksi ),且具有良好的冲击韧性。它们的特异性能使其在应用中很理想,如发电、船发动机和大型采矿设备需要的大齿轮和机轴。

  粉末冶金

  提高高速钢之类的高合金铸锭材料中的合金含量的主要限制是在慢冷却过程中有偏析倾向。粉末冶金技术使钢液雾化为微滴,微滴冷却得其迅速,了内部偏析的发生。通过这些颗粒的凝结产生的钢具有相当均匀的显微组织,与同等的传统品牌的钢相比,它具有无数的优点。许多粉末冶金(PM)高速钢、不锈钢和镍基合金已大量投入市场,而且这种技术预示将来可能生产出高合金钢的新一代产品。

  在超耐热合金工业中,粉末冶金(PM)技术能够生产出高合金含量的关键零   件,如燃汽轮机部件。上图 在微电子器件中用于热处理的Mo/Cu和W/Cu散热片

  钼基合金

  钼金属通常是采用粉末冶金技术生产出来的,钼粉被流体静压力压制成生坯并在约2100 ℃烧结。

  在870~1260 ℃的范围内进行热加工。当钼在空气中在约600 ℃以上被加热时形成挥发性的氧化物,所以它的高温应用被限在无氧化或真空环境中。 右下图为含钼量高的蒸汽涡轮机转轴的钢质叶片

  钼合金在高温(达到1900 ℃)下具有良好的强度和机械稳定性。它们的高延展性和韧性使其对缺陷和脆性断裂的容限比陶瓷要高。

  钼合金的的性能使其具有多种用途:

  ·    高温发热元件、辐射防护屏、挤压模具、锻造模具等;

  ·    用于临床诊断的旋转X-射线阳;

  ·    耐熔融玻璃腐蚀的玻璃熔化炉电和零件;

  ·    用作半导体芯片防振垫的散热器,其热膨胀系数与硅相匹配;

  ·    溅射层,只有几埃(10-7 mm)厚,用作集成电路芯片的门及互连;

  ·    喷射涂层,用于汽车活塞环和机器零件,以减低摩擦改善磨损。

  钼与其它金属组成合金可有许多专门用途:

  ·    钼-钨合金以其对熔融锌的的耐蚀抗性而闻名;

  ·    包覆铜的钼可用作具有低延伸率、高传导率的电子电路板;

  ·    Mo-25%Re合金用作火箭发动机元件和液体金属热交换器,它们在室温下具有可延展性。

  钼粉的球状团聚物

  超耐热合金和镍基合金

  钼提高了不锈钢的耐蚀性,同样它也能增强镍基合金的抗腐蚀性和机械性能。许多含钼量高、耐蚀性强的镍基合金被广泛地应用在许多领域。

  钼在超高温合金中是有效的基体强化剂,超高温合金使喷气发动机成为现实。钼(达到5%)强化了镍基体并通过将镍基与γ初析出相分割开来扩充其工作温度。这些合金被广泛用于旋转构件中,如涡轮机叶片及喷气发动机的涡轮圆盘。高钼合金,如X合金(含钼9%),应用于许多固定的燃烧构件中。现今的超高温合金占喷气发动机重量的三分之一以上。Stellite21,一种含钼5%的钴基熔模铸造合金,对体液具有良好的抗腐蚀性,被广泛地用于制造假肢。

  钛基合金

  α-β型钛基合金中通常添加不超过5%的钼。这些材料可被有效地热处理至强度超过1000 MPa(145 ksi),用作航空工业的发动机的空气压缩机及要求低重量、高强度和高耐蚀性的构件中。

  化学应用

  钼基化学制品具有在+4、+5和+6氧化态之间转变的多种化学性能。由钼酸盐制造的材料包括氧化催化剂,具有感光性和半导电性能。通过对钼化学性质的研究,钼的许多性能为其提供了发展的机会和新的工业性应用。钼化合物通常可用作毒性元素的的替代品。

  催化剂

  钼基催化剂的应用很广泛。当与钴和镍结合时,钼被用于石油工业,因为它能够将通常存在于原油中的有机硫化合物中的硫去除。由于世界原油供应的进一步扩大及低硫原油的越来越少,钼基催化剂的应用将会增加。钼催化剂在有硫存在的情况下,能够将对废料进行高温分解产生的氢和一氧化碳转换为醇类,否则可致贵金属催化剂中毒。钼还将煤转换为液态。钼不仅可用于经济的燃料精炼,而且在为我们提供一个较的环境方面做了贡献,因为它排硫量较少。

  作为选择性氧化催化剂的一个成分,钼可将丙烯、氨水和空气转换为丙烯腈、乙晴和其它化学品,这些材料对塑料和纺织工业很重要。

  颜 料

  钼酸盐由于具备两种特性而被采用,即稳定的成和耐蚀性能。

  钼橙具有光和热稳定性,颜从鲜红-橙到红-黄,被用于颜料和墨水、塑料、橡胶产品、及陶瓷中。磷钼酸,被用来沉淀染料Mithyl Violet(甲紫)和Victoria Blue(维多利亚蓝)。白的缓蚀颜料被用作底漆。

