Метал тантал: својства, АСТМ Б708 класе и индустријске примене

Тантал: Преглед елемената

Тантал је ватростални прелазни метал са хемијским симболом Та и атомским бројем 73, смештен у групу 5 и период 6 периодног система. Његова стандардна атомска тежина је 180,94788, кристалише се у кубичној решетки-центрираној на тело, и то је челична-сива, сјајна чврста материја у свом елементарном облику. Тантал припада истој групи као ванадијум и ниобијум и дели са ниобијумом својство да се налази заједно у мешовитим оксидним рудама, што је порекло највеће сложености снабдевања и прераде.

Две карактеристике дефинишу инжењерску вредност метала. Прво, дуктилна је и обрадива на собној температури, тако да се може умотати у фолију, повући у фину жицу и савијати без пуцања. Друго, формира стабилан,-самозацељив пасивни оксидни филм који је отпоран на широк спектар агресивних хемијских медија, што га чини стандардним материјалом за опрему за хемијске процесе.

Физичка и механичка својства

Пријављене затезне чврстоће за жарени лим од нелегираног тантала су у подручју од 200 до 350 МПа са издужењем изнад 20 процената, а вредности се значајно повећавају након хладног рада. Пошто својства у великој мери зависе од интерстицијалног садржаја, производ за млевење увек треба да се купује у складу са признатим спецификацијама као што је АСТМ Б708 за плоче, лим и траку, АСТМ Б521 за бешавне и заварене цеви или АСТМ Ф560 за нелегирани тантал намењен хируршким имплантатима. Те спецификације ограничавају угљеник, кисеоник, азот и водоник, а граница водоника је обично максимално 0,015 процената јер је кртост водоником главни начин квара тантала у употреби.

Руде, вађење и ланац снабдевања

Тантал се добија из минералне групе колумбита-танталита, која се обично назива колтан, у којој се оксиди тантала и ниобијума налазе у чврстом раствору. Економски значајна лежишта налазе се у гранитним пегматитима и у истрошеним наслагама у централној Африци, Бразилу и Аустралији. Због хемијске сличности ниобијума и тантала, одвајање је тежак корак: концентрат руде се раствара у киселом медијуму који садржи флуорид-, а тантал се одваја екстракцијом растварача или изменом јона пре него што се конвертује у калијум хептафлуоротанталат, К2ТаФ7.

Метални тантал се затим производи редукцијом К2ТаФ7 натријумом, или електролизом истопљене-соли, дајући прах који се или консолидује вакуумским синтеровањем или топи у ингот вакуумским луком или топљењем електронским-снопом. Тантал у праху типа кондензатор{5}} је засебан ток производа са строго контролисаном морфологијом честица и чистоћом. Целокупни ланац је дуг и концентрисан, а концентрација и рударства и прераде је добро-документован ризик снабдевања за кориснике кондензатора и суперлегура.

Понашање корозије: снаге и границе

Пасивни филм на танталу чини га отпорним на хлороводоничну киселину, азотну киселину, па чак и на водену воду у условима околине, као и на сумпорну киселину до отприлике 150 Ц. Због тога се тантал користи за термогуме, бајонетне грејаче, цеви измењивача топлоте и облоге посуда у хемијским постројењима која рукују јаким минералним киселинама.

Границе тог отпора морају се исто тако јасно навести, јер је уобичајено погрешно схватање да је тантал хемијски инертан погрешно и скупо:

Флуоридни медији:флуороводонична киселина, флуоридне соли и било која мешавина киселина која садржи флуоридне јоне брзо нападају тантал уништавањем пасивног филма. Опрема са танталом се никада не сме користити са течностима које-садрже флуор.

Вруће концентроване алкалије:натријум и калијум хидроксид на повишеној температури изазивају општу корозију.

Димљива сумпорна киселина (олеум):напад постаје значајан на повишеној температури.

