Tantal A Slitiny Tantalu Tyče

Výrobní proces tyčí z tantalu a tantalových slitin je velmi složitý a zahrnuje několik přesných postupů. Vyžaduje také přísnou kontrolu nad čistotou surovin, přesností zařízení a procesních parametrů. Hlavní důvod spočívá ve fyzikálních a chemických vlastnostech samotného tantalu (jako je vysoká teplota tání, vysoká chemická aktivita a snadná oxidace), stejně jako požadavky na „vysokou čistotu, vysokou přesnost a vysoký výkon“ pro tyče v navazujících oborech (jako je elektronika, lékařství, letectví). Složitost procesu je dále rozdělena do čtyř hlavních fází: příprava suroviny, zpracování plastů, konečná úprava a kontrola kvality.

 

1. Fáze přípravy suroviny: Hlavním problémem je kontrola vysoké čistoty
Suroviny pro výrobu tantalových tyčí a tyčí z tantalových slitin je třeba čistit z „tantalového koncentrátu“ na „tantalový prášek vysoké{0}}čistoty“ a poté zpracovat práškovou metalurgií na „tantalové sochory“. Tato fáze je základem pro následné procesy a obtíže spočívají v kontrole čistoty a zhušťování předvalků.
Čištění tantalového koncentrátu: Odstraňte nečistoty na úroveň ppm
Přírodní koncentrát tantalu (jako je tantalit) obsahuje nečistoty, jako je titan, niob, wolfram a křemík. Je třeba jej vyčistit procesem „rozpouštění kyseliny - extrakce - zpětné extrakce“:
Tantalový koncentrát se rozpustí ve směsi kyseliny fluorovodíkové a kyseliny sírové za vzniku kyseliny fluorotantalové (H2TaF7);
K separaci tantalu a niobu používejte extrakční činidla, jako je methylisobutylketon (MIBK) (jejich chemické vlastnosti jsou velmi podobné a účinnost extrakce musí být vyšší než 99,99 %);
Reverzní extrakce poskytuje vysoce čistý roztok kyseliny fluorotantalové, který je poté podroben zpracování amoniakem, kalcinaci a redukci vodíku, což nakonec vede k tantalovému prášku s čistotou přes 99,95 % (třída 4N); (pro elektronický stupeň musí být stupeň 5N, tj. 99,999 %).
Problémy: Obsah nečistot je třeba kontrolovat pod 10 ppm (jako je obsah niobu menší nebo rovný 5 ppm), jinak to vážně ovlivní vodivost a odolnost proti korozi následujících tyčí.

Blanking práškovou metalurgií: Vyhýbání se pórům a nerovnoměrnému složení
Tantalový prášek vysoké{0}}čistoty je třeba zpracovat na hustý tantalový ingot (běžně známý jako „tantalový ingot“) pomocí „lisování - slinování, které poskytuje základ pro následné zpracování plastů:
Izostatické lisování za studena: Tantalový prášek se naplní do elastické formy a lisuje se pod tlakem 150-200 MPa za vzniku "zeleného bloku" (s hustotou 60%-70% teoretické hustoty);
Vakuové slinování: Slinujte tantalový prášek v prostředí vysokého vakua (stupeň vakua menší nebo roven 1 × 10⁻³ Pa) po dobu 10-20 hodin, což umožňuje částicím tantalového prášku difundovat a spojovat a nakonec vytvořit tantalový blok s relativní hustotou větší nebo rovnou 98 % (pokud se používá pro niklové slitiny, slitiny, slitiny, slitiny). před lisováním smíchat v poměru k zajištění jednotného složení).
Problémy: Teplota slinování musí být přesně řízena (příliš nízká teplota způsobí uvolnění sochoru a příliš vysoká teplota bude mít za následek hrubá zrna); Vakuové prostředí musí být přísně izolováno od kyslíku (tantal je náchylný ke slučování s kyslíkem při vysokých teplotách za vzniku oxidovaného tantalu, což způsobuje, že sochor zkřehne).
II. Fáze zpracování plastů: Překonání vysoké tvrdosti a mechanického zpevnění, zajištění rozměrové přesnosti
Teplota tání tantalu je až 2996 stupňů. Při pokojové teplotě má vysokou tvrdost a je náchylný k „pracovnímu zpevnění“ (po plastické deformaci tvrdost rychle stoupá, což vyžaduje časté změkčování). Plastické zpracování tyče je proto třeba provádět kombinací "vícenásobných průchodů zpracování za tepla + zpracování za studena", postupným válcováním tantalového předvalku do tyče cílového průměru. Hlavní problém spočívá v regulaci teploty a rovnoměrné deformaci.
Tepelné zpracování: Prolomení omezení vysokého bodu tání, dosažení počátečního tvarování
Účelem tepelného zpracování je válcování velkých-tantalových předvalků na malé-průměry „odpadních tyčí“. Běžným procesem je „kování za tepla + válcování za tepla“:
Kování za tepla: Zahřejte tantalový předvalek na 1200-1400 stupňů (rekrystalizační teplota tantalu je přibližně 1000 stupňů a musí být vyšší než tato teplota, aby se zabránilo mechanickému zpevňování). Poté je na hydraulickém lisu vykován do válcového sochoru (velikost deformace během kování musí být řízena v rozmezí 30%-50%, aby se zabránilo praskání sochoru);
Válcování za tepla: Kovaný předvalek zahřejte na 1100-1300 stupňů a poté jej srolujte do „za tepla válcované tyče“ o průměru 20–50 mm (množství redukce na jeden průchod by mělo být menší nebo rovné 15 % a musí být vybaven online systém měření teploty, aby se zabránilo odchylkám velikosti způsobeným kolísáním teploty).
Výzvy: Tepelné zpracování musí být prováděno pod ochranou inertních plynů (jako je argon) (tantal je náchylný k oxidaci při vysokých teplotách); Zařízení musí odolat vysokým teplotám a vysokým tlakům (materiál válce by měl být žáruvzdorná -slitina, jako je ocel H13).