  缓蚀剂

  钼酸钠由于在较大的Ph值范围内在低碳钢中具有缓蚀作用而取代铬酸盐几十年了。钼酸盐毒性低,而且是对通常添加在缓蚀剂中的有机添加剂有很弱腐蚀性的氧化剂。在空调冷却水和加热系统的构造中,保护低碳钢以防腐蚀是其主要用途。钼酸盐溶液可钢件在加工过程中生锈,并被用在水基液压系统中。还可用作汽车发动机防冻剂的添加剂。

  缓蚀颜料,主要是钼酸锌,也有钙和锶的钼酸盐,被用作工业颜料。这些颜料是白的,可用作底漆或其它颜的调配剂。(右图 二硫化钼薄膜横截面的片状结构)

  抑烟剂

  在电子工程中,导线和电缆的缘层可能对消防人员及在飞机和医院中的人造成烟火危害。八钼酸铵与聚氯乙烯合用会抑制烟尘的形成。随着录像机、电话和计算机网络的不断增加,这些应用也会不断增加和发展。

  润滑剂

  二硫化钼是常见的钼的自然形态,从矿石中提取净化后直接用作润滑剂。由于二硫化钼为层状结构,因而是一种很有效的润滑剂。这些分层能够在彼此间相互滑动,允许在钢面和其他金属面上流动自如,即使在重压下也是如此,如轴承表面。因为二硫化钼是地热作用形成的,它具有承受热压的化学稳定性。少量的硫与铁反应并形成一个硫化物层,该硫化物层与硫化钼是相容的,保持润滑膜。二硫化钼对许多化学品具有惰性,并在真空下会完成其润滑作用,而石墨则不能。

  二硫化钼与其它固体润滑剂相比有许多的性能,包括:

  < 二硫化钼不同于石墨,它的摩擦系数低(0.03~0.06),不是吸附膜或气体所致,润滑性是它本身所固有的;

  < 与金属的亲和力强;

  < 具有膜成型结构;

  < 屈服强度高达3450 MPa(500千磅/平方英寸);

  < 在大多数溶剂中具有稳定性;

  < 在空气中, 低温350℃下有好的润滑性能(在1200℃惰性或真空条件下)

  钼的化合物和水溶性的硫化合物溶液混合后在切削液和金属成型材料中具有润滑性和缓蚀性。油溶性的钼硫化合物,如硫代磷酸盐和硫代氨基甲酸盐,能避免发动机的磨损、氧化和腐蚀。有好几个商业制造厂家都生产这些润滑添加剂。

  钼含量 产品类型 用途

  1 20 润滑脂:制造、采矿和运输 滚珠和辊子轴承及滚柱轴承、齿槽、底盘及传送器

  20 60 糊状物:矿物或合成碱 机器的装配,齿槽、齿轮、万向节、金属成型

  0.5 5 工业油和发动机油或合成液 汽车和工业齿轮、减压器、凸轮等

  1 20 水性悬浮液 金属加工及工艺、加工润滑剂、螺纹、导轨、包装、压模铸造

  达85 胶粘涂料:空气或热愈合的有机或无机涂料 螺纹、工具、开关琐、阀门、导轨、加工润滑剂、金属加工

  1 40 金属加工混用化合物、肥皂、粉末等 挤压、冷成型、拉丝、深冲压

  10 100 纯粉末或混合粉末 冲裁、冲压、成型、继电器、开关、封装

  复合材料

  1 10 摩擦产品、烧结的铜制动器 、半金属和非石棉垫 飞机、汽车和火车的刹车衬垫及离合器摩擦片

  1 30 塑料、橡胶及金属复合材料 齿轮、导轨、轴承垫圈、0形圈

  钼是一种金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂。它可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性,还可增强其耐高温强度及耐腐蚀性能。

  尽管钼主要应用于钢铁领域,但由于钼本身具有多种特性,它在其它合金领域及化工领域的应用也不断扩大。

  实验明,钼化合物具有低的毒性,这是钼区别于其它重金属的显著特征之一。

  钼资源:

  1、储 量

  钼从来不以天然元素状态出现,而总是和其它元素结合在一起。虽然发现的钼矿物许许多多,但唯一有工业开采价值的只有辉钼矿(MoS2)-一种钼的天然硫化物。矿床中,辉钼矿的一般品位为0.01%~0.50%,并常常与其它金属(是铜)的硫化物结合在一起。

  世界钼资源主要分布在北美及南美的西部山区,美国是世界上大产钼国,也是世界上钼储量大的国家,为5 .4百万吨,几乎占钼总储量的一半。

  2、矿 床

  钼矿床可分为下面三种类型:

  原生钼矿,主要提取辉钼矿精矿;

  次生钼矿,从主产品铜中分离钼;

  共生钼矿,这类钼矿床中钼和铜的工业开采价值均等。

  中国稀有金属网:钼主要用于钢铁工业,其中的大部分是以工业氧化钼压块后直接用于炼钢或铸铁,少部分熔炼成钼铁用于炼钢。低合金钢中的钼含量不大于1%,但这方面的消费却占钼总消费量的50%左右。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业部门。除此之外,二硫化钼因其的抗硫性质,可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质,是很有前景的C1化学催化剂。钼是植物所的微量元素之一,在农业上用作微量元素化肥。

