Höchstschmelzende Legierungsmetalle. Materialgruppen: Metall > Nichteisenmetalle > Schwermetalle. Chemische Formel:

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1 Höchstschmelzende Legierungsmetalle Materialgruppen: Metall > Nichteisenmetalle > Schwermetalle Materialbeschrieb Molybdän ist ein silberweisses, sprödes Metall mit dem Elementsymbol Mo und der Ordnungszahl 42 im Periodensystem. Molybdän gehört mit einem Schmelzpunkt von 2630 C zur Gruppe der höchstschmelzenden Metalle und ist mit einem spezifischen Gewicht von 10,2 ein schweres Metall. Es sticht vor allem durch Härte, Dehnbarkeit und Hochzugfestigkeit hervor. Molybdän erhöht in einer Legierung Härte sowie Warm und Zugfestigkeit und verstärkt auch Dauerfestigkeit, Schneidhaltigkeit und Durchhärtung. Gleichzeitig vermindert es Anlasssprödigkeit, Dehn und Schmiedbarkeit. Molybdän ist in seinen Eigenschaften dem Wolfram sehr ähnlich, im Vergleich jedoch dank seiner geringeren Härte und Dichte leichter zu bearbeiten und daher eine hervorragende Alternative dazu. Die Anwendungsbereiche von Molybdän sind sehr vielseitig. Es wird u. a. als Legierungsmetall für Stahl, Elektroden, Röntgen- und Senderöhren, Heizleiter oder Verschleissschichten verwendet. Meist macht man sich aber die hervorragende mechanische Festigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und den hohen Schmelzpunkt zunutze. Molybdän ist dank seinen Eigenschaften in der Luft- und Raumfahrttechnologie unentbehrlich. Chemische Formel: Mo Hintergrund Etymologie: Der Begriff Molybdän geht auf das griechische Wort molybdaina (Bleiglanz) zurück. Recycling: Molybdän ist nicht rezyklierbar. Rückstände müssen als Metallschrott entsorgt werden. Dabei sind die nationalen bzw. regionalen Vorschriften zu beachten. MATERIAL ARCHIV / 6

2 Herstellung Herkunft, geografische Region: USA, Kanada, China, Chile, Nordafrika, Norwegen Gewinnung: Molybdän wird aus den Rohstoffen Molybdenit (MoS2) und Wulfenit (PbMoO4) gewonnen sowie als Nebenprodukt der Kupfergewinnung abgebaut. Der erste Schritt bei der pulvermetallurgischen Gewinnung ist das Trennen von MoS2 von den Begleitmineralien. Dies erfolgt wegen des geringen Anteils im Erz durch Flotation. Das entstehende Konzentrat, wird anschliessend geröstet, wobei das Molybdänsulfid in Molybdäntrioxid übergeht. Das verbleibende Konzentrat wird durch chemische Verfahren oder Sublimieren von Verunreinigungen befreit und dieser Ausgangsstoff dann durch eine zweistufige Wasserstoffreduktion zu Molybdänpulver vermindert. Fertigung: Molybdänlegierungen werden durch verschiedene Fertigungsprozesse hergestellt, vorzugsweise jedoch auf pulvermetallurgischem Weg. Dieses Verfahren bringt ein feinkörniges Metallgefüge hervor und hat dadurch bessere mechanische Eigenschaften. Grundlage für die Fertigung ist Molybdänpulver. Es wird gesiebt, homogenisiert und in hydraulischen oder isostatischen Pressen zu Stäben und Platten komprimiert. Diese Presslinge werden anschliessend in wasserstoffgefluteten Öfen zwischen 1800 und 2200 C gesintert. Durch Warmumformung wie Pressen, Schmieden oder Walzen entsteht schliesslich das Halbzeug. Eigenschaften Gefüge/Mikrostruktur: kubisch raumzentriert Erscheinung Farbe: Beigetöne silberweiss Beständigkeit Säurenbeständigkeit: beständig Molybdän ist bei Raumtemperatur säurebeständig, bei Temperaturen über 100 C gegenüber alkalischen und oxidierenden Stoffen dagegen unbeständig. Diese Unbeständigkeit zeigt sich auch bei anderen Elementen und oxidierenden Gasen, wenn die Temperatur über 250 C ansteigt. Ausnahmen bilden Edelgase, Metallschmelze und Oxidkeramik, die das Molybdän auch bei hohen Temperaturen nur gering angreifen, solange sie nicht mit Oxidationsmitteln versehen sind. Witterungsbeständigkeit: beständig Molybdän ist korrosionsbeständig, solange die Luftfeuchtigkeit unter 60% liegt; liegt sie darüber läuft es an, wobei zu berücksichtigen ist, dass poröse MATERIAL ARCHIV / 6

