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一、钨钼主要物理及力学性能
钨、钼金属表面都成银灰色光泽,粉末呈暗灰色;熔点高,强度大,弹性模量高,膨胀系数小,蒸汽压低,导电导热性能优良。但钨、钼都具有高温氧化及低温脆性的共同缺点。
表1 钨、钼主要物理性能及室温力学性能

 
Mo
W
密度/(g·cm-3
10.2
19.32
熔点/℃
2620±20
3410±20
沸点/℃
4804
5930
线性热膨胀系数/10-6
5.3
4.6
电子逸出功/eV
4.55
4.2
弹性模量/GPa
320-360
390-410
再结晶开始温度/℃(1h退火)
800
1150
20℃时的比电阻/(μΩ·m)
0.05
0.05

 
表2 钨在不同状态下的抗拉强度

加工状态
99.95%钨
99.9%钨
旋锻制品
拉伸制品
退火状态
抗拉强度(公斤/毫米2
84.4
112.5
35-150
180-145
110

 
表3 钼在不同状态下的抗拉强度与延伸率

加工状态
坯条
旋锻制品
拉伸制品
退火状态
抗拉强度(公斤/毫米2
18
71.3
140-245
80-100

 
 
二、钨的化学性能
钨是元素周期表中Ⅵ族过渡族元素,化合价从2到6,它在低化合价时呈碱性,高化合价时呈酸性。
    钨在室温干燥环境中十分稳定,但在潮湿空气中会慢慢氧化;高温下很易与氧、一氧化碳、水蒸气、氮气和卤素起作用。但无论在室温还是高温下,均不与氢气发生任何作用,因而氢不仅是制备钨、钼粉的还原介质,也是钨、钼高温加工过程中的重要保护介质。钨与汞不反应,这使钨作为高压汞灯的电极,性能非常稳定。
钨的氧化行为是十分重要的,它影响到钨的脆性和使用。在400℃以下,钨按抛物线速率氧化,生成积附性蓝色氧化层(W4O11或WO2.9),高于400℃以后,迅速氧化成褐色氧化钨(WO2)或黄色氧化钨(WO3),高于500℃时氧化膜出现裂纹,800℃以上时,WO3显著挥发,超过1100℃,WO3的升华与生成速度相当。WO3是钨稳定的最终氧化钨产品。WO3不溶于酸,易溶于碱。
钨在室温下不与水反应,高于600℃后易于水蒸气反应生成氧化物;所以高温时水蒸气的存在往往是钨氧化的根源。
钨与卤素在250-1200℃发生化合反应,在高温(1400-1600℃)又会分解,利用此原理研制成高效的卤钨灯,如碘钨灯、溴钨灯等。钨的氟化物(WF6,沸点17.5℃)和氯化钨(WCl6,沸点346.4℃),又是化学气相沉积法(CVD)制备纯钨异性制品的重要原料。
钨在1100℃与碳反应成两种脆而硬的碳化钨(W2C),熔点2750℃,WC(熔点2800℃),化学稳定性好,电阻率高,硬度高,是制备硬质合金的主要原材料。
钨与氮在常温下不起作用,在1200-2400℃之间钨能溶解0.2%-0.5%(原子分数)的氮,在纯氮气中,温度高于2300℃时,钨与氮生成棕黑色WN2。WN2在真空中400℃以下是稳定的。在825-875℃下直接向钨粉中通入氮可生成W2N。
钨在常温时与酸、碱不反应,但浓硝酸可使钨表面氧化;钨可溶于混合酸(氢氟酸+硝酸或盐酸)中,反应生成WO3。碱或氮的水溶液在无氧时不腐蚀钨,但在这些溶液中添加小量氧化剂如硝酸,将受到强烈的腐蚀。凡是在一定条件能使钨溶解的酸,碱或盐都可作为蚀洗钨的材料。
钨与氧化铝、氧化镁、氧化锆等陶瓷耐火材料接触,超过1900℃,即会使钨氧化。
表4 钨的化学性能

介质
试验条件
反应情况
空气或氧气
20℃
>400℃
不反应
开始反应
氢气
在所有温度下
不反应
氮气
1500℃以上
在常温下
形成氮化物
不作用
氨气
2300℃以上
形成棕黑色WN2
水蒸气
700℃以上
氧化
二氧化碳
1200℃以上
氧化
一氧化碳
800℃以上
形成碳化物
二氧化硫
高温
氧化
任何温度
强烈腐蚀
250℃以上
腐蚀
溴碘
赤热
腐蚀
硫化氢
赤热
腐蚀
~880℃
生成硫化物
~1000℃
生成硅化物
高温
生成硼化物
 