  钼(Mo)是一种金属元素,原子序数为42。它是一种银白的有光泽的金属,具有高熔点和高热导率。钼在自然界中以多种矿石的形式存在,常见的是钼辉矿和钼铜矿。

  钼具有许多重要的工业应用。由于其高熔点和耐高温性能,钼被广泛用于制造高温合金、耐火材料和真空炉。钼还是电子产业中重要的材料,用于制造电子管、半导体器件和薄膜电阻器。此外,钼还被用于制造钼丝、钼箔、钼片等材料,用于电子显微镜、X射线管和真空设备。

  钼也是一种重要的合金元素。它可以与其他金属如铁、镍、铜等形成合金,提高合金的硬度、强度和耐腐蚀性。钼合金广泛应用于航空航天、汽车、化工等领域。

  此外,钼还有一些其他应用。例如,钼在农业中作为植物的微量元素,促进植物生长和提高产量。在医学领域,钼被用作放射性示踪剂和物成分。钼的同位素还被用于放射治疗和核能研究。总体而言,钼在各个领域都有着重要的应用和价值。

  化工领域

  润滑剂:二氧化钼是一种良好的固体润滑剂,因为它的摩擦系数很低,屈服强度很高,能在真空和各种温、高温下正常使用,因而被广泛应用于燃气轮机、齿轮、模具、航空航天、核工业等领域。

  催化剂:钼的化合物是用途广的催化剂之一,被广泛应用到化学、石油、塑料、纺织等行业。例如:二硫化钼具有抗硫性质,可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质,是很有前景的C1化学催化剂;钼与钴、镍结合用作石油提炼预处理的催化剂。其他常见的含催化剂有:二硫化钼、氧化钼、钼酸盐、仲钼酸铵等。

  电子电气领域

  钼具有良好的导电性和耐高温性,热膨胀系数与玻璃相近,被广泛用于制造螺旋灯丝的芯线、引出线及挂钩等部件。此外,钼丝也是理想的电火花线切割机床用电丝,能切割各种钢材和硬质合金,其放电加工稳定,能有效提高模具精度。

  医学领域

  钼是人体的微量元素之一,也是多种酶的组成部分,在机体的主要功能是参与硫、铁、铜之间的相互反应。适量的钼能够促进人体发育,增强氧在体内的储留下,抑制肿瘤,维护心肌的能量代谢,保护心肌,而钼的缺乏会导致龋齿、肾结石、克山病、大骨节病、食道癌等疾病,因而钼也被用于医中,如钼酸铵这种就主要用于长期依赖静脉高营养的患者。

  畜牧领域

  钼的生物学作用主要是依靠作为动物体内某些含钼酶类的组成成分,间接影响酶的生物学活性来实现的。除此之外,钼元素在反刍动物营养代谢中发挥着的作用,一方面,钼作为反刍动物瘤胃微生物硝酸盐氧化酶的组成成分,直接参与瘤胃中饲料硝酸盐的转化,另一方面,钼作为硫酸盐氧化酶的辅助因子对瘤胃微生物有刺激作用,这有助于反刍动物对粗纤维类物质的消化,进而促进反刍动物的生长。所以,当牧草和饲料中钼元素含量不足时,就需要按照严格的营养需要和工艺技术要求,将钼元素添加剂加入饲料中,达到满足动物需要的目的,常见的例子就是在奶牛饲料中添加10mg/d的钼。

  农业领域

  钼为植物体内的“微量元素”之一,缺钼会影响植物正常生长。作为植物生长所的微量元素,钼不仅能促进植物对磷的吸收,还能加速植物体内醇类的形成与转化,提高植物叶绿素和维生素丙的含量,提高植物的抗旱、抗寒以及抗病能力。鉴于钼对植物的重要性,很多国家已经开始生产和使用含钼的微量肥料,例如我国湖南长沙县南华乡用钼酸铵拌种,花生增产32.2%,黑龙江国营农场对大豆施用钼肥,大豆增产10%左右。

  引 言

  随着电子及信息产业的迅猛发展,对溅射靶材的需求不断增加,同时对其技术及靶材性能的要求也在不断提高。 难熔金属钼具有高熔点(2620±20℃)、高弹性模量(280~390 GPa)、低线性热膨胀系数(5.8 ×10-6 ~ 6.2 ×10-6 / K)、高耐磨性、良好的导电/ 导热性能和热稳定性[1 - 3]。 因此,钼靶材经磁控溅射制成的钼合金薄膜是平面显示用液晶显示器面板的电或配线的关键材料。

