У каждой приправы своя цель. Одни улучшают вкусовые качества кушанья, другие делают его ароматным и аппетитным, третьи придают ему остроту, четвертые… Трудно сосчитать все назначения специй. Но еще труднее перечислить все те замечательные свойства, которые приобретает сталь при добавке хрома, титана, никеля, вольфрама, молибдена, ванадия, циркония и других элементов.
Одному из верных союзников железа — молибдену — и посвящен этот рассказ.
…Молибден был открыт в 1778 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Название элемента происходит от греческого слова "молибдос". В том, что новорожденный был окрещен греческим именем, нет ничего удивительного — многие химики, перед тем как наречь открытые ими элементы, заглядывали в греческие "святцы". Удивительно другое: в переводе на русский язык "молибдос" означает… "свинец". Что же заставило этот элемент скрываться под чужим именем? Почему именно свинцу молибден обязан своим названием?
А ларчик просто открывался. Дело в том, что еще древним грекам был известен минерал свинца галенит, который они называли "молибдена". В природе существует другой минерал — молибденит, как две капли воды похожий на галенит. Это сходство и ввело греков в заблуждение: они считали, что имеют дело с одним и тем же минералом — молибденой. Такого же мнения придерживались в то время ученые и других стран. Вот почему Шееле, обнаружив в этом минерале неизвестную "землю", без долгих размышлений назвал ее "молибденовой".
Теперь предстояло выделить из нее новый металл. Хотя Шееле к этому времени уже обрел мировую известность и был членом Королевской шведской Академии наук, он продолжал работать в скромной аптеке, где и проводил свои химические исследования. Но в аптеке не было печи, в которой "молибденовая земля", прокаленная с углем, восстановилась бы до металла. Шееле вспомнил, что подходящая для этой цели печь есть на Монетном дворе в Стокгольме, где работал его друг Петер Якоб Гьельм, и обратился к нему за помощью. Надежды оправдались: Гьельм вскоре сумел выделить элемент в виде металлического порошка, правда, сильно загрязненного карбидами.
Лишь почти сорок лет спустя, когда ни Шееле, ни Гьельма уже не было в живых, их знаменитому соотечественнику Йёнсу Якобу Берцелиусу удалось получить более или менее чистый молибден и определить многие его свойства.
Подобно многим своим собратьям по Периодической системе, молибден совершенно нетерпимо относится к посторонним примесям и, словно в знак протеста, в корне меняет свойства. Тысячные и даже десятитысячные доли процента кислорода или азота придают молибдену большую хрупкость. Именно поэтому во многих руководствах по химии, изданных в начале XX века, утверждалось, что молибден почти не поддается механической обработке. На самом же деле чистый молибден, несмотря на высокую твердость, — достаточно пластичный материал, который сравнительно легко прокатывается и куется.
Первая запись в "трудовой книжке" молибдена появилась несколько столетий назад, когда минерал молибденит начали использовать в качестве грифелей[4]. Как и графит, молибденит состоит из множества чешуек, размеры которых настолько малы, что если уложить их одна на другую, то высота "небоскреба" из 1600 этажей-чешуек окажется равной… 1 микрону. Именно благодаря этим чешуйкам молибденит умеет писать и рисовать: на бумаге он оставляет зеленовато-серый след.
В наши дни уже не встретишь молибденитовых грифелей: карандашной промышленностью монопольно завладел графит. Но дисульфид молибдена (химическое название молибденита) нашел себе другое применение. Впрочем, прежде чем рассказать об этом, поведаем вам небольшую историю.
Случилось это на Симферопольском шоссе во время испытаний опытной партии автомобилей "Запорожец". Все шло благополучно, но вдруг на полном ходу одна из машин перевернулась на совершенно ровном месте. К счастью, сидевшие в машине люди отделались, как говорится, легким испугом. Причина аварии была загадкой до тех пор, пока машину не разобрали по косточкам. Выяснилось, что одна из шестерен коробки передач, которая должна была свободно вращаться на стальной втулке, намертво приварилась к ней. Разумеется, такой "тормоз" сработал мгновенно.
Чтобы подобные аварии не повторялись в дальнейшем, нужно было подобрать подходящую смазку. Вот тут и вспомнили о молибдените, вернее, о его способности расслаиваться на отдельные микроскопические чешуйки. Они-то и должны были послужить надежной смазкой для трущихся деталей коробки передач.
Стоит на мгновенье опустить стальную деталь в жидкость, содержащую лишь 2 % дисульфида молибдена, и поверхность детали покрывается тонким слоем отличной твердой смазки. Однако у такой смазки есть коварный враг — высокая температура. При нагреве дисульфид молибдена начинает превращаться в молибденовый ангидрид, который, хоть и не причиняет вреда поверхностям деталей, но и не обладает, к сожалению, смазочными свойствами. Как же избежать этого?
