钽钨合金材料.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划钽钨合金材料　　钽钨合金(tantalumtungstenalloys)　　以钽为基加入一定量钨元素形成的钽合金钽和钨构成的Ta—W二元系合金为无限固溶体随钨含量的增加，合金的强度随之增大，但超过12％～14％(原子分数)时，再结晶合金的塑性将显著降低(见图)美国工业生产的钽钨合金有、和Ta-10W这些钽合金保持了纯钽的低温塑性，又具有较高的强度和抗氧化性能20世纪60年代以后，钽钨合金作为高温结构材料和耐蚀材料用于航天工业和化学工业1979年，中国研制的Ta-10W合金投入工业生产　　钨含量对再结晶钽伸长率的影响(纵坐标为伸长率／％)　　性质包括化学性质和力学性能　　(1)化学性质钽钨合金抗常用酸(盐酸、硝酸、硫酸、王水等)的腐蚀，在硫酸中的腐蚀速率如表1所示　　(2)力学性能如表2所示　　力学性能　　制备方法主要采用两次以上真空电子束熔炼或真空电弧熔炼制备锭坯，然后采用在1200℃以上温度锻造或挤压开坯，在500℃以下进行轧制、拉拔等，可制成板材、棒材、线材、管材等产品　　切削、焊接、热处理和涂层与钽合金相同。

　　用途由于钽钨合金的强度高于纯钽，而耐蚀性与纯钽相似，因而在化学工业和航天工业上得到了重要应用Ta－合金主要用于制造加热器、冷却盘管、热交换器和反应器等Ta－合金主要用作化学腐蚀设备中的弹簧材料和其他耐蚀弹性元件由于钽和钽合金的电位较高，在与其他金属接触时变成阴极，容易吸收原子氢使金属钽和钽合金变脆因此，用于制造化工设备时，必须防止它变成阴极Ta－10W合金可用作燃气温度在3300℃以上的液体火箭发动机推力燃烧室、高温真空炉发热体等高温部件　　钽钨铪合金(tantalumtungstenhafniumalIoys)　　以钽为基加入一定量的钨和铪而形成的钮合金它是在钽钨合金的基础上发展起来的活性元素铪与间隙元素氧和碳生成弥散的HfO2和HfC粒子，提高合　　金的蠕变强度和抗碱金属的腐蚀能力钽钨铪合金有良好的塑性加工性和焊接性，在93～1426C温度区间有优异的长时热稳定性和较高的蠕变强度1960～1963年，美国研制成功Ta-8W-2Hf和合金钽钨铪合金按强化方式分成固溶强化合金和弥散强化合金性质钽钨铪合金的力学性能如表1和表2所表示　　l　　制备方法一般采用钽钨合金烧结条，经两次以上电子熔炼制成钽钨中间合金，然后将铪加入，经过两次真空自耗电弧熔炼制备锭坯。

通常，锭坯在1200℃以上温度进行锻造或挤压开坯，500℃以下进行轧制、拉拔等塑性加工，可制备管材、板材、棒材、线材等产品；还可在室温下进行落料、冲压、剪切、弯曲、旋压、深拉等成形加工　　用途钽钨铪合金与大多数同位素和核燃料的相容性能良好，抗熔融碱金属的腐蚀，用于制造空间核发电系统中的熔融钠和钠钾合金压力管、高温核反应堆中的燃料包套和Pu238放射性同位素舱、高温空气舱等构件　　铌钽钨合金(niobiumtantalumtungstenalloys)　　以铌为基加入一定量的钽和钨等元素形成的铌合金这类合金有较高的高温抗拉强度和抗蠕变变形的能力，在宇航飞行器上有重要用途这类合金的形成过程是往铌中加入跟铌形成无限互溶的钽和钨，就得到典型的Nb-10W-10Ta合金为了充分利用固溶强化合金易于加工的特点，可进一步添加固溶元素的含量，就得到Nb-15W-20Ta-15Mo合金为进一步提高合金的高温强度和抗蠕变性能，再往Nb-Ta-W系合金中添加少量的活性元素锆，使锆与基体中的氧和碳形成弥散的ZrO2和ZrC粒子，这样就得到弥散强化的Nb-10W-28Ta-1Zr合金这类合金通常　　采用电子束熔炼和真空电弧熔炼方法制备锭坯，用常规的塑性加工技术，可制成板、带、棒、线和锻件等材料，供制造核反应堆构件、宇宙飞行器、高性能喷气发动机涡轮叶片、导弹零件等之用。