  在电子行业中,为了提高溅射效率和确保溅射薄膜的质量,要求溅射靶材具有高纯度、高致密度、晶粒细小且尺寸分布均匀、结晶取向一致等特性。

  纯钼靶材溅射出的薄膜在耐腐蚀性(变) 和密着性(膜的剥离)等方面仍有待改善。 已有研究表明:在钼中加入适量合金元素(V、Nb、W、Ta)可使其比阻抗、应力、耐腐蚀性等各种性能达到均衡。 因此,目前钼合金靶材已经取代纯钼靶材成为研究的热点。 添加 W 可以有效提高钼的高温强度和再结晶温度,抑制钼靶材中的晶粒长大,但是钨的比重大且室温脆性大,钨添加量较大时会导致钼合金靶材较重,且塑性降低,容易萌生裂纹[4]。 Jorg 等[5]的研究表明,在钼中添加 20% (原子数分数)Al 和 10% (原子数分数)Ti 可以改善钼的抗氧化性能,并同时保持其低电阻率。 由于钼与铌均具有体心立方的晶体结构, 两 者 之 间 的 晶 格 错 配 度 低, 在 钼 中 添 加5% ~ 10% (质量分数) Nb 可以显著提高溅射薄膜的比电阻、耐腐蚀性能和黏结力[6 - 7]。 由于钽会优先被氧化形成钝化层,所以添加Ta元素可以降低薄膜的腐蚀率,但会造成钼合金薄膜电阻率升高[8]。

  与钼铌合金薄膜相比,钼钽合金薄膜晶粒细化效果更加显著,薄膜沉积速率更大,薄膜表面粗糙度更小,但薄膜的电阻率更大[9]。Mo 靶材组织对溅射薄膜形貌与性能的影响研究结果表明:靶材组织、择优取向对薄膜形貌与取向影响不大,但靶材晶粒尺寸及均匀性会影响薄膜沉积速率、薄膜厚度及薄膜的方阻[10]。 马杰等[11] 研究了钼靶材变形量及热处理对薄膜组织与性能的影响,结果显示:相较于变形量小的钼靶材,80% 变形量的钼靶材溅射所得薄膜晶化程度更高;钼靶材经1 050 ℃退火后溅射制得薄膜粗糙度小。

  磁控溅射是钼合金薄膜的主要制备技术。 靶材作为磁控溅射过程中的关键材料,不仅使用量大,而且靶材质量的好坏对钼合金薄膜的性能起着决定作用。 本文从粉体优化、混粉工艺、成型和烧结技术等方面对钼及钼合金溅射靶材相关专利进行了统计与分析,旨在为开发高品质钼合金多元靶材提供借鉴。

  1 、专利统计与分析

  1.1 粉体优化

  专利(CN 103990802 B) [12] 通过优化 Mo 粉末的性状,开发出了一种高密度、高纯度 Mo 合金溅射靶材的制备方法,所制备 Mo 合金溅射靶材能够稳定、廉价地制造出低电阻、高耐湿/高耐热性、与基体密合性的高品质薄膜。

  专利(CN 103173728 B) [13] 发明了一种廉价且可稳定制备 Mo 合金溅射靶材的方法,即将 Mo 粉与1 种或 2 种以上的 Ni 合金粉末混合(Ni6Nb7、Ni3Nb),在 800 ~ 1 500 ℃ 下加压烧结(10 ~ 200 MPa)。 Mo合金中 Ni 与 Nb 含量低于 50% (原子数分数),其中Nb 含量低于 20% (原子数分数)。 该专利避免了使用 Mo、Ni、Nb 粉末作为原料,解决了合金化不充分造成的 Ni 铁磁相的残留,稳定了溅射速度,提高了靶材寿命。

  专利(CN 102127741 A) [14] 提出了一种薄膜太阳能电池用高纯钼靶的制备方法。 该方法首先采用钼酸铵为原料,经焙烧获得三氧化钼,随后在 450 ~600 ℃高纯氢气气氛下进行一次还原得到二氧化钼,再在 950 ~ 1050 ℃进行二次还原得到 Mo 粉,然后经过混料、筛分、等静压成型后,在中频感应炉中于 1 950 ~ 2 000 ℃烧结,通过大功率电子束熔炼提纯,经锻造、热轧、热处理退火、机械加工、超声波清洗、钎焊等工序制得高纯度、高密度和均匀性良好的钼靶。 该专利的之处在于:(1) 通过高纯氢气多次还原氧化钼提高钼粉纯度;(2) 采用大功率电子束熔炼提纯有利于碳氧充分反应,提高脱氧效果;(3)大变形量热轧可确保钼靶材晶粒平均尺寸小于 50 μm。

  专利(CN 103160791 B) [15]采用三氧化钼、氢氧化钠和钼金属为原料,经过反应、球磨、过筛和热压工序制成钠掺杂钼平面溅射靶材,其中钠的原子数分数为 1% ~ 10% ,钠的掺杂能够大幅度提高铜铟镓硒薄膜电池的转换效率。

  专利(CN 114411103 A) [16] 公开了一种大尺寸钼靶材的制备方法。 其方案具有以下优点:(1) 采用“氨溶 + 阳离子交换” 对原料粉末进行针对性提纯,可有效去除碱性金属(如 K、Na 等) 和过渡族金属杂质(如 Fe、Ni 等);(2)通过“预锻 + 交叉轧制 +高温退火” 的工艺设计,有利于获得微观组织均匀可控、晶粒细小、晶粒取向分布均匀的靶材;(3) 通