不腐蚀
铝镁氧化物
在1900℃以上
氧化
氧化钍
在2200℃以上
氧化
~600℃
不作用
钾、钠混合
~600℃
不作用
~600℃
不作用
氢氧化钠
10%,20℃
不作用
熔融苛性碱
在空气中
轻微腐蚀
氨溶液
在氧化剂KNO3,KClO3,PbO2中迅速溶解,在氧化剂存在时如H2O2
腐蚀
碳酸钠、碳酸钾
不腐蚀
氢氟酸
冷,热
不腐蚀
硝酸
冷,浓或稀
不腐蚀
硝酸或硫酸
热,浓或稀
轻微腐蚀
氢氟酸+硝酸
冷或热
迅速溶解
王水
迅速溶解
800℃
生成磷化物

 
三、钼的化学性能
钼是元素周期表中第ⅥB族元素,化合价从2、3、4、5、6几种,在低化合价时呈碱性,高化合价时呈酸性;6价钼的化合物最稳定。钼与钨一样,直到熔点也不和氢反应,氢是制备钼粉的重要还原剂,也是钼高温加工过程中良好的保护气体。
钼与氧能生成多种氧化物。(1)在475℃以下,钼与氧生成致密的粘附氧化膜。研究表明是MoO2薄层,外表层也有MoO3。(2)在475-700℃形成氧化膜的同时,发生MoO3蒸发。氧化膜分两层:内层为MoO2,外层MoO3。(3)在700-800℃范围内,内层的MoO2层达到临界厚度以后发生破裂,引起氧化速度突然加快,超过725℃,钼的氧化迅速,在钼表面不再生成氧化钼层,只见到黄色氧化物(MoO3)的升华,出现“毁灭性氧化”。(4)超过850℃,MoO3蒸汽在钼的表面构成致密的屏障层,阻止氧达到钼的表面,氧化速度有所回落。
由于钼在725℃以上易产生“毁灭性氧化”,严重限制了钼作为结构材料应用范围,即钼在高温使用时,必须有H2保护或处在真空条件下。
钼在900℃以上温度和一个大气压下吸收氮(NH3),在900-2600℃之间,随温度升高,氨在钼中的溶解度(原子分数)大约由0.01%增加到0.1%。在1500℃左右时生成氮化钼,钼材在加工过程中吸入氮后会发脆,致密钼材在氨(NH3)中加热到1100-1500℃就有氮化物生成,在分解氨介质中氮化速度比在纯氨中快。
表5 钼的化学性能

介质
试验条件
反应情况
——
不腐蚀
HF
冷,热
不腐蚀
HF+H2SO4
不腐蚀
轻微腐蚀
HF+王水
迅速腐蚀
HF或HNO3
冷或热
迅速溶解
氨水
——
不腐蚀
熔融碱
大气下
轻微腐蚀
熔融碱
在氧化剂如:KNO3,KClO3,PbO2
迅速溶解
高温
生成硼化物
1100℃以上
生成碳化物
1000℃
生成硅化物
直到最高温度
不腐蚀
440℃以上
生成硫化物
790℃以下
不腐蚀
1200℃
不腐蚀
1430℃
不腐蚀
1000℃
不腐蚀
840℃以下
不腐蚀
230℃以下
强烈腐蚀
室温
强烈腐蚀
空气和氧
400℃以上
600℃以上
700℃以上
开始氧化
强烈氧化
MoO3升华
H2,和惰性气体
直到最高温度
不反应
CO
1400℃以上
生成碳化物
CO2
1200℃以上
氧化
碳氢化合物
1100℃
生成碳化物
Al,Fe,Co,Ni,Sn
熔融
强烈腐蚀
Zn
熔融
轻微腐蚀
Bi
熔融
高度耐蚀
玻璃
熔融
高度耐蚀
难熔氧化物如ZrO2,BeO,MgO,ThO2,Al2O3
1700℃以下
不腐蚀
N2
1100℃以上
氮化
Na
1020℃
不腐蚀
Rb
1100℃
不腐蚀
Cs
870℃
不腐蚀

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