몰리브덴(몰리브데넘, Mo)의 특징

몰리브덴(몰리브데넘, Mo)의 특징

몰리브덴(몰리브데넘, Mo)은 융점(융해점, 녹는점)이 아주 높은 금속이며, 은백색의 단단한 금속으로 알루미늄이나 스테인리스와 유사한 희귀 금속의 한 종류이다. 철강용 첨가제로 사용되는 경우도 있고, 몰리브덴을 첨가한 스테인리스강도 있다. 몰리브덴이 첨가된 금속은 경도와 내충격성이 향상된다. 그리고, 가공용 소재로 순(純, 순수한) 몰리브덴이 사용되는 경우도 있다. 순수 몰리브덴은 몰리브덴의 함유율이 99.9%~99.99%의 순도가 높은 것을 말하는데 여기서는 몰리브덴의 특징을 설명한다.

몰리브덴의 비중은 10.28, 융점은 2620℃, 비등점은 4650℃(참고치) 정도인데 조금씩 다른 시험 결과도 보고되고 있으므로, 어디까지나 참고치로 이해하면 된다. 금속 중 5번째의 매우 높은 융점과 비점(끓는 점)이 특징으로, 고융점 금속의 일종으로 분류된다. 고융점 금속이란 초고온 환경에서 사용할 수 있는 금속으로, 그 밖에는 텅스텐, 탄탈, 니오븀 등도 이에 속한다. 그 중 몰리브덴은 텅스텐보다 저렴하고 고온에서의 강도가 다른 고융점 금속보다 강하고 열팽창 계수가 낮기 때문에 고온환경 하에서의 형상의 안정성이 매우 높은 특성이 있다.

참고로 고융점 금속은 융점이 백금/플래티나(1772℃) 보다 높은 금속을 가르킨다. 텅스텐(3387℃), 탄탈(2996℃) , 니오브(2468℃)등도 고융점금속에 속하고 초고온 환경에서도 사용할 수 있는 이런 소재는 가스터빈의 표면도포재에서 고속항공기의 내열실드까지 현재 다양한 산업에서 그 중요성이 높아지고 있다.

몰리브덴은 절삭 가공이 어려운 난삭재이지만, 고융점 금속 중에서는 가공성이 좋은 금속으로 우주항공산업에서의 로켓 부품, 자동차 관련 실험 등에 사용된다.

몰리브덴의 특징

 

■ 몰리브덴의 재료특성

융점: 2620℃
비등점: 4650℃

 

온도	선팽창계수(線膨張係数) [*10-6/℃]
RT (상온)	5.10
RT~100 ℃	5.20
RT~500 ℃	5.70
RT~1000 ℃	5.75
RT~1500 ℃	6.51

온도	열전도율(熱伝導率) ［W/(m・k)］
20 ℃	142
100 ℃	138
500 ℃	122
1000 ℃	105
1500 ℃	84

■ 액체와 화학반응성

염산 : 가열 묽은 염산에 서서히 녹는다.
황산 : 묽은 황산에 약간 녹고 ~ 110 ℃의 진한 황산에 서서히 녹는다.
진한 황산 200℃~에서 빠르게 녹는다.
질산 : 쉽게 녹는다.
수산화나트륨 : 수용액에 거의 영향을 받지 않지만 용융산과는 빠르게 반응한다.

 

■ 기체와 화학반응성

수증기 : 약 700℃에서 산화가 시작된다.
질소 : 600℃ 이상에서 취화되고 약 1500℃ 이상에서 질화물을 형성한다.
일산화탄소: 약 1000℃에서 탄화물을 형성한다.
이산화탄소: 약 1200℃에서 산화물을 형성한다.
수소 : 반응하지 않는다.
불산 : 실온에서 약간 녹는다.
염소 : 250℃에서 염화물을 형성한다.
요오드 : 적열 상태에서도 요오드와는 반응하지 않는다.
암모니아 : 실온에서 약간 반응하지 않는다.
황화수소 : 약 1200℃에서 황화물을 형성한다.

 

몰리브덴은 융점이 약 2600℃, 끓는 점(비점)은 약 4700℃이지만, 위에 기술한 바와 같이, 일정한 온도에 도달하면 각각의 기체와 화학 반응을 일으켜 산화가 시작된다. 따라서 특정 기체에서는 급격히 산화가 시작될 수 있다. 산화가 시작되면 표면으로부터 박리가 발생해, 분말 상태가 되어 흐트러져 버린다. 그렇기 때문에 사용시에는 어떠한 환경에서 어느 정도의 온도 영역이 되는지를 사전에 파악할 필요가 있다.