  过表面化学腐蚀解决了传统轧制存在的变形不均匀问题。

  专利(CN 114318256 A) [17] 公开了大尺寸钼溅射靶材及采用化学气相沉积法的制备工艺。 具体为:通过钼与三氟化氮反应制备出粗品六氟化钼,随后经真空蒸馏法和吸附法提纯得到高纯度六氟化钼,再在还原气氛下,经过化学气相沉积在基体材料上沉 积 金 属 钼。 该 方 法 所 制 备 靶 材 纯 度 高(99.999 9% 以上),致密度高(不低于 99.5% );此外,该方法在化学气相沉积设备中一步完成,产品一致性优于传统钼靶材,且可用于生产直径 500 mm以上的大尺寸钼靶材。

  专利(CN 105648407 B) [18] 公开了一种高致密度钼铌合金靶材的制备工艺。 以钼粉为原料,添加5% ~ 15% (质量分数)铌粉、0.1% ~ 0.8% (质量分数)氢化锆进行混合,经过冷等静压成型,再进行真空烧结。 该发明的特点在于利用氢化锆的活化作用,通过粉末冶金直接制备高致密钼铌合金靶材。

  专利(CN 10943990 A) [19] 利用氢化铌的活化作用,采用粉末冶金工艺制备高致密度、高含量钼铌合金溅射靶材。 专利(CN 110257784 A) [20] 同样采用粒度更小、表面积更大的氢化铌替代铌粉,提高扩散速率及烧结致密度,同时氢化铌分解释放的氢气具有还原作用,可降低钼铌合金中的氧含量,提高靶材纯度。

  专利(CN 105568236 B) [21]发明了一种高纯、高致密、大尺寸 MoTi 合金溅射靶材的制备方法。 将钼和氢化钛原料在氩气气氛下进行混合并采用冷等静压压制成型,随后在真空烧结炉中进行两段烧结,轧制、退火、机械加工获得成分均匀、无偏析且晶粒尺寸小的靶材。

  专利(CN 106513664 B) [22] 采用钼酸钾为原料制备钼钾合金靶材,避免了杂质的引入,所制备靶材密度高、成分均匀,镀膜效果好。高世代钼靶材对靶材纯度、晶粒尺寸、致密度提

  出更高的要求,常规方法生产成本高、成品率低。 基于此,专利(CN 108642457 B) [23]公开了一种方法简单、生产成本低、成品率高、利于工业化生产的高世代钼靶材的制备方法。 具体为:将两种不同粒径的钼粉在真空下混合后过筛,进行等静压处理,再烧结、热轧、真空退火。 该方法制得靶材致密度超过99.5% ,靶材内部无气孔、裂纹、分层、夹杂等缺陷,靶材表面粗糙度小于 0.6 μm, 平均晶粒不 超 过80 μm。

  相比平面靶材,管状钼合金溅射靶材利用率更高(理论上可达 70% ),得到国内外的广泛研究和应用。 专利(CN 110158042 B) [24] 先通过制备大颗粒钼铌粉体,提高粉体成型时的流动性,同时采用粗细粉体级配的方式提高松装密度,从而制得成分均匀、无偏析、晶粒细小( 小于 50 μm) 的钼铌合金旋转靶材。

  专利(CN 114231940 A) [25] 将六羰基钼颗粒在高纯氢气和氩气气氛中加热到 40 ~ 60 ℃使其气化,再利用化学气相沉积法在预热基体材料上进行沉积,从而制得钼溅射靶材。 其优势在于成膜速度和成膜质量可以通过控制气体流速、流向进行调控,同时调整沉积时间、沉积基板材质、形状和尺寸,可以沉积不同厚度、不同尺寸、不同形状的钼靶材或钼靶材坯料,且由于沉积温度低,不会产生污染废气。

  专利(CN 111254396 A) [26] 公开了一种钼钨合金靶材的制备方法。 其特点在于以钼粉、钨粉、三氧化钨粉体作为原料,利用三氧化钨与氢气反应得到烧结活性更高的新鲜钨粉,提高烧结致密化,减少缺陷,提升靶材品质。

  钨钼因密度差异大易造成组织出现偏析,影响靶材组织均匀性,且热轧法制得靶材通常具有取向性,热等静压技术成本较高并增加了工艺复杂性。

  专利(CN 111893442 B) [27]针对以上问题,提出了一种钨钼溅射靶材制备方法。 其特点在于:(1) 使用密度与 Mo 更接近的三氧化钨替代钨,在氢气气氛下两次高温处理原位还原得到均匀混合的钼钨混合粉体,提高靶材烧结均匀性;(2)通过高能球磨细化粉体,提高粉体烧结活性,获得高致密性的坯体;(3)采用冷等静压成型并进行预烧,促进易挥发非金属元素(如氧)的脱除。

  专利(CN 111534800 B) [28] 将高纯的钼粉和铌粉进行压制,并在氢气下预烧,降低钼铌中的氧含量和杂质,基于所制备的高纯度、低含氧量、高振实密度钼铌合金粉末,提出了一种热等静压制备大尺寸钼铌平面靶材的方法。