3 Oberflächen anfälliger sind als glatte. Mechanische Eigenschaften Brinellhärte [HB]: bis N/mm 2 Bruchdehnung [εb]: bis % Dichte [ρ]: kg/m 3 Elastizitätsmodul: N/mm 2 Vickershärte geglüht: bis HV Zugfestigkeit [ft]: bis N/mm 2 Thermische Eigenschaften Längenausdehnungskoeffizient E-6: /K Liquidus: C Siedepunkt [Kp]: C Spezifische Wärme [c]: KJ/KG*K Schmelzwärme [q]: KJ/KG Schmelzpunkt/-bereich [T_SM]: C Wärmeleitfähigkeit/-zahl [λ]: W/mK Quellen der Kennwerte Hochschmelzende Metalle (1997). 1. Ausgabe. Zürich: Johnson Matthey & Brandenberger AG. Hasse, St. (2008). Giesserei-Lexikon. 19. Auflage. Berlin: Schiele & Schön. Wolters, J. (2000). Der Gold- und Silberschmied. Band 1: Werkstoffe und Materialien. 9. Auflage. Stuttgart: Rühle-Diebener-Verlag GmbH + Co. KG. Bearbeitung Lieferformen: Stangen, Draht, Bleche, Folien, Granulat, Pulver Lieferbare Materialqualitäten: 99,5 %, 99,9 % Formen und Generieren: spanlos bearbeiten Das spanlose Umformen muss bei Molybdän unter Hitze erfolgen. Bei kleineren Biegearbeiten genügt kurzes örtliches Erhitzen; die zu biegende Stelle sollte rotglühend sein. Für das Tiefziehen sind speziell dafür hergestellte Bleche zu verwenden. Bei dieser Art Verformung ist der Erhitzungsgrad von der Blechstärke und vom gewünschten Umformungsgrad abhängig und deshalb entsprechend anzupassen. MATERIAL ARCHIV / 6

4 Fügen und Verbinden: löten, nieten, schrauben, schweissen Molybdän lässt sich nur bedingt schweissen und wird nur mit professioneller Einrichtung gelötet, jedoch handelt es sich dabei um eine geläufige Art der Verbindung. Es kann nicht nur mit seinesgeichen verbunden werden, sondern auch mit andersartigen Materialien, z. B. Stahl, Grafit, Keramik, Buntmetall und Aluminium. Bei grossen Belastungen ist auf Nieten und Schrauben zurückzugreifen. Solche Verbindungsarten sind nach dem Rekristallisationsglühen nicht mehr lösbar. Eine andere Option ist das Falzen; hierbei ist während des Umformungsprozesses Erwärmen erforderlich. Oberflächenbehandlung: beizen Gebeizt wird Molybdän, um Oxidationsschichten zu entfernen oder eine blanke Oberfläche zu erzielen, wobei die Oxidation durch eine Schmelzbeize und die blanke Oberfläche durch eine saure Beize herbeigeführt wird. Nach dem Beizen werden die Objekte abgekühlt und dann in Warm- und Kaltwasser gespült. Für eine fleckenlose Oberfläche ist Waschen in Reinstwasser und Trocknen mit Warmluft erforderlich. Bei leichter Oxidation genügt Wasserstoff-Reinigungsglühen. Sandstrahlen mit Korund führt zu einer raueren Oberfläche als Beizen. Trennen und Subtrahieren: schneiden, spanabhebend bearbeiten, stanzen Molybdän eignet sich sehr gut zum Stanzen und Schneiden. Die Bearbeitungsweise unterscheidet sich je nach Blechstärke. Bleche unter 0,25 mm werden kalt, dickere Bleche warm bearbeitet. Molybdän eignet sich gut für spanabhebende Bearbeitung. Fräsen, Drehen und Schleifen erfordern eine kühlende Emulsion, ansonsten stumpfen die Werkzeuge ab. Geschliffen wird Molybdän auf einer Siliziumkarbidscheibe. Veredelung: Molybdän wird aus verschiedenen Gründen beschichtet, u. a. Oxidation, Verschleissschutz, Löthilfe und Diffusionssperre. Oxidation lässt sich durch eine Silizidschicht, künstliche Oxidation sowie Nickel-, Chrom- oder Edelmetallbeschichtung verhindern. Beschichtungen mit den genannten Metallen haben den Vorteil, dass sie zugleich auch Löthilfen sind. Eine weitere Art der Beschichtung ist die Oberflächennitrierung, die Molybdän vor Verschleiss schützt. Molybdän hat eine Temperaturschwelle, die nicht überschritten werden soll, da sonst eine Gefügeumwandlung eintritt und das Material an Härte und Festigkeit verliert. Durch Walzen, Hämmern und Ziehen kann dieser Prozess teilweise rückgängig gemacht werden. Die geeignete Temperatur für das Weich- und Entspannungsglühen ist von den jeweiligen chemischen Zusätzen und vom Umformungsgrad anhängig. Arbeitsschutz: Gemäss EU-Richtlinien 67/548/EWG ist Molybdän kein gefährlicher Stoff. Bei der Bearbeitung ist Staubbildung zu verhindern; wenn das nicht möglich ist, MATERIAL ARCHIV / 6