Zpracování za studena: Zvyšuje přesnost a kvalitu povrchu, odstraňuje vady
Rozměrová přesnost (±0,5 mm) a drsnost povrchu (Ra Větší nebo rovna 6,3 μm) za tepla-válcovaných tyčí nemůže splnit následné požadavky. Proto je třeba je dále zpracovávat „tažením za studena / válcováním za studena“:
Meziměkčení: Před zpracováním za studena je třeba za tepla{0}}válcované tyče vyžíhat ve vakuu při 1000–1200 stupních (s dobou výdrže 2–4 hodiny), aby se eliminovalo ztvrdnutí způsobené předchozím zpracováním a obnovila se plasticita;
Tažení za studena: Po žíhání prochází tyč diamantovou formou (s průměrem otvoru formy o něco menším, než je průměr tyče) a používá se tažný stroj k aplikaci tahu při pokojové teplotě, aby tyč prošla otvorem formy a postupně zmenšovala průměr na cílovou velikost (například průměr tyčí elektronické -třídy musí být menší nebo roven 5 mm, s přesností 5 mm);
Vícenásobné průchody: Vzhledem ke značnému zpevnění tantalu při zpracování musí být velikost deformace každého průchodu řízena na 10 %-20 %. Tento proces je třeba opakovat "žíhání - tažení" 3-5krát, aby se nakonec dosáhlo cílové velikosti a drsnosti povrchu (Ra menší nebo rovno 0,8μm).
Úkoly: Formy pro tažení za studena vyžadují extrémně vysokou tvrdost (vyrobené z diamantu nebo kubického nitridu boru), což je nákladné; velikost deformace každého průchodu je třeba přesně vypočítat; jinak se lišta může „zkosit“ nebo mít povrchové trhliny.

V navazujících průmyslových odvětvích (jako je zdravotnictví, letecký průmysl) existují přizpůsobené požadavky na mechanické vlastnosti (pevnost, houževnatost) a odolnost proti korozi tyčí z tantalové slitiny. Je nutná další optimalizace prostřednictvím konečné úpravy a tepelného zpracování:
Konečná úprava: Zvyšte rozměrovou přesnost a čistotu povrchu
Bezhroté broušení: Proveďte bezhroté broušení na tyči po tažení za studena, abyste řídili přesnost průměru v rozmezí ±0,01 mm a snížili drsnost povrchu na Ra menší nebo rovnou 0,4 μm;
Čištění a pasivace: Vyčistěte povrch tyče směsí kyseliny dusičné a kyseliny fluorovodíkové, abyste odstranili zbytky oleje a oxidových vrstev a vytvořili hustý oxidový film (Ta205) pro zlepšení odolnosti proti korozi;
Řezání a rovnání: Dlouhou tyč uřízněte na specifikovanou délku (např. 1-3 m) podle požadavků zákazníka a eliminujte ohýbání pomocí rovnacího stroje, aby byla zajištěna přímost menší nebo rovna 0,1 mm/m.
Přizpůsobené tepelné zpracování: Upravte mechanické vlastnosti
Úprava roztoku: Tyče z tantalové slitiny (jako je slitina Ta-Nb) je zahřejte ve vakuu na 1500–1800 stupňů a rychle je ochlaďte, aby se prvky slitiny homogenizovaly a zvýšila se pevnost;
Úprava stárnutím: Některé slitiny (například slitina Ta{0}}W) je třeba udržovat při teplotě 800-1000 stupňů po dobu 10–15 hodin, aby se vysrážely částice druhé fáze a dále se zvýšila tvrdost (až na HV 300 nebo více);
Níz
Výzvy: Parametry tepelného zpracování musí být přesně sladěny se složením slitiny a následnými požadavky (např. tantalové tyče pro lékařské implantáty potřebují nízkou tvrdost a vysokou houževnatost, takže je třeba snížit teplotu žíhání; tyče pro letecký-třídu potřebují vysokou tvrdost, takže je třeba zvýšit teplotu stárnutí).