  专利(CN 106567047 A) [29] 采用氮化硼和石墨的组合模具热压制备钼铌合金,有效阻止了渗碳现象,获得了高致密度、高纯、微观组织可控的钼铌合金靶材。

  1.2 混粉工艺优化

  专利(CN 102337418 B) [30] 针对传统等静压结合烧结工艺制备钼铌合金烧结致密度不足、满足溅射靶材要求问题,提供了一种工艺简单、易实现工业化生产的钼铌合金板的制备方法,所制备靶材密度不低于 9.85 g / cm3。 该发明的特点在于采用振动压制方式对混合得到的钼铌合金粉体进行压坯,振动频率为 2 000 ~6 000 Hz,压制力为 10 ~30 MPa,

  保压时间为 30 ~ 60 s;随后在 1 900 ~ 2 100 ℃ 真空烧结 6 ~ 10 h。

  专利(CN 105887027 B) [31]在混合钼、铌粉体时加入过程控制剂(硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸乙酯、聚乙烯醇和硬脂酸中的一种或几种),在球磨过程中过程控制剂能够包覆在金属粉末表面,形成一层润滑薄膜,降低粉末表面能,减少了粉末间的冷焊,从而解决了粉末粘球和粘罐问题,同时缩短了球磨时间。

  溅射靶材的晶粒均匀性在很大程度上影响着薄膜质量和电子元器件性能。 因为靶材不同区域晶粒尺寸的差异会引起溅射速度的差异,进而造成薄膜厚度不均匀。 因此,如何提高溅射靶材晶粒均匀性是平 面 显 示 领 域 面 临 的 关 键 难 题。 专 利 ( CN109355632 B) [32]提出了一种提高溅射镀膜用钼及钼合金溅射靶材晶粒均匀性的方法。 其特点在于:

  采用球磨—分级联合处理减少钼粉还原过程中的硬团聚,从而坯体烧结的微观晶粒均匀性以及溅射镀膜微观和整体均匀性。

  专利(CN 103255379 A) [4] 基于 MoW 合金导电性好、抗氧化且膜应力低等优点,提出了一种 MoW合金平面溅射靶材的制备方法,克服了现有方法制得成分均匀、无偏析、晶粒细小靶材的难点。 该发明的特点之一在于采用机械合金化技术实现钼和钨原子级别的混合,在固态下实现了合金化,显著提高了 MoW 的活性,降低了 MoW 的烧结温度,从而提高了合金致密度、降低了晶粒尺寸。 类似地,专利(CN 105154740 A) [33] 公开了一种机械合金化制备铌钼靶材的方法。

  专利(CN 108374152 B) [34] 通过机械混合使钼粉均匀渗入海绵钛孔隙中以确保钼粉不发生泄漏,同时在真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼,促使合金铸锭成分均匀化,从而制备出 100% 致密的、成分均匀的 钼 钛 合 金 溅 射 靶 材。 类 似 地, 专 利 ( CN109811318 A) [35]以溅射法生产的 99.9% 纯度的钼合金为原料,采用电子束冷床熔炼工艺制备纯度大

  于 99.98% 的钼溅射靶材。

  专利(CN 102321871 B) [36] 发明了一种热等静压生产平板显示器用钼合金溅射靶材的方法。 将低氧含量的钼粉与添加的金属粉末(铌粉或钽粉) 在惰性气氛保护下进行混合造粒、过筛,液压成型制成靶坯,随后经冷等静压提高均一性,再热等静压烧结(压力 200 ~ 300 MPa,温度 1 200 ℃)。 该发明生产周期短、工序少、能耗低,所制备钼合金靶材致密度高、均匀性好、性能。

  专利(CN 107916405 A) [37] 通过改进混粉工艺严格控制杂质的引入,提出了一种高密度、晶粒细且均匀的钼钽合金溅射靶材的制备方法。 该发明能够靶材吸氢脆化,提高靶材加工性能。 其特点在于:对钼粉和钽粉进行真空预烧处理,去除了粉体中的氢、氧及低熔点物质;在粉体混合时采用氩气保护减少杂质的混入;选择钼球替代钢球进行球磨,减少铁杂质的掺入。

  1.3 轧制工艺和烧结方法

  大尺寸钼板由于坯料重量及尺寸规格较大,制备中存在两个问题:一是在常规尺寸氢气炉中加热,二是直接加热轧制时钼坯降温严重,容易出现轧制开裂的现象。 专利(CN 102534519 B) [38] 针对上述问题提出了一种 LCD 平板显示器溅射靶材用大尺寸钼板的制备方法。 采用涂刷抗氧化涂层(玻璃粉、水玻璃、水按质量比 8 ~ 10∶ 1∶ 8 ~ 10 混合)和钢包套包覆的方式缓解加热和轧制时的氧化问题及坯料降温严重导致的开裂问题,并在次轧制后通过冷却抑制组织不均匀长大和再结晶,制备出尺寸均匀的等轴晶组织。