Оказалось, что перед нанесением дисульфидного слоя деталь необходимо обработать в горячей фосфатной ванне. В этом случае частицы дисульфида проникают в мелкие поры фосфатного покрытия и на поверхности детали образуется тончайшая смазочная пленка, которая способна выдерживать колоссальные нагрузки — несколько тонн на квадратный сантиметр. Втулки, покрытые этой пленкой, испытывали при тяжелых режимах работы — и ни одного случая приварки. С тех пор "Запорожцы" исколесили нашу страну вдоль и поперек, но злополучный узел передач не подводил больше ни разу.
Созданием смазочной пленки не исчерпывается благотворное влияние дисульфида молибдена на стальную поверхность: если обработать молибденитом режущий инструмент, то он станет более стойким, более долговечным. Когда об этом чудесном свойстве молибденита узнали некоторые парикмахеры, они с завидной оперативностью поспешили внедрить его в практику.
Но вернемся к молибдену. Благодаря тугоплавкости и низкому коэффициенту теплового расширения этот металл широко применяют в электротехнике, радиоэлектронике, технике высоких температур. Крючки, на которых подвешена вольфрамовая нить в обыкновенной электрической лампочке, сделаны из молибдена; если бы в стеклянный стерженек лампы была впаяна дающая свет вольфрамовая проволочка, то стекло вскоре бы треснуло из-за ее теплового расширения, а молибден при нагреве практически не расширяется и поэтому не доставляет стеклу никакого беспокойства. Из него изготовляют аноды, сетки и другие детали радиоламп, рентгеновских трубок. Как конструкционный материал молибден нашел применение в энергетических ядерных реакторах. Молибденовые спирали неплохо зарекомендовали себя в качестве нагревателей мощных вакуумных электропечей сопротивления, где развиваются весьма высокие температуры. Среди экспонатов Политехнического музея в Москве можно увидеть небольшую молибденовую лодочку с выращенным в ней искусственным кристаллом алюмо-иттриевого граната.
В США создано оригинальное стекло, изменяющее свой цвет в зависимости от… времени дня. Под действием солнечного света стекло становится синим, а с наступлением темноты — вновь прозрачным. Этот эффект обусловлен добавками молибдена, который либо вводят в расплавленное стекло, либо в виде тонкой прозрачной пленки вклеивают между двумя слоями стекла.
Жаропрочные молибденовые сплавы оказались отличным материалом для ответственных деталей космических ракет, ракетных двигателей, кромок крыльев сверхзвуковых самолетов. А в медицине нашел применение сплав комохром, состоящий из кобальта, молибдена и хрома: из этого сплава изготовляют "запчасти" для… человека. Да-да, не удивляйтесь) Комохром легко уживается с тканями организма человека, и хирурги успешно пользуются им для замены поврежденных суставов.
Еще в Вавилоне при постройке жилищ строители армировали глину тростником, а в Древней Греции железными прутьями укрепляли мраморные колонны при сооружении дворцов и храмов. Этот принцип лег в основу создания нового класса современных конструкционных материалов, названных композиционными, поскольку они представляют собой композицию двух или нескольких разнородных компонентов. Каждый из них занят своим делом: одни, например, противостоят высокому нагреву, износу или агрессивным средам, а другие при этом уверенно сопротивляются растяжению. Такое разделение труда позволяет заметно облегчить многие конструкции, что особенно важно для авиационной и космической техники. Варьируя соотношение компонентов, можно получать материалы с нужной прочностью, жаропрочностью, модулем упругости и другими заданными свойствами. Для ряда пластичных металлов (никеля, кобальта, титана и др.) в роли арматуры, которая принимает на себя непосильные для них растягивающие нагрузки, уверенно выступает молибденовая проволока: благодаря этой "начинке" прочностные характеристики материала могут быть повышены во много раз.
Разнообразное применение нашли соединения молибдена. Благодаря ему эмали приобретают высокую кроющую способность. Молибденовые красители используют в производстве керамики и пластических масс, в кожевенной, меховой и текстильной промышленности. Оксид молибдена служит катализатором при крекинге нефти и других химических процессах, в аналитической химии без малого полтора столетия трудится молибдат аммония — важный реактив, с помощью которого химики определяют содержание фосфора в рудах, сталях, сплавах и многих других материалах.
Как видите, работы у молибдена хватает. А ведь мы пока говорили лишь о побочных занятиях этого металла и ни словом не обмолвились о его важнейшей профессии. Помните, в начале очерка молибден был назван верным союзником железа. Вот об этой дружбе железа с молибденом мы и расскажем подробнее — ведь три четверти всего добываемого на земле молибдена потребляет металлургия специальных сталей. В нашей стране сталь, содержащая этот элемент, впервые была выплавлена в 1886 году на Путиловском заводе в Петербурге. Однако применение молибдена для улучшения свойств стали имеет гораздо более древнюю историю.