Висока{0}температура ваздуха:тантал брзо оксидира на ваздуху изнад отприлике 300 Ц и постаје крт због узимања кисеоника, тако да није структурни материјал за врући ваздух или оксидирајућу атмосферу пећи. Потребне су вакуумске или-инертне атмосфере високе чистоће.

водоник:водоник се раствара у танталу и формира крхке хидриде, тако да је садржај водоника одређен на максимално 0,015 процената, а услуга богата водоником-или водоник-сулфидом је искључена.

Где се користи тантал

Електролитички кондензатори:синтероване аноде тантал у праху са диелектриком од тантал пентоксида испоручују веома висок капацитет по јединици запремине, и ово остаје највећа појединачна примена метала.

Опрема за хемијске процесе:измењивачи топлоте, стубови, заштитни омотачи и облоге изграђене од танталске цеви и лима према АСТМ Б521 и АСТМ Б708.

Медицински имплантати:нелегирани тантал према АСТМ Ф560 је биокомпатибилан и радиопровидан, а порозне структуре тантала се користе за урастање костију у ортопедским и кичменим уређајима.

Ваздухопловство и одбрамбена електроника:високо{0}}компоненте и мете за распршивање за танке филмове са високим индексом преламања и одличном термичком стабилношћу.

Суперлегуре и тврди метали:тантал се додаје суперлегурама на бази никла- и као тантал карбид у цементираним карбидима, где инхибира раст зрна током синтеровања.

Причвршћивачи{0}}отпорни на корозију и лабораторијски прибор:мали делови изложени јаким киселинама у аналитичким и процесним срединама.

Рад, обрада и спајање

Тантал на хладан начин ради на начин ближи меком бакру него челику: жуља од алата, производи непрекидне жилаве струготине и обрађује се стврдњава, тако да се користе оштри алати са високим-позитивним-грабљањем, издашан проток течности за сечење и лагани завршни пролази. Међустепено жарење се изводи у високом вакууму или инертном гасу високе - чистоће како би се спречило прикупљање кисеоника и водоника, а ниво вакуума се мора проверити пре сваког циклуса јер је заостала водена пара сама по себи извор водоника. Тантални лим и цев се спајају заваривањем гасним волфрамовим луком или електронским- заваривањем под инертном заштитом, са истом дисциплином чистоће која се примењује на титанијум: одмашћене површине, без контаминације гвожђем и контролисана чистоћа заштитног гаса. Хладно{7}}обрађени делови се обично ослобађају од напрезања пре заваривања како би се избегло пуцање у зони -захваћеном топлотом.

ФАК

П: Да ли је тантал исто што и колтан?
Колтан је неформални назив групе руде колумбита{0}}танталита која садржи и тантал и ниобијум; тантал је рафинисани метал добијен из те руде.

П: Зашто се тантал користи у кондензаторима?
Његов анодизирани пентоксидни филм је изузетно танак и стабилан, што даје висок капацитет по јединици запремине и запремински{0}}ефикасне кондензаторе за електронику.

П: Да ли се тантал може користити са хлороводоничном киселином?
Да, хлороводонична киселина на собној и умереној температури је стандардна услуга тантала, под условом да медијум не садржи јоне флуорида и услове за стварање водоника{0}}.

П: Да ли тантал боље подноси ниске или високе температуре?
Одличан је на ниским температурама, остаје дуктилан и има тачку топљења од 3017 Ц, али у оксидирајућим атмосферама изнад отприлике 300 Ц постаје крт због сакупљања кисеоника, тако да употреба на високим{2}}температурама захтева вакуум или инертни гас.

П: Која је нормална граница водоника за тантал?
Уобичајене спецификације за млин ограничавају водоник на максимално 0,015 процената, јер апсорбовани водоник формира крхке хидриде.

П: Да ли је тантал магнет?
Не. Тантал је парамагнетичан, са веома слабим одзивом, што је један од разлога што је компатибилан са окружењима за снимање магнетном резонанцом.