  专利(CN 114411103 A) [39] 公开了一种大尺寸钼靶材及其制备方法,所述制作方法包括如下步骤:行粉体装模,随后进行冷等静压,再经过烧结,并采用一火二道次轧制法进行热轧处理,进行校平、热处理、机械加工和清洗,制得大尺寸钼靶材。

  该方法采用一火二道次轧制法,有效了钼靶因持续高温造成的晶粒异常长大,制得的大尺寸钼靶材可以用于高世代线平板显示器。

  专利(CN 112609162 A) [40] 公开了一种 LCD 钼靶材及其轧制方法。 采用三个火次进行轧制,避免了钼靶坯在轧制过程中发生板面绕曲及开裂现象,降低了操作难度,提高了成材率。 所制备靶材纯度达到 99.95% 以 上, 平 面 度 ≤1.3 mm, 致 密 度 超过 97% 。

  纯 Mo 中引入置换固溶元素 Ti 形成 MoTi 固溶体,可改善钼的低温塑性并提高钼的再结晶温度。但 MoTi 合金多采用热等静压或热压烧结制备,对设备要求严格,限制了产品规格尺寸。 基于此,专利(CN 104532201 A) [41]提出了一种 MoTi 合金溅射靶材的制备方法。 将钼粉和钛粉在氩气中进行混料,随后冷等静压成靶坯,在氦气气氛下烧结。

  G6 世代线以上的 TFT - LCD 产线主要使用长条型的钼靶。 通过多次轧制获得长条形钼靶材的生产效率不高,而热挤压方法制备的钼靶晶粒较大,致密度 满 足 使 用 要 求。 专 利 ( CN 111647860B) [42]将钼粉装入胶套进行冷等静压成型获得坯体,并在氢气氛围下烧结,再进行热挤压,退火、校平、机加工得到长条型钼靶。

  专利(CN 111850495 B) [43] 采用阶段升温的烧结方式,通过控制升温速率,促使钼靶材致密化、均匀化。 该发明制备钼靶材晶粒尺寸小、纯度高( ≥99.97% )、致密度高(≥99.9% )。

  专利(CN 110777343 A) [44] 在真空下采用微波烧结将钼生坯烧结成钼板坯,并通过电子束熔炼进行提纯,解决了传统方法烧结时间长、烧结温度高、晶粒粗大、杂质含量高、能耗高的问题。 所制备靶材晶粒细小均匀,具有一定的结晶取向,性能优良。

  专利(CN 111230096 A) [45]将混粉工艺、脱气工艺和热等静压烧结工艺相互配合,致力于改善合金靶材的致密度。 该发明制得的铬钼靶材晶粒尺寸细小,致密度在 99% 以上,同时此工艺可有效保障产品不受外界氧化,确保产品纯度。

  热等静压烧结制造的 Mo - Ni - Ti 合金靶材存在部硬度不均匀的部位,其中部硬度低的部位在机械加工时易变形,产生裂纹、缺损、脱落等问题;部硬度高的部位将造成切削刀具磨损,引起靶材表面粗糙度变大,导致溅射时异常放电。 基于此,专利(CN 111719125 A) [46] 提出了一种 Mo 合金靶材的制备方法,通过对混合粉体(Mo、NiMo、Ti 粉末)常温加压成型再加压烧结,并调整 Mo 合金靶材中Ni 和 Ti 的添加量,实现对 Mo 合金靶材维氏硬度的调节(340 ~ 450 HV),抑制机加时的靶材变形以及溅射时的异常放电。

  专利(CN 104073771 A) [47] 将冷等静压制得的靶坯密封在真空石英管中进行烧结,采用多段升温,使 PVA 粘结剂充分挥发,制得钠掺杂钼合金靶材。

  专利(CN 105714253 B) [48] 将钢膜和橡胶板结合进行冷等静压成型,解决了密封问题,克服了传统冷等静压压坯尺寸精度差的问题,并据此提出了一种大尺寸、细晶钼钽合金溅射靶材的制备方法。 该方法用于生产致密度大于 97% 的大尺寸靶材(长度2 m 左右,宽度 1.3 m 左右)。

  1.4 其 他

  专利(CN 105525260 A) [49] 公开了一种 Mo 靶坯和 Mo 靶材的制作方法,即对预压 Mo 粉进行脱气处理得到 Mo 靶坯,再进行热等静压获得 Mo 靶材(温度 1 300 ~ 1 400 ℃,压力大于 150 ~ 200 MPa,保压时间 3 ~ 6 h),克服了热压烧结中 Mo 靶材尺寸对模具尺寸和强度的依赖及单轴加压造成的 Mo 靶材内部组织不均匀问题。

  随着智能手机和平板终端向柔性化发展,具有轻量、耐冲击和不易破碎等性质的树脂膜已被用于制造柔性 FPD。 但相比玻璃基板,树脂基板具有透湿性(高温高湿环境会导致布线膜的电阻发生变化),且通常在基板上形成层叠布线膜后,层叠布线膜不可避免地接触大气,这就要求层叠布线膜具有更高的耐湿性和耐氧化性。

