Kovina tantala: Lastnosti, stopnje ASTM B708 ​​in industrijske aplikacije

Tantal: Pregled elementov

Tantal je ognjevzdržna prehodna kovina s kemijskim simbolom Ta in atomskim številom 73, uvrščena v skupino 5 in obdobje 6 periodnega sistema. Njegova standardna atomska teža je 180,94788, kristalizira v tele-kubični mreži s središčem in je jekleno-siva, sijoča ​​trdna snov v svoji elementarni obliki. Tantal spada v isto skupino kot vanadij in niobij in si z niobijem deli lastnost, da ga najdemo skupaj v mešanih oksidnih rudah, kar je izvor večine zapletenosti dobave in rafiniranja.

Inženirsko vrednost kovine določata dve značilnosti. Prvič, je duktilen in primeren za obdelavo pri sobni temperaturi, zato ga je mogoče zviti v folijo, vlečeti v fino žico in upogniti, ne da bi počil. Drugič, tvori stabilen, samo{2}}celilni pasivni oksidni film, ki je odporen na širok spekter agresivnih kemičnih medijev, zaradi česar je standardni material za opremo za kemične procese.

Fizikalne in mehanske lastnosti

Navedene natezne trdnosti za žarjeno nelegirano tantalovo pločevino so v območju od 200 do 350 MPa z raztezkom nad 20 odstotkov, vrednosti pa se po hladni obdelavi znatno povečajo. Ker so lastnosti močno odvisne od intersticijske vsebnosti, je treba izdelek mlina vedno kupiti v skladu s priznano specifikacijo, kot je ASTM B708 ​​za plošče, pločevine in trakove, ASTM B521 za brezšivne in varjene cevi ali ASTM F560 za nelegirani tantal, namenjen za kirurške vsadke. Te specifikacije omejujejo ogljik, kisik, dušik in vodik, meja vodika pa je običajno največ 0,015 odstotka, ker je vodikova krhkost glavni način okvare tantala med uporabo.

Rude, pridobivanje in dobavna veriga

Tantal pridobivajo iz mineralne skupine kolumbita-tantalita, ki se običajno imenuje koltan, v kateri sta tantalov in niobijev oksid v trdni raztopini. Gospodarsko pomembna nahajališča najdemo v granitnih pegmatitih in v preperelih usedlinah v osrednji Afriki, Braziliji in Avstraliji. Zaradi kemijske podobnosti niobija in tantala je ločevanje težak korak: koncentrat rude raztopimo v kislem mediju-, ki vsebuje fluorid, tantal pa ločimo z ekstrakcijo s topilom ali ionsko izmenjavo, preden ga pretvorimo v kalijev heptafluorotantalat, K2TaF7.

Kovinski tantal se nato proizvede z natrijevo redukcijo K2TaF7 ali z elektrolizo staljene-soli, pri čemer nastane prah, ki se utrdi z vakuumskim sintranjem ali stopi v ingot s taljenjem z vakuumskim oblokom ali-elektronskim žarkom. Tantalov prah-razreda kondenzator je ločen proizvodni tok s strogo nadzorovano morfologijo in čistostjo delcev. Celotna veriga je dolga in zgoščena, koncentracija rudarjenja in rafiniranja pa je dobro-dokumentirano tveganje dobave za uporabnike kondenzatorjev in superzlitin.

Korozijsko obnašanje: Prednosti in meje

Zaradi pasivnega filma na tantalu je ta odporen na klorovodikovo kislino, dušikovo kislino in celo aqua regia pri okoljskih pogojih ter na žveplovo kislino do približno 150 C. Zato se tantal uporablja za zaščitne vdolbine, bajonetne grelnike, cevi izmenjevalnika toplote in obloge posod v kemičnih obratih, ki delajo z močnimi mineralnimi kislinami.

Meje te odpornosti morajo biti navedene prav tako jasno, ker je splošno napačno prepričanje, da je tantal kemično inerten, napačno in drago:

Fluorni mediji:fluorovodikova kislina, fluoridne soli in vse mešanice kislin, ki vsebujejo fluoridne ione, hitro napadejo tantal z uničenjem pasivnega filma. Naprave iz tantala nikoli ne smete uporabljati s tekočinami,-ki vsebujejo fluor.

Vroče koncentrirane alkalije:natrijev in kalijev hidroksid pri povišani temperaturi povzročata splošno korozijo.