IV. Fáze kontroly kvality: Přísně kontrolujte celý proces, abyste odstranili vady

Následné aplikace tantalu a tyčí z tantalových slitin často zahrnují "klíčové komponenty" (jako jsou lopatky leteckých motorů, srdeční stenty) a nevyhovující kvalita může vést k vážným bezpečnostním nehodám. Proto fáze kontroly pokrývá celý proces a má extrémně vysoké standardy:
Testování součástí: Pomocí ICP-MS (hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem) zjistěte obsah nečistot a ujistěte se, že čistota odpovídá standardům (například celkový obsah nečistot v tantalových tyčích elektronické -třídy by měl být menší nebo roven 10 ppm);
Testování mechanického výkonu: Vzorek pro testy tahu (ke zjištění pevnosti v tahu, meze kluzu, poměr prodloužení), testy tvrdosti (HV nebo HRC), aby bylo zajištěno splnění požadavků zákazníka (například míra prodloužení u tantalových tyčí lékařské{0}}třídy by měla být větší nebo rovna 20 %);
Ne-destruktivní testování: Použijte ultrazvukovou detekci vad (ke zjištění vnitřních trhlin a pórů), detekci vad způsobených vířivými proudy (k detekci povrchových vad), abyste zajistili, že tyče nemají žádné vnitřní nebo povrchové vady;

Testování rozměrů a povrchu: Pro zjištění přesnosti průměru použijte laserový přístroj na měření průměru, pro zjištění hodnoty Ra použijte přístroj na měření drsnosti povrchu a pro pozorování velikosti zrn použijte metalografický mikroskop (pro zajištění stejnoměrných zrn a bez abnormálního růstu).
Hlavním důvodem složitého procesu výroby tyčí z tantalu a tantalových slitin
Výrobní proces tyčí z tantalu a tantalové slitiny je složitý, v zásadě je řízen „vlastnostmi materiálu“ a „požadavky na použití“:
Omezení materiálových charakteristik: Vysoká teplota tání, vysoká chemická aktivita a snadné mechanické zpevnění tantalu vedou k potřebě speciálního vybavení (vakuové pece, vysokoteplotní válcovací stolice, diamantové formy) a přísné kontroly životního prostředí (ochrana inertním plynem, vysoké vakuum) pro každý proces (jako je spékání, zpracování za tepla, tažení za studena);
Extrémně přísné následné požadavky: Elektronický průmysl vyžaduje vysokou čistotu (třída 5N), nízký měrný odpor, lékařský průmysl vyžaduje vysokou biokompatibilitu a žádné nečistoty, letecký průmysl vyžaduje vysokou tvrdost a odolnost vůči vysokým teplotám. Tyto požadavky nutí proces zpřesnit (jako je vícenásobné žíhání, přizpůsobené tepelné zpracování, úplné -nedestruktivní testování procesu-).
Proto výroba tyčí z tantalu a tantalových slitin vyžaduje extrémně vysokou technickou akumulaci (jako je optimalizace parametrů procesu), investice do zařízení (investice do jedné výrobní linky přesahuje 100 milionů juanů) a možnosti kontroly kvality. Na celém světě existuje jen málo podniků s vyspělými výrobními schopnostmi (jako je Cabot ve Spojených státech, Dongfang Tantalum v Číně), což dále dokazuje složitost procesu.

Populární Tagy: tantalové a tantalové slitinové tyče, Čína výrobci tantalových a tantalových slitinových tyčí, dodavatelé, továrna