鉬:一種神奇的金屬元素,很難想像它是如何將鋼板切開的!

2020-10-18 製造原理

線切割你一定聽說過,但不一定見過吧,它屬於工具機電加工的一種,主要用於模具,複雜形狀或微細結構等產品的加工,在切割過程中使用的工具是一條細線,依靠放電產生幾千攝氏度高溫來熔化金屬。

切割金屬的過程就好像用線切豆腐一樣輕鬆,可以在切割時隨意360°轉向,可切割出任意形狀的加工產品,線切割機雖然是由蘇聯人發明的,但我國是第一個將其應用於工業加工的國家。

線切割加工時那條髮絲般的細線,就是一種由鉬等貴金屬製造而成的耗材,線切割又分快走絲(用鉬絲),慢走絲(用銅絲)。

鉬絲不但能夠對各種金屬進行加工,還廣泛應用於繞絲芯線,引出絲,加熱元件等,鉬絲的精度要求很高,斷線發生率低,加工速度快,可實現穩定長時間連續加工。

線切割原理

當看到線切割加工時,很長一段時間,我一直以為是鉬絲與工件硬碰硬,活生生被鋸開的呢,別笑,真是這麼想的,其實呢,真正的切割原理跟我想像的相差十九萬八千裡。

線切割是利用連續移動的細金屬絲作電極,對工件進行脈衝火花放電蝕除金屬、切割成型。

通俗的說就是這根絲通電接負極,工件接正極,並且接的是脈衝電源,還在不停的走動,對工件放電,瞬間產生幾千度的高溫,把放電的那一部分熔化或者氣化了,這樣就切開了,注意:不是硬碰硬的切,也不是金屬絲本身產生高溫去切,而是放電,讓工件產生高溫,自己熔化和腐蝕。

鉬絲的主要成分是鉬(Mo),含量在99%以上,鉬在自然界中主要存在於輝鉬礦(MoS2)中。

輝鉬礦在很長一段時間裡都被當作石墨,這種柔軟的灰色礦物,在18世紀由舍勒提出輝鉬礦本身不是一種石墨,而是某種金屬礦石,他還試圖還原純的金屬鉬,但是當時沒有達到所需溫度的爐子,多年後由海基爾姆成功的還原出這種銀白色金屬鉬。

鉬是一種銀白色的堅硬金屬,具有熔點高,延展性好的特點,其熔點可達2620攝氏度,沸點為4639攝氏度,在天然存在的元素中,只有鉭,鋨,錸,鎢和碳有高於鉬的熔點,即便將它燒紅了仍然能保持一定的硬度;並且鉬的化學性質也很穩定,不會被鹽酸,鹼所腐蝕。

在外觀上金屬鉬與鎢非常相似,但通過密度還是很容易被分辨出來,鉬的密度只有鎢的一半。

常溫下的金屬鉬是很穩定的,在空氣中加熱鉬棒,當溫度升高鉬會很快氧化,生成黃色的三氧化鉬(MoO3),隨著氧化鉬的厚度不同,它也會呈現出五彩斑斕的顏色,當物體與鉬產生摩擦,其顆粒在空氣中自燃也會形成三氧化鉬,三氧化鉬可用於生產鉬的重要化工產品---鉬酸銨,它是製造陶瓷釉彩,顏料及其他鉬化合物的原料。

鉬是地球上的一種稀有金屬,我們對它即陌生又熟悉,它與我們的生活息息相關,應用非常廣泛,它既是用於國防工業中的戰略金屬,又是動植物所需要的重要營養元素,還是鋼鐵合金的重要成份。

目前世界上所生產的鉬,80%以上用於鋼鐵冶煉,主要作為鋼鐵的添加劑用於生產合金鋼,可以提高合金鋼的強度,韌性和耐磨性等,因具有良好的機械穩定性,高延展性而被用於高發熱元件(燈泡中掛發光鎢絲的鉤子材料就是鉬),擠壓模具,金屬加工工具,航空太空飛行器零件等。

鉬作為一種稀有金屬,全世界的儲量主要集中在中國和俄羅斯等少數國家,由於添加了鉬的合金材料性能好,已成為軍工武器上不可或缺的材料,用於戰艦,坦克等武器製造中,各國紛紛將其列為戰略金屬。

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另外二硫化鉬被譽為「高級固體潤滑油」,它是一種良好的固體潤滑劑,因為它的摩擦係數低,屈服強度很高,能在真空及各種超低溫,高溫下正常使用,因而被廣泛應用於齒輪,模具,核工業等。

在電子電器領域,鉬具有良好的耐高溫性和導電性,熱膨脹係數也較低,是理想的線切割電極絲,能切割各種鋼材以及硬質合金,其放電加工穩定,能有效提高加工產品的精度,二維(厚度在幾納米到幾十納米的薄層)二硫化鉬還有可能成為下一代電晶體材料,取代矽材料成為下一代集成電路所廣泛使用的材料。

鉬成為植物的營養液也是偶然被發現的,在紐西蘭的草場上人們發現一個特殊的情況,全草場的草幾乎全部枯黃沒有一點生機,但是穿過草場的一條小路兩側的草卻生機盎然,經過人們的研究發現,這條小路是附近一個鉬礦工人必經之路,鉬礦工人身上攜帶的鉬粉會散落在這條路上,造成了這條小路上的草生長得更好,人們將鉬粉融入肥料中撒在草場上,果然印證了這個結果。

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鉬的生物屬性也很重要,它不僅是植物同時也是動物和人體必須的微量元素,能提高人體免疫功能,但含量過高也會對人體造成傷害。

鉬以其獨特的性能,它不僅是沙場硬漢,金屬的催化劑,還是生命的營養液 ,鉬也證明了它是多才多藝的金屬,隨著鉬的應用越來越廣,還會有更多的功能被開發出來,鉬在社會中的作用將更大。

文中Gif截取自Youtube《118個元素的故事_No_42_未來晶片材料_鉬》《JOEMARS_Wire_EDM_》

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