Placa de tàntal: un metall refractari construït per a un servei agressiu
La placa de tàntal es produeix fonent tàntal d'alta -puresa i després forjant i enrotllant el lingot en làmina i placa, amb un recuit al buit intermedi per controlar l'estructura, la duresa i la planitud del gra. El metall té una gelosia cúbica centrada en el cos-, una densitat d'uns 16,6 g/cm³ i un punt de fusió proper als 2996 graus, de manera que conserva una resistència útil a temperatures on molts graus d'inoxidable i níquel ja s'arrosseguen. La seva veritable distinció, però, és química: una fina pel·lícula d'òxid passiu es forma instantàniament a l'aire i es forma-després d'un dany mecànic, per això s'utilitza una placa de tàntal relativament prima com a barrera contra la corrosió en els equips en lloc de com a membre estructural.
La placa es subministra en estat totalment recuit,{0}}relleujat o en estat-laminat, retallat a mida o deixat amb vores de molí, i es pot subministrar amb una superfície decapada, brillant-recuita o mecanitzada en funció del mètode d'unió aigües avall. Com que el tàntal no aliat es manté dúctil a temperatura ambient, es pot tallar, perforar, filar, embutir i soldar sense preescalfament, sempre que l'àrea de treball es mantingui neta i el metall calent estigui protegit de l'oxigen i el nitrogen.
Especificació típica de plaques de tantal sense aliar
| Propietat | Valor o límit típic |
|---|---|
| Forma i estàndard del producte | Placa, làmina i tira de tàntal sense aliar segons ASTM B708 |
| Graus comuns no aliats | R05200 (baix oxigen) i R05400 (oxigen estàndard) |
| Contingut de tàntal | 99,9% i més, equilibri tàntal |
| Densitat | uns. 16.6 g/cm³ |
| Punt de fusió | aproximadament . 2996 grau |
| Oxigen, màxim | 0,015 % en R05200; 0,030 % en R05400 |
| Nitrogen, màxim | 0.010 % |
| Carboni, màxim | 0.005 % |
| Hidrogen, màxim | 0.0015 % |
| Resistència a la tracció, recuit | uns 240 a 350 MPa |
| Elongació, recuit | 20% mínim |
| Conductivitat tèrmica | aprox.. 57 W/(m·K) |
| Interval de gruix | 0,1 mm a 50 mm |
L'oxigen i el nitrogen són els elements que decideixen com es comporta una placa de tàntal a la planta, perquè tots dos augmenten la duresa i redueixen l'allargament. Un comprador que tingui la intenció d'embutir o formar un component en fred ha d'especificar el grau d'oxigen baix-i sol·licitar les dades de duresa i mida del gra registrades al lot real que s'enviarà, en lloc d'acceptar una declaració genèrica de composició. La tolerància al gruix, la planitud, l'amplada i l'estat de les vores tallades són tan importants com la química, ja que determinen la quantitat de material que es desballa durant el tallat i la soldadura.
Aplicacions de processament químic
La placa de tàntal s'ha seleccionat per a plantes químiques perquè resisteix l'àcid clorhídric, l'àcid sulfúric, l'àcid nítric i molts àcids orgànics en amplis intervals de concentració i temperatura, i perquè tolera els coixinets de clor-i altres mitjans oxidants que ataquen la majoria dels metalls reactius. Els deures típics inclouen plaques de tubs d'intercanviador de calor i revestiments de carcassa, recipients del reactor i interiors de columna, termopous, escalfadors de baioneta, discs de ruptura i bobines de tubs revestides, on uns quants mil·límetres de tàntal separen el flux de procés d'un suport d'acer estructural més barat.
Plaques de tubs d'intercanviador de calor, deflectors i revestiments de carcassa per a servei àcid
Revestiments de reactors, eixos agitadors i tubs d'immersió en servei de hidrocloració i nitració
Thermowells, sondes de mostreig i mànigues de protecció d'instruments
Discs de ruptura i components d'alleujament de pressió que no s'han de corroir fins a fallar
S'han de respectar els límits del material: l'àcid fluorhídric, les mescles que contenen fluor-i els àlcalis concentrats calents ataquen el tàntal ràpidament i la fragilització de l'hidrogen es converteix en un risc per reduir fortament el servei àcid a temperatures elevades. Quan dominen aquestes condicions, el tàntal és simplement la barrera equivocada i el marge de corrosió no ho pot compensar.