 

■ 몰리브덴의 가공

몰리브덴은 단단한 반면에 부서지기 쉬운 재료이기 대문에 가공성이 좋지 않은 난삭재로 분류된다. 따라서 가공을 하는데에는 기술이 필요하게 된다. 여기서 말하는 가공 기술이란 형상마다의 가공 가능여부의 판단, 절삭 조건의 이해, 적절한 가공 순서, 공구의 이송 속도 등을 말한다. 또한 가공 기술뿐만 아니라 전용 절삭커터 등 최적의 공구(툴링, TOOLING) 선정도 필요하다.

 

■ 몰리브덴의 용도

몰리브덴은 소재뿐만 아니라 철강용 첨가제로 사용되는데 단단하고 강도가 뛰어나 변형시키기 어려운 성질을 철에 갖도록 하여, 고층 빌딩·고속 도로 등의 사회 기반 시설의 형성에 중요한 역할을 하고 있다. 또한 자동차용 박판이나 항공기용 특수 복합재 등 보다 고기능·고품질이 요구되는 분야에서도 사용되고 있다.

 

철에 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)을 첨가한 합금강을 크롬몰리브덴강(일본에서는 줄여서 크로몰리라고도 부름)이라고 한다. 크롬몰리브덴강은 탄소를 01~0.5%, 크롬을 0.9~1.2%, 몰리브덴을 0.15~0.45%의 범위로 포함하는 것으로 규정되어 있다. 크롬몰리브덴강은 경도와 인성이 뛰어나고 내마성도 높은 소재로 렌치, 스패너 등의 공구 이외네도 자동차나 항공기의 부품, 자전거의 프레임에도 사용되어 지고 있다.

몰리브덴은 석유 정제시의 탈황 촉매, 화학 공업용 촉매·첨가제로서도 폭넓게 사용되고 있어 환경 보전과 화학 공업의 발전에 기여하고 있다. 오늘날, 몰리브덴은 기존의 용도뿐만 아니라 통신 기기·전자 부품용의 신소재로서도 사용되고, 기능 향상을 위해 초미립자화나 초고순도화가 과제가 되고 있다. 텅스텐(W)과 마찬가지로 진공 중에서 매우 안정된 소재로 전자관, 전구, 진공로, 히터, 전극 등 폭넓게 사용된다.

몰리브덴

 

■ 몰리브덴의 가격

몰리브덴은 재료비가 비싸다는 점에 주의를 해야 한다. 몰리브덴은 희귀 금속 중 하나이며 철강용 첨가제 및 가공 소재로 사용되는 금속으로 매우 융점이 높은 금속으로 고융점 금속으로 분류된다. 고융점 금속 중에서는 비교적 가공성이 좋은 편이지만, 금속 전반으로 보면 절삭하기 어렵고 가공이 어려운 난삭재에 해당하며 몰리브덴이 첨가된 금속은 경도와 내충격성이 향상된다.

 

■ 몰리브덴과 텅스텐의 차이점

몰리브덴과 비슷한 성질을 가진 소재로 텅스텐이 있는데, 몰리브덴과 텅스텐은 모두 "희귀 금속(레어 메탈)"의 일종으로 고융점, 고비중이고 또한 열팽창성이 낮고 열전도 효율이 좋다는 비슷한 특징을 가지고 있다. 티타늄이나 니켈, 알루미늄 등의 금속과 비교하여 내구성이 뛰어나기 때문에 「초합금」이라고 불리운다. 이러한 특징을 살려 다양한 형태로 가공되어 다양한 기계나 화학제품의 재료로서 활약하고 있다.

몰리브덴과 텅스텐의 큰 차이에는 "가공의 용이성"에 있는데 몰리브덴은 스테인리스에 상당한 가공성을 가지고 있으며, 복잡한 가공이 비교적 용이한 금속이다. 한편 텅스텐은 매우 경도가 높고, 카본 코발트와 혼합하면 다이아몬드에 이은 경도를 가진 초경합금이 된다. 매우 뛰어난 경도 때문에, 자유자재로 가공하는 것이 어렵다는 단점이 있다. 열을 견디는 열의 내성이라고 하는 점에서는 텅스텐이 더 강하고, 고온환경의 현장에 필요한 부품을 만들 때에는 열에 강한 텅스텐이 이용되는 경우가 많아지고 있다.