Kadeča žveplova kislina (oleum):napad postane izrazit pri povišani temperaturi.

Visok{0}}temperaturni zrak:tantal hitro oksidira na zraku nad približno 300 C in postane krhek zaradi privzema kisika, zato ni strukturni material za vroč zrak ali oksidacijsko atmosfero peči. Potreben je vakuum ali visoko{2}}čista inertna atmosfera.

vodik:vodik se raztopi v tantalu in tvori krhke hidride, zato je vsebnost vodika določena pri največ 0,015 odstotka, uporaba -bogate z vodikom ali vodikov-sulfid pa je izključena.

Kje se uporablja tantal

Elektrolitski kondenzatorji:sintrane anode iz tantalovega prahu z dielektrikom iz tantalovega pentoksida zagotavljajo zelo visoko kapacitivnost na prostorninsko enoto in to ostaja največja posamezna uporaba te kovine.

Oprema za kemični proces:toplotni izmenjevalniki, stebri, zaščitne cevi in ​​obloge, izdelane iz tantalovih cevi in ​​pločevine po ASTM B521 in ASTM B708.

Medicinski vsadki:nelegirani tantal po ASTM F560 je biokompatibilen in radiokontakten, porozne strukture tantala pa se uporabljajo za vraščanje kosti v ortopedskih in hrbteničnih napravah.

Letalska in obrambna elektronika:visoko{0}}temperaturne komponente in razpršilne tarče za tanke plasti z visokim lomnim količnikom in odlično toplotno stabilnostjo.

Superzlitine in trde kovine:tantal je dodan superzlitinam na-osnovi niklja in kot tantalov karbid v cementiranih karbidih, kjer zavira rast zrn med sintranjem.

Korozijsko{0}}odporni pritrdilni elementi in laboratorijska oprema:majhni deli, izpostavljeni močnim kislinam v analitskih in procesnih okoljih.

Obdelava, obdelava in spajanje

Tantal hladno deluje na način, ki je bližje mehkemu bakru kot jeklu: draži se ob orodje, proizvaja neprekinjene žilaste odrezke in se obdeluje, zato se uporabljajo ostra orodja z visokim-pozitivnim-nagibom, izdaten pretok rezalne tekočine in lahki zaključni prehodi. Medstopenjsko žarjenje se izvede v visokem vakuumu ali inertnem plinu visoke -čistosti, da se prepreči prevzem kisika in vodika, raven vakuuma pa je treba preveriti pred vsakim ciklom, ker je preostala vodna para sama po sebi vir vodika. Tantalova pločevina in cev sta spojeni z obločnim varjenjem s plinskim volframom ali varjenjem z elektronskim -žarkom pod inertnim ščitom, z enako disciplino čistoče, ki velja za titan: razmaščene površine, brez kontaminacije z železom in nadzorovana čistost zaščitnega plina. Hladno{7}}obdelani deli so običajno razbremenjeni pred varjenjem, da se prepreči razpoke v toplotno-območju.

pogosta vprašanja

V: Ali je tantal isto kot koltan?
Koltan je neuradno ime skupine kolumbitov-tantalitov, ki vsebuje tantal in niobij; tantal je prečiščena kovina, pridobljena iz te rude.

V: Zakaj se tantal uporablja v kondenzatorjih?
Njegov anodiziran pentoksidni film je izjemno tanek in stabilen, kar daje visoko kapacitivnost na enoto prostornine in prostorninsko-učinkovite kondenzatorje za elektroniko.

V: Ali se lahko tantal uporablja s klorovodikovo kislino?
Da, klorovodikova kislina pri sobni in zmerni temperaturi je standardna storitev tantala, če medij ne vsebuje fluoridnih ionov in pogojev za -generiranje vodika.

V: Ali je tantal bolje odporen na nizke ali visoke temperature?
Odličen je pri nizkih temperaturah, ostaja duktilen in ima tališče 3017 C, vendar v oksidativni atmosferi nad približno 300 C postane krhek zaradi prevzema kisika, zato je za visoko{2}}temperaturno uporabo potreben vakuum ali inertni plin.

V: Kakšna je običajna meja vodika za tantal?
Običajne specifikacije mlina omejijo vodik na največ 0,015 odstotka, ker absorbirani vodik tvori krhke hidride.

V: Ali je tantal magneten?
Ne. Tantal je paramagneten, z zelo šibkim odzivom, kar je eden od razlogov, da je združljiv z okolji za slikanje z magnetno resonanco.