  专利(CN 102956158 A) [50]提出一种电子部件用层叠布线膜以及覆盖层形成用溅射靶材。 即在 Mo 中添加一定量的 Ni 和 Ti,制得Mo100 - x - yNixTiy(10≤x≤30,3≤y≤20)覆盖层,用于覆盖以 Al 为主要成分的主导电层。 Ni 的添加可提高覆盖层的耐氧化性,改善纯 Mo 在大气中加热后的氧化变及电接触性恶化问题。 Ti 易与氧结合形成钝化膜,进一步提高其耐湿性,起到保护布线膜的作用。 同时该专利指出,通过控制 Ni 和 Ti 添加量,可确保加热工序中该覆盖层在与 Al 层叠时仍维持低电阻值。

  专利(CN 114293160 A) [51] 以 Mo 为基体,提出了一种三元、四元钼合金靶材制备方法。 其中掺杂元素包含 0.5% ~ 40% (原子数分数) Ti 以及 0.5%~ 40% (原子数分数)的 Ga、Ni、Nd 中的至少一种元素。 所制得多元钼合金靶材相比二元合金 Mo 靶材,具有的耐氧化性、耐湿性、耐高温性能。 此外,低表面张力金属元素的掺杂改善了刻蚀性能。

  专利( CN 109207941 A) [52] 提出了一种 MoNb合金靶材的制备方法(其中 Nb 的原子占比为 5% ~30% ),能够解决布线薄膜、电薄膜的基底膜与覆盖膜上出现的高电阻问题以及高成膜速度时靶材表面粗糙度变大问题,从而改善 TFT 性能稳定性。 其制备过程为:将 Mo 粉(平均粒径 4 μm)和 Nb 粉(平均粒径 35 ~ 115 μm)通过交叉旋转混合机进行混合

  得到 10% Nb(原子数分数) 的混合粉体,随后填充至软钢制的加压容器中,并在 450 ℃下真空脱气、密封,然后在1250 ℃、145 MPa 热等静压处理 10 h 得到烧结体, 经机械加工和研磨后制作成直径180mm、厚度5mm的靶材。

  钼镍铜多元合金薄膜不仅具有良好的热电和机械性能,而且气密性好、 不易潮解。 专利 ( CN110670032 B) [53]公开了一种钼镍铜多元合金靶材的制备方法。 该方法通过添加镍和铜降低钼合金熔点,借助烧结工艺参数调控解决了 3 种金属粉末熔点相差大导致的难烧结问题。 所制备钼镍铜合金靶材气密性好、耐湿耐潮、密度高、纯度高。

  专利(CN 113319539 B) [54] 提供了一种大尺寸面板钼靶的制备方法。 具体步骤为:将靶材及背板进行粗铣和精铣,然后将靶材与背板进行钎焊,然后进行校正、烘干、抛光以及喷砂处理。 该方法提高了钼靶与背板的结合率,提高了产品的合格率,减少了资源浪费。

  专利(CN 103154306 A) [55] 涉及一种含钼靶材制备方法,包含二元合金( MoTi)、三元合金( MoTi中加入 Ta 或 Cr 作为第三主金属元素)。 其具体步骤为:将钼粉、钛粉和钽粉(或铬粉) 按一定比例在V 型混料机中混合约 20 min,在 23 ℃ 条件下,通过单向压制法( 压力约 470 MPa) 压实得到直径约95 mm 的颗粒,将压制颗粒封装在低碳钢罐内进行热等静压处理(120 MPa,1 325 ℃,4 h),将热等静压后的材料加工成直径约 58.4 mm、厚度约 6.4 mm的靶材。 该发明制得的靶材在较低刻蚀速率下具有一定的优势,且溅射得到的薄膜对基材有较强的粘附性及低的电阻率。

  2、 结 论

  基于对上述专利的分析可以看出,钼及钼合金溅射靶材的制备主要采用粉末冶金技术,需要经过粉末混合、压制成型、烧结、压力加工和机加工等多道工序。 制备高质量的钼合金溅射靶材往往需要进行压制和烧结、多道次的轧制与反复的热处理。 由于热等静压或热压烧结设备规格有限,限制了产品的尺寸规格。 因此,开发一种方法简单、成本低、成品率高且利于工业化生产的高品质大尺寸钼合金溅射靶材制备方法具有重要的意义。 此外,目前 Mo 合金靶材中主要添加元素有 Nb、Ti、Ta、W 等,鉴于每种掺杂元素的作用和性能各不相同,而三元及多元钼合金靶材的研究和应用还不够全面,因此针对不同应用领域对钼合金薄膜性能的不同需求,通过成分设计与微观组织调控开发出新型组分钼合金靶材将是一个重要的发展方向。

  废钼回收的质量标准与检测技术

  回收钼的品质直接影响其应用价值。国际通用标准(如ASTM B387)规定钼粉纯度需达99.95%以上,关键杂质(如碳、氧)含量需低于0.01%。检测手段包括X射线荧光光谱(XRF)分析成分、激光粒度仪测定粉末细度。对于合金废料,还需通过金相显微镜观察组织结构。严格的质检是保障下游客户(如半导体厂商)信任的关键,部分高端应用甚至要求提供从废料到成品的全程溯源报告。

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