5 müssen die Sublimate abgesaugt werden. Konservierung Schutz und Pflege: Molybdän wird unter Ultraschall mit einer alkalischen wässrigen Tensidlösung gereinigt, mit Reinstwasser abgespült und mit Warmluft getrocknet. Um zu verhindern, dass das Material oxidiert, sind eine Luftfeuchtigkeit unter 60% und eine konstante Temperatur erforderlich. Ganz unterbinden lässt sich die Oxidation jedoch nur durch Aufbewahrung in dichten, mit Schutzgas gefluteten Behältern. Anwendung Anwendungsgebiete: Hochvakuumstechnik, Luft- und Raumfahrttechnologie, Legierungsmetall für Stahl Anwendungsbeispiele: Legierungsmetall für Stahl, Warmarbeitsstähle, Beschichtungsmetall zur Verschleissverringerung, Heizleiter, Röntgen- und Senderöhren, Halter für Wolframfäden in Glühlampen, Elektroden für Glasschmelzöfen Sammlungen Muster in folgenden Sammlungen: Gewerbemuseum Winterthur Standort in der Sammlung Gewerbemuseum Winterthur: Metall > Schublade 26 Quellennachweis Verwendete Quellen: Fachkunde Metall (1983 und 2007). 46. und 55. Auflage. Haan-Gruiten: Verlag Europa-Lehrmittel. Domke, W. (1994). Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung. 10. Auflage. Berlin: Cornelsen Verlag. Hasse, St. (2008). Giesserei-Lexikon. 19. Auflage. Berlin: Schiele & Schön. Merkel, M., & Thomas, K.-H. (2008). Taschenbuch der Werkstoffe. 7. Auflage. München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag. Wahrig-Burfeind, R. (Hrsg.) (2000). Deutsches Wörterbuch. 7. Auflage. München: Wissen Media Verlag GmbH. Wolters, J. (2000). Der Gold- und Silberschmied. Band 1: Werkstoffe und Materialien. 9. Auflage. Stuttgart: Rühle-Diebener-Verlag GmbH + Co. KG. Weitere Quellen: Hochschmelzende Metalle (1997). 1. Ausgabe. Zürich: Johnson Matthey & MATERIAL ARCHIV / 6

6 Brandenberger AG. Maser, P. (1959). Stahl, elementar gesehen. 5. Auflage. Zürich: Hertsch & Cie. Nachf. Max Markwalder. Rigert, M., & Flückiger, B. (2001). Metall. Heft 5 der Reihe über die Materialmustersammlung des Gewerbemuseums Winterthur. Winterthur: Gewerbemuseum. Molybdän, Werkstoffeigenschaften und Anwendungen: (Stand ) Sicherheitsdatenblatt Molybdän: (Stand ) Expertin / Experte: Rudolf Vetsch Material-Archiv-Signatur: MET_NEM_LEG_HOE_3 Text verfasst von: ZHdK, OB JB, 2011 Stand: (Online-Schaltung: ) Permalink: materialarchiv.ch/detail/1222 MATERIAL ARCHIV / 6