Танталовая пластина: тугоплавкий металл, созданный для агрессивных условий эксплуатации
Танталовые пластины производятся путем плавления тантала высокой-чистоты, а затем ковки и прокатки слитка в лист и пластину с промежуточным вакуумным отжигом для контроля зернистой структуры, твердости и плоскостности. Металл имеет объемно-центрированную кубическую решетку, плотность около 16,6 г/см³ и температуру плавления, близкую к 2996 градусам, поэтому он сохраняет полезную прочность при температурах, при которых многие марки нержавеющей стали и никеля уже ползут. Его настоящее отличие, однако, химическое: тонкая пассивная оксидная пленка мгновенно образуется на воздухе и восстанавливается-после механического повреждения, поэтому относительно тонкая танталовая пластина используется в качестве коррозионного барьера в оборудовании, а не как элемент конструкции.
Лист поставляется в полностью отожженном,-отожженном или-прокатном состоянии, обрезанном до нужного размера или оставленном с фрезерованными кромками, а также может поставляться с протравленной, блестящей-отожженной или обработанной на станке поверхностью в зависимости от последующего метода соединения. Поскольку нелегированный тантал остается пластичным при комнатной температуре, его можно резать, сверлить, вращать, глубоко вытягивать и сваривать без предварительного нагрева, при условии, что рабочая зона содержится в чистоте, а горячий металл защищен от кислорода и азота.
Типичные характеристики нелегированной танталовой пластины
| Свойство | Типичное значение или предел |
|---|---|
| Форма продукта и стандарт | Нелегированные танталовые пластины, листы и полосы по ASTM B708. |
| Обычные нелегированные сорта | R05200 (низкий уровень кислорода) и R05400 (стандартный кислород) |
| Содержание тантала | 99,9 % и выше, остальное тантал |
| Плотность | примерно. 16.6 г/см³ |
| Температура плавления | приблизительно. 2996 градус |
| Кислород, максимум | 0,015 % в рублях 05200; 0,030 % в рублях 05400 |
| Азот, максимум | 0.010 % |
| Углерод, максимум | 0.005 % |
| Водород, максимум | 0.0015 % |
| Прочность на разрыв, отожженный | около 240–350 МПа |
| Удлинение, отожженное | 20 % минимум |
| Теплопроводность | приблизительно . 57 Вт/(м·К) |
| Диапазон толщины | от 0,1 мм до 50 мм |
Кислород и азот — это элементы, которые определяют, как танталовая пластина будет вести себя в цеху, поскольку оба повышают твердость и уменьшают удлинение. Покупатель, который намеревается выполнить глубокую вытяжку или холодную формовку компонента, должен указать низкий-класс содержания кислорода и запросить данные о твердости и размере зерен, записанные на фактической партии, которая будет отправлена, а не принимать общее описание состава. Допуск по толщине, плоскостность, ширина и состояние кромок реза имеют такое же значение, как и химический состав, поскольку они определяют, сколько материала будет утилизировано во время вырубки и сварки.
Применение химической обработки
Танталовую пластину выбирают для химического завода, поскольку она устойчива к соляной, серной, азотной кислоте и многим органическим кислотам в широком диапазоне концентраций и температур, а также потому, что она выдерживает хлор-содержащие и другие окислительные среды, которые разрушают большинство химически активных металлов. Типичные обязанности включают трубные решетки и футеровку корпуса теплообменника, корпуса реакторов и внутренние детали колонн, защитные гильзы, байонетные нагреватели, разрывные мембраны и футерованные трубные катушки, где несколько миллиметров тантала отделяют технологический поток от более дешевой основы из конструкционной стали.
Трубные решетки, перегородки и футеровка теплообменников для кислотной среды
Футеровки реакторов, валы мешалок и погружные трубы при гидрохлорировании и нитровании
Защитные гильзы, пробоотборники и защитные чехлы для инструментов
Разрывные мембраны и компоненты сброса давления, которые не должны подвергаться коррозии и приводить к поломке.
Необходимо учитывать ограничения материала: плавиковая кислота, смеси,-содержащие фторид, и горячие концентрированные щелочи быстро разрушают тантал, а водородное охрупчивание становится риском при сильном снижении кислотной эксплуатации при повышенной температуре. Там, где эти условия преобладают, тантал просто является неправильным барьером, и допуск на коррозию не может его компенсировать.
