Características y aplicaciones de los materiales a base de molibdeno.

Existe un vínculo inextricable entre las propiedades de los materiales y sus aplicaciones. Para algunas aplicaciones, una determinada propiedad, como la conductividad eléctrica, es fundamental. Para otras aplicaciones, un determinado material es la mejor opción debido a sus buenas propiedades generales. La palabra "óptimo" es importante en este contexto porque significa que, si bien otros materiales pueden tener ventajas en una o dos propiedades, el material seleccionado proporciona lo mejor para los diversos problemas de diseño de ingeniería que enfrenta el material de la pieza específica. soluciones integrales. A veces, la mejor solución no es un solo material, sino una combinación o combinación de múltiples materiales, lo que permite a los diseñadores adaptar las propiedades deseadas para enfrentar los desafíos que presenta una aplicación específica. De todos modos, las soluciones que en última instancia se destacan de la competencia son las que son rentables. Esto significa que materiales como el molibdeno metálico son muy caros según los estándares habituales de materiales de ingeniería, pero deben demostrar ventajas significativas en comparación con los materiales de la competencia.

La Tabla 1 resume las composiciones químicas nominales de los materiales a base de molibdeno vendidos alrededor de 2012. La tabla incluye aleaciones a base de molibdeno y compuestos de molibdeno con otros materiales. Las aleaciones de molibdeno tienen mayor resistencia que el molibdeno puro y pueden mantener esta resistencia a temperaturas más altas que el molibdeno puro. Las piezas de aleación de la tabla se subdividen en subtablas de "reemplazo", "estables al carburo" y "reforzadas por dispersión".

tabla 1

Las aleaciones sustitutas son la clase más simple de aleaciones. Entre ellos, los átomos de aleación reemplazan a los átomos de molibdeno en la estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) de la aleación (Figura 1). Cuando los átomos de la aleación reemplazan a los átomos de molibdeno, se produce tensión en la red cristalina, lo que aumenta la resistencia del material.

La Figura 1 muestra la disposición de los átomos de molibdeno en una red cristalina representada por una celda unitaria "centrada en el cuerpo", con átomos ubicados en las cuatro esquinas y en el centro.

Figura 1

Replicar esta celda unitaria cara a cara en un espacio tridimensional formará un cristal completo. Si bien la aleación puede aumentar la resistencia, el método principal para fortalecer el molibdeno es mediante deformación mecánica, generalmente mediante laminado estándar, forjado rotacional o deformación que puede aumentar la resistencia del molibdeno hasta cuatro veces, dependiendo de la cantidad de deformación aplicada. Para materiales de procesamiento profundo como, por ejemplo, alambrón, son posibles factores de aumento aún mayores. El recocido elimina los efectos del mecanizado y le devuelve su resistencia. La temperatura máxima de servicio de las aleaciones alternativas puede ser ligeramente superior a la del molibdeno puro. Sin embargo, para aumentar significativamente la resistencia a altas temperaturas, los metalúrgicos han estado buscando otros métodos de aleación.

Las aleaciones estabilizadas con carburo contienen pequeñas partículas reactivas de carburo metálico en una matriz de molibdeno. También se benefician de una pequeña cantidad de aleación alternativa proporcionada por metales reactivos que no están presentes en forma de carburos, así como del endurecimiento intersticial adicional del carbono y los elementos. Átomos de oxígeno en partículas que no son de carburo. Esta combinación mantiene la resistencia del molibdeno a temperaturas más altas que el molibdeno puro o las aleaciones de reemplazo simples porque las partículas finas obligan a que el proceso de recuperación ocurra a temperaturas más altas. El proceso de producción es un factor clave en el éxito de estas aleaciones. El proceso debe garantizar que el metal activo y el carbono se disuelvan primero en la matriz de molibdeno y luego precipiten en la fase fina dispersa requerida en procesos posteriores.

Las aleaciones reforzadas por dispersión utilizan óxidos como segunda fase o, en el caso de materiales dopados de Al/K/Si, utilizan fases de elementos dispersos que son insolubles en la matriz de molibdeno. En este caso, al inicio del proceso de deformación deben estar presentes en el material partículas de segunda fase muy pequeñas y estables. El propósito del procesamiento es crear una disposición especial de estas partículas que dé como resultado una resistencia y estabilidad extraordinarias a altas temperaturas.

Los materiales compuestos se pueden dividir en dos categorías: materiales compuestos laminados y materiales compuestos en polvo. Los laminados se fabrican calandrando compuestos que combinan cobre o níquel con molibdeno en un núcleo. Los compuestos en polvo se producen mediante mezcla/prensado/sinterización (a veces mediante prensado isostático en caliente). prensado (HIP, densificación) o infiltración en fase líquida.

La Tabla 2 hace referencias cruzadas de algunas funciones y aplicaciones, señalando las funciones importantes de cada aplicación. Aquí solo se enumeran algunas de las funciones o aplicaciones. Las características de fabricación, como la procesabilidad y la conformabilidad, desempeñan un papel importante en la decisión económica de fabricar una pieza específica, pero la elección de los materiales básicos depende de los requisitos de la aplicación. De la tabla se desprende claramente que ninguna aplicación se basa en un solo componente. Por ejemplo, los disipadores de calor para semiconductores de potencia deben tener un cierto coeficiente de expansión térmica para minimizar el estrés térmico durante el funcionamiento, pero también deben conducir el calor y la electricidad de manera efectiva, porque su trabajo también requiere que no solo pasen corriente, sino que también transporten electricidad. . Calor semiconductor. Si el dispositivo de potencia se utiliza en una aeronave o nave espacial, la densidad se convertirá en un factor más importante que si fuera parte de un gran dispositivo de control de potencia de motor fijo.

 Tabla 2

Por lo tanto, se debe considerar el "paquete" de propiedades al combinar materiales con aplicaciones. Una vez que se comprende el conjunto de propiedades requeridas para una aplicación particular, se puede seleccionar la aleación o compuesto apropiado para esa aplicación. Cuando no hay ninguno disponible: cuando hay materiales fabricados disponibles, se puede considerar el desarrollo de un nuevo material con una variedad de propiedades personalizadas. Al tomar esta decisión, es necesario comprender los materiales de la competencia y su costo, disponibilidad y confiabilidad en comparación con los materiales a base de molibdeno.

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