Aplicacions aeroespacials, electròniques i mèdiques
En el treball aeroespacial, la placa de tàntal s'utilitza per a components de secció-calent, com ara revestiments de cambra de combustió, insercions de broquets, maquinari de la gola i suports estructurals d'alta-temperatura, on el seu punt de fusió i la seva ductilitat retinguda es combinen amb una baixa taxa d'evaporació a alta temperatura. En electrònica, el metall serveix com a objectiu de pols per a resistències de pel·lícula fina-i capes de barrera, com a components d'obtenció i blindatge en dispositius de buit i com a ajuda per a la sinterització en la indústria dels condensadors: la cadena de subministrament de pols està dominada pel tàntal, però els productes de plaques i làmines donen suport a l'equip que la processa.
La fabricació de dispositius mèdics consumeix plaques de tàntal no aliades per a implants, plaques cranials i marcadors radiogràfics, una ruta coberta per estàndards específics d'implant-com ara ASTM F560 en lloc de només per B708. De nou, el baix contingut intersticial i la traçabilitat verificada de la fosa són les propietats que més importen.
Fabricació, manipulació i control de qualitat
La soldadura de plaques de tàntal es realitza normalment mitjançant soldadura d'arc de tungstè amb gas inert en una atmosfera seca i controlada, amb un blindatge posterior i, per a les juntes crítiques, una guantera tancada. La contaminació de la piscina fosa per oxigen o nitrogen produeix una soldadura dura i trencadissa i és la causa més freqüent de fallada prematura en un recipient revestit de tàntal-. El tall es pot fer per mecanitzat, raig d'aigua o cisalla; el tall tèrmic introdueix una zona afectada per la calor-contaminada que s'ha d'eliminar triturant abans del servei.
La documentació de compra d'una-aplicació de barrera contra la corrosió ha d'incloure el número de calor, la designació estàndard aplicable, l'anàlisi química dels intersticials significatius, els resultats de les proves mecàniques, l'examen d'ultrasons o de penetrant de colorant quan s'acordi i un certificat d'origen. La placa destinada a equips a pressió també s'ha de subministrar amb registres dimensionals que permetin al fabricant reproduir el gruix del disseny després de la formació.
Preguntes freqüents
P: Quina diferència hi ha entre la placa de tàntal R05200 i R05400?
Els dos graus no aliats es diferencien principalment pel contingut màxim d'oxigen. R05200 és el grau d'oxigen més baix- amb una millor ductilitat i conformabilitat, mentre que R05400 permet més oxigen, cosa que augmenta la resistència i la duresa, però redueix la quantitat de treball en fred que acceptarà la placa.
P: Quins productes químics no s'han de manipular mai en equips de tàntal?
L'àcid fluorhídric, qualsevol solució que contingui ions fluorur lliures i les solucions càustiques concentrades calentes ataquen ràpidament el tàntal. La reducció forta del servei àcid a alta temperatura també crea un risc de captació i fragilitat d'hidrogen.
P: Quin gruix ha de tenir la placa de tàntal per al revestiment d'un vaixell?
Una placa fina d'aproximadament 0,5 mm a 2 mm és habitual per als revestiments, perquè el metall funciona com a barrera i no com a paret de càrrega-. L'acer del suport porta la pressió i el gruix del tàntal s'estableix mitjançant els requisits de conformació, soldadura i corrosió.
P: Es pot soldar la placa de tàntal a l'acer?
No directament. El tàntal forma fases intermetàl·liques fràgils amb l'acer, de manera que s'utilitza una junta de transició o un suport d'explosió-unit o connectat mecànicament, o el tàntal només es solda a si mateix i es manté contra la carcassa d'acer per altres mitjans.
P: Quina informació s'ha d'indicar en una comanda de placa de tàntal?
Indiqueu la designació estàndard i el grau, el gruix i la tolerància, l'amplada i la longitud, l'estat de la superfície i les vores, el tremp o el tractament tèrmic, els requisits de prova i si cal un examen ultrasònic interpass o final, juntament amb el paquet de documentació necessari per a l'aplicació final.
P: La placa de tàntal requereix un emmagatzematge especial?
Mantingueu-lo sec, separat de les eines d'acer per evitar la contaminació amb ferro i lliure de fluor{0}}tintes o etiquetes de marcatge. Els guants nets i les eines de manipulació específiques d'acer inoxidable o plàstic eviten la contaminació de la superfície que després provoca defectes de soldadura.