Аэрокосмическая промышленность, электроника и медицина
В аэрокосмической промышленности танталовая пластина используется для изготовления компонентов горячей-секции, таких как гильзы камеры сгорания, вставки сопел, горловина и высокотемпературные-конструкционные кронштейны, где ее температура плавления и сохраняемая пластичность сочетаются с низкой скоростью испарения при высокой температуре. В электронике металл служит мишенью для распыления тонкопленочных резисторов и барьерных слоев, геттерными и экранирующими компонентами в вакуумных устройствах, а также вспомогательным средством для спекания в конденсаторной промышленности: в цепочке поставок порошка преобладает тантал, но пластины и листовые изделия используются в оборудовании, которое его обрабатывает.
При производстве медицинского оборудования используются нелегированные танталовые пластины для имплантатов, краниальные пластины и рентгенографические маркеры, и этот путь регулируется стандартами,-специфичными для имплантатов, такими как ASTM F560, а не только B708. И здесь наиболее важными свойствами являются низкое содержание внедрения и проверенная прослеживаемость расплава.
Изготовление, обработка и контроль качества
Сварка танталовых пластин обычно выполняется с помощью вольфрамовой дуговой сварки в инертном газе в сухой контролируемой атмосфере с использованием скользящего щитка и, для критических соединений, закрытого перчаточного бокса. Загрязнение расплавленной ванны кислородом или азотом приводит к образованию твердого и хрупкого сварного шва и является наиболее распространенной причиной преждевременного выхода из строя сосудов с футеровкой из тантала-. Резку можно производить путем механической обработки, гидроабразивной резки или резки; При термической резке образуется загрязненная зона-теплового воздействия, которую необходимо удалить шлифовкой перед обслуживанием.
Документация на покупку антикоррозионного-барьера должна включать номер плавки, применимое стандартное обозначение, химический анализ существенных междоузлий, результаты механических испытаний, ультразвукового или проникающего контроля, если это согласовано, а также сертификат происхождения. Плита, предназначенная для оборудования, работающего под давлением, также должна снабжаться размерными документами, позволяющими изготовителю воспроизвести расчетную толщину после формовки.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: В чем разница между танталовыми пластинами R05200 и R05400?
Два нелегированных сорта отличаются главным образом максимальным содержанием кислорода. R05200 — марка с более низким-кислородным содержанием, обладающая лучшей пластичностью и формуемостью, в то время как R05400 пропускает больше кислорода, что повышает прочность и твердость, но уменьшает объем холодной обработки, которую выдерживает пластина.
Вопрос: Какие химические вещества никогда не следует использовать в танталовом оборудовании?
Плавиковая кислота, любой раствор, содержащий свободные ионы фтора, а также горячие концентрированные растворы каустика быстро разрушают тантал. Сильное снижение кислотной работы при высокой температуре также создает риск поглощения водорода и охрупчивания.
Вопрос: Какой толщины должна быть танталовая пластина для облицовки сосуда?
Для облицовки обычно используется тонкая пластина толщиной примерно от 0,5 до 2 мм, поскольку металл работает как барьер, а не как несущая-стена. Сталь-основа выдерживает давление, а толщина тантала определяется требованиями к формовке, сварке и припускам на коррозию.
Вопрос: Можно ли приварить танталовую пластину к стали?
Не напрямую. Тантал образует хрупкие интерметаллические фазы со сталью, поэтому используется переходное соединение, -скрепленная взрывом или механически прикрепленная основа, или тантал приваривается только к самому себе и удерживается на стальной оболочке другими способами.
Вопрос: Какую информацию следует указывать в заказе на танталовую пластину?
Укажите стандартное обозначение и класс, толщину и допуск, ширину и длину, состояние поверхности и кромки, отпуск или термическую обработку, требования к испытаниям, а также необходимость проведения промежуточного или окончательного ультразвукового контроля, а также пакет документации, необходимый для конечного применения.
Вопрос: Требует ли танталовая пластина специального хранения?
Храните его в сухом месте, отдельно от стальных инструментов во избежание загрязнения железом, а также без фторсодержащих-маркировочных чернил и этикеток. Чистые перчатки и специальные инструменты из нержавеющей или пластиковой стали предотвращают загрязнение поверхности, которое впоследствии приводит к дефектам сварных швов.