鉭合金

鉭合金是以鉭為基加入其他元素組成的合金。鉭的陽極氧化膜很穩定，耐蝕，介電性能優異，適於製造電解電容器。鉭抗化學腐蝕能力強，除氟化氫、三氧化硫、氫氟酸、熱濃硫酸和鹼外，能抗禦一切有機和無機酸的腐蝕，因而可用作化學工業和醫學的耐蝕材料。鉭的碳化物是製造硬質合金的重要添加劑。此外，鉭也用於某些電子管中。1958年，Ta-10W合金投入生產。20世紀60年代，鉭合金作為高溫結構材料用於航天工業上。鉭和鉭合金產品有板材、帶材、箔材、棒材、線材、異型件和燒結製品等。

基本介紹

• 中文名：鉭合金
• 外文名：tantalum alloys
• 生產時間：1958年
• 適用方向：化學工業，醫學
• 性質：抗化學腐蝕能力強
• 套用：航天工業

特性

中國在50年代末開始研究鉭的冶煉和塑性加工，60年代中期已能生產鉭及其合金的製品。

在難熔金屬中，鉭的低溫塑性是最好的，它的塑性-脆性轉變溫度低於－196℃。研製鉭合金必須考慮保持鉭的優異的低溫塑性。鉭合金多採用固溶強化的方法，也採用固溶和沉澱強化相結合的方法來提高強度，在周期表中鉭的毗鄰元素有的能在鉭中完全固溶，有的溶解度很大。強化效果最明顯的置換固溶元素是錸、鎢、鋯和鉿。加入元素量如超過一定範圍，會損害鉭的低溫塑性。一般認為加入的原子百分比應少於12～14%。間隙元素氮、碳和氧對提高鉭的強度效果不大，卻使鉭的低溫塑性和加工塑性受到明顯的損害。這些間隙元素與活性元素鋯或鉿形成彌散的沉澱相時，才有明顯的強化效果。由Ta-10W發展出來的Ta-10W-2.5Hf-0.01C合金是固溶和沉澱強化相結合的典型合金。

製備

塑性

純鉭的塑性良好，變形抗力小，加工硬化率較小，各種型材和異型零部件都可用塑性加工方法製得。純鉭在室溫下可軋成板材、帶材、箔材、管材和棒材，加工率可達90%以上。為減輕氧化，純鉭塑性加工常在室溫或 500℃以下進行。鉭合金由於強度高和鑄錠塑性差，須先在1200℃以上進行開坯，以後的加工工藝與純鉭相同。開坯的擠壓比應大於4，鍛造比應大於2。錠坯在加熱開坯時，要防止氣體污染而使材料塑性下降。為保證產品有良好衝壓和旋壓性能，要用交叉軋制。交叉軋制前的加工率應保持在80%左右。鉭板通過旋壓和深沖可製成杯、帽、管、錐體、噴管等不同形狀的零件。供拉絲用的旋鍛棒直徑一般為2.5毫米。由於鉭質軟,易和模具粘結和劃傷表面，拉絲時常先使線材表面經過陽極氧化形成氧化膜，並用蜂蠟潤滑。

焊接

真空電子束焊接和惰性氣體保護鎢極焊接工藝,可製取塑性-脆性轉變溫度低的焊件。這種焊接工藝製得的焊接鉭管，可滿足化工部門的使用要求。鉭還可和不鏽鋼、鈦合金、鎳合金和碳鋼焊接在一起。用高能率成形（爆炸法）可使鋼和鉭複合成雙金屬，是製造大型耐蝕設備內襯的有效方法。

切削

鉭和鉭合金容易磨損和粘結刀具，宜用高速鋼刀具，並用四氯化碳等有機溶劑冷卻。磨削加工宜用碳化矽砂輪，因氧化鋁砂輪易使磨麵龜裂。

熱處理

主要有退火和固溶時效處理。為防止大氣污染,鉭合金的熱處理必須在10-4托的真空中或高純惰性氣體中進行，有時甚至需要用鉭箔把產品包裹起來。

用途

鉭及其合金坯料可用粉末冶金工藝或熔煉工藝生產。粉末冶金工藝多用於生產小型鉭製品和加工用的坯料。用熱還原法或電解法製得的粉末鉭原料，經壓製成型後進行真空燒結。燒結工藝取決於對產品的使用要求。一次燒結(1600～2200℃)用於生產熔煉用電極和多孔陽極。二次燒結用於生產鍛造、軋制和拉拔等塑性加工用的坯料。兩次燒結之間常進行鍛造或軋制，加工率約50%。二次燒結溫度為2000～2700℃。

真空自耗電弧和電子束熔煉工藝是製取鉭及其合金鑄錠的常用方法。電子束熔煉工藝主要用於鉭的提純,自耗電弧熔煉工藝可製取大直徑和合金成分更均勻的鑄錠，自耗電弧熔煉的電極可用燒結棒或電子束熔煉錠製成，熔煉法得到的鑄錠晶粒粗大，常需開坯破碎鑄態晶粒以提高塑性。為使鉭進一步提純或製備單晶可使用電子束區域熔煉法。

鉭可用來製造各種熔點高的可延展合金。這些合金可作為超硬金屬加工工具的材料，以及製造高溫合金，用於噴射引擎、化學實驗器材、核反應堆以及飛彈當中。鉭具有高可延展性，能夠拉伸成絲。這些鉭絲被用於氣化各種金屬，如鋁。鉭可以抵禦生物體液的侵蝕，又不會刺激組織，所以被廣泛用來製造手術工具和植入體。例如，鉭可以直接與硬組織成鍵，因此不少骨骼植入物都有多孔鉭塗層。

除了氫氟酸和熱硫酸之外，鉭能抵抗幾乎所有酸的腐蝕。因此鉭可以作化學反應容器以及腐蝕性液體導管的材料。氫氯酸加熱過程所用的熱交換線圈就是鉭制的。特高頻無線電發射器電子管的生產用到大量的鉭，鉭可以捕獲電子管中的氧和氮，分別形成氧化物和氮化物，從而保持所需的高真空狀態。