Тантал — тугоплавкий металл с температурой плавления 2996 градусов и плотностью около 16,6 г/см³. Его решающим инженерным преимуществом является химическая инертность: металл образует тонкую самовосстанавливающуюся пластинку Ta.2O5пассивная пленка, которая остается стабильной в большинстве минеральных кислот, за исключением плавиковой кислоты и горячих концентрированных щелочей. Обработанные формы включают в себя стержни, проволоку, листы, полосы, фольгу, трубы, заготовки для крепежа и детали, прошедшие -механическую обработку, все они производятся из спеченных или электронно--лучевых слитков, которые впоследствии прокатываются, тянутся или подвергаются механической обработке до окончательной формы.
С точки зрения изготовления тантал ведет себя скорее как медь, чем как вольфрам. Он пластичен,-быстро затвердевает и требует острого инструмента, низких скоростей резания и обильного потока охлаждающей жидкости. Отжиг обычно проводится в высоком вакууме или в инертном газе высокой-чистоты, поскольку металл поглощает кислород, азот и водород при повышенной температуре, а межузельное поглощение быстро снижает пластичность и коррозионные характеристики.
Электрические и электронные приложения
Наибольшее применение деталей, обработанных танталом, приходится на твердоэлектролитические конденсаторы. Спеченные танталовые аноды обладают высокой емкостью на единицу объема, низким током утечки и стабильной емкостью в широком диапазоне температур, что делает их незаменимыми в радиолокационных системах, управляемых ракетах, сверхзвуковых самолетах и электронных вычислительных машинах. Конденсаторная промышленность потребляет тантал в основном в виде порошка и тонкой проволоки; Помимо конденсаторов, танталовый лист, полоса и трубка используются для изготовления электронно-эмиссионных трубок, компонентов электронных ламп большой-мощности, геттеров в вакуумных устройствах и мишеней для распыления для осаждения тонких-пленок.
Химическое технологическое оборудование
Тантал выбирают для химической промышленности, где нержавеющие стали, сплавы на основе титана и никеля-не работают, чаще всего в средах соляной и серной кислоты. Типичными готовыми изделиями являются нефтехимические теплообменники, нагреватели, концентраторы, корпуса реакторов, колонны, башни, трубопроводы и клапаны. Металл часто используется экономично для футеровки или плакирования углеродистой сталью, а затем изготовления частей, контактирующих с рабочей средой, из тантала, причем та же марка применяется для ремонтных заглушек, байонетных нагревателей и защитных гильз. Поскольку пассивная пленка восстанавливается сразу же после повреждения, танталовое оборудование выдерживает незначительное механическое воздействие, которое может привести к появлению точечной коррозии в сплаве пассивной пленки, таком как титан.
Высокие-температурные и аэрокосмические применения
Танталовые сплавы используются в качестве камеры сгорания и жаростойких,-высокопрочных конструкционных материалов в сверхзвуковых самолетах. Тантал-вольфрамовый сплав типа Та-10В является классическим материалом для сопел: он сохраняет прочность примерно 8 кгс/мм² (около 78 МПа) при 1650 градусах, сочетание прочности и сопротивления ползучести, с которым немногие конкурирующие тугоплавкие металлы могут сравниться при этой температуре. Карбид тантала используется отдельно или вместе с другими карбидами в качестве покрытия для ковочных штампов, режущих инструментов, лопаток турбин реактивных двигателей, клапанов и сопел ракет. Его твердость приближается к твердости алмаза, и он является основным компонентом инструментов из цементированного карбида.
Биомедицина и имплантология
Тантал демонстрирует стабильность и толерантность к тканям при контакте с тканями человека и поэтому используется для изготовления материалов для хирургического ремонта, искусственной кости, костных пластин, винтов, фиксирующих шпилек и шовных игл. Пористые структуры тантала позволяют врастать в кость, а нелегированный тантал признан в качестве материала для имплантатов в ASTM F560 для применения в хирургических имплантатах, тогда как танталовый порошок, предназначенный для хирургических имплантатов, подпадает под действие стандарта ISO 13782. Высокая плотность тантала является недостатком для имплантатов, выдерживающих большие нагрузки-, но преимуществом в рентгеноконтрастных маркерах и в компонентах, которые должны противостоять микродвижениям.
Типичные свойства и применимые характеристики
| Свойство | Типичное значение (отожженный материал) |
|---|---|
| Температура плавления | 2996 градусов |
| Плотность | 16,6 г/см³ |
| Предел прочности | около 345 МПа |
| Удлинение | около 30 % |
| Модуль упругости | около 186 ГПа |
| Электрическое сопротивление | около 13,5 мкОм·см |
| Теплопроводность | около 57 Вт/(м·К) |
| Рабочая температура в инертной атмосфере | примерно до 2500 градусов |
Конденсатор: танталовый порошок и проволока с строго контролируемым уровнем кислорода и примесей.
Марка химического оборудования: листы, ленты и трубы для футеровки, плакирования и готовых сосудов.
Марка сплава: танталовые изделия типа Ta-10W-вольфрамовые для высокотемпературной конструкционной эксплуатации.
Марка имплантата: нелегированный тантал и пористый тантал для медицинских изделий.
Охват спецификаций для обработанных форм обычно указывается как ASTM B365 для стержней и проволоки, ASTM B708 для пластин, листов, полос и фольги и ASTM B521 для изделий из тантал-вольфрамовых сплавов. В заказе на поставку всегда должны быть указаны марка, состояние, размеры, качество поверхности и допустимые пределы содержания внедренных примесей, поскольку эти переменные влияют как на формуемость, так и на коррозионное поведение.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Почему в химическом оборудовании вместо титана выбран тантал?
Титан зависит от оксидной пленки, которая не восстанавливает кислоты, в то время как тантал сохраняет свою пассивную пленку при работе с соляной и серной кислотой, поэтому он выживает в средах, где титан подвергается коррозии.
Вопрос: Какова температура плавления и плотность тантала?
Тантал плавится при температуре 2996 градусов и имеет плотность около 16,6 г/см³, что примерно в два раза больше, чем у стали.
Вопрос: Насколько прочен тантал-сплав вольфрама сопла при высоких температурах?
Сплав типа Та-10В выдерживает при температуре 1650 градусов около 8 кгс/мм², около 78 МПа, поэтому его применяют для ракет и сопел ракет.
Вопрос: Можно ли обрабатывать и сваривать тантал?
Да. Танталовые машины подобны мягкому, пластичному металлу, и их можно сваривать, но все виды горячей обработки и сварки должны быть защищены от кислорода, азота и водорода, чтобы предотвратить охрупчивание.
Вопрос: Используется ли тантал в медицинских имплантатах?
Да. Нелегированный тантал признан стандартом ASTM F560 для хирургических имплантатов и используется для изготовления костных пластин, винтов, шовных игл, пористых структур врастания кости и рентгеноконтрастных маркеров.
Вопрос: Какие спецификации применяются к деталям, обработанным танталом?
Наиболее распространенными стандартами являются ASTM B365 для стержней и проволоки, ASTM B708 для пластин, листов, полос и фольги, ASTM B521 для изделий из тантал-вольфрамовых сплавов и ISO 13782 для порошков для имплантатов.