　　性能中国生产的铌钽钨合金的塑性和高温力学性能列于表1和表2　　?元素概述　　钽的质地十分坚硬，硬度可以达到它的熔点高达2996℃，仅次于碳，钨，铼和锇，位居第五钽富有延展性，可以拉成细丝式制薄箔其热膨胀系数很小，每升高一摄氏度只膨胀百万分之六点六除此之外，它的韧性很强，比铜还要优异　　?化学性质　　钽还有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应但钽在热的浓硫酸中能被腐蚀，在150℃以下，钽不会被浓硫酸腐蚀，只有在高于此温度才会有反应，在175度的浓硫酸中1年，被腐蚀的厚度为毫米，将钽放入200℃的硫酸中浸泡一年，表层仅损伤毫米在250度时，腐蚀速度有所增加，为每年被腐蚀的厚度为毫米，在300度时，被腐蚀的速度则更加快，浸泡1年，表面被腐蚀毫米在发烟硫酸腐蚀速度比浓硫酸中更加严重，在130度的该溶液里浸泡1年，表面被腐蚀的厚度为毫米钽在高温下也会被磷酸腐蚀，但该反应一般在150度以上才发生，在250度的85%的磷酸中，浸泡1年，表面被腐蚀20毫米，另外，钽在氢氟酸和硝酸的混酸中能迅速溶解，在氢氟酸中也能被溶解但是钽更害怕强碱，在110度40%浓度的烧碱溶液里，钽会被迅速溶解，在同样浓度的氢氧化钾溶液中，只要100度就会被迅速溶解。

除上面所述情况外，一般的无机盐在150度以下一般不能腐蚀钽实验证明，钽在常温下，对碱溶液、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂均不　　起作用，仅在氢氟酸和热浓硫酸作用下有所反应这样的情况在金属中是比较罕见的　　但高温下，钽表面的氧化膜被破坏，因此能与多种物质反应，常温下钽能与氟反应在150度时，钽对氯溴碘均呈惰性，在250度时，钽对干燥的氯气仍然有抗腐蚀能力，在含有水蒸气的氯气中加热到400度，仍然能保持光亮，在500度则开始被腐蚀，在300度以上钽与溴反应，对碘蒸汽则当温度达到赤热之前均呈惰性氯化氢在410度时和钽反应，生产五氯化物，溴化氢则在375度与钽反应当加热到200度或者更低的温度下，S能与Ta作用，碳及烃类在800-1100度与钽作用　　?性质用途　　钽的线胀系数在0～100℃之间为×10-6K-1，超导转变临界温度为,原子的热中子吸收截面为靶恩　　在低于150℃的条件下钽是化学性质最稳定的金属之一与钽能起反应的只有氟、氢氟酸、含氟离子的酸性溶液和三氧化硫在室温下与浓碱溶液反应，并且溶于熔融碱中致密的钽在200℃开始轻微氧化，在280℃时明显氧化钽有多种氧化物，最稳定的是五氧化二钽(Ta2O5)。

钽和氢在250℃以上生成脆性固溶体和金属氢化物如:Ta2H,TaH,TaH2,TaH3在800～1200℃的真空下，氢从钽中析出钽又恢复塑性钽和氮在300℃左右开始反应生成固溶体和氮化合物；在高于XX℃和高真空下，被吸收的氮又从钽中析出钽与碳在高于2800℃下以三种物相存在:碳钽固溶体、低价碳化物和高价碳化物　　钽在室温下能与氟反应,在高于250℃时能与其他卤素反应，生成卤化物　　?元素用途　　钽在酸性电解液中形成稳定的阳极氧化膜，用钽制成的电解电容器，具有容量大、体积小和可靠性好等优点，制电容器是钽的最重要用途，70年代末的用量占钽总用量2/3以上钽也是制作电子发射管、高功率电子管零件的材料钽制的抗腐蚀设备用于生产强酸、溴、氨等化学工业金属钽可作飞机发动机的燃烧室的结构材料钽钨、钽钨铪、钽铪合金用作火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等钽易加工成形，在高温真空炉中作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等钽可作骨科和外科手术材料碳化钽用于制造硬质合金钽的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工业中的释热元件和液态金属包套材料氧化钽用于制造高级光学玻璃和催化剂1981年钽在美国各部门的消费比例约为:电子元件73%,机械工业19%，交通运输6%，其他2%。

　　?钽的氧化物　　五氧化二钽是白色细晶粉末，为两性氧化物，难溶于水，易溶于氢氟酸，可溶于熔融的NaOH、KOH、K2S2O7、KHSO4，但难溶于氢氟酸以外的无机盐Ta2O5和氯化剂作用一般生成TaCl5五氧化二钽在1000~1200℃时仍保持白色，继续提高温度，则变成灰色已知非晶态的五氧化二钽在500℃开始结晶生成低温晶体，在830℃时转化为温晶型，超过830℃时生成高温晶型　　?钽的水合氧化物　　钽的水合氧化物组成为Ta2O5·nH2O，由于水分子n时可变的，因而没有固定的组成钽水和氧化物是两性化合物，不溶于水和稀酸中，但可溶于氢氟酸、草酸、酒石酸、氟硅酸、氨、氢氧化钾等溶液，部分溶于浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、铬酸、正磷酸钽基合金　　为了改善金属的性能，在金属钽中添加一些难溶金属，以形成钽基合金用于改善其耐腐蚀性和在高温下保持其高强度和优良的加工性能包括Ta-W系列、Ta40Nb、Ta-8W-2Hf、Ta-222、钽铬合金、钽钨铪合金钽铪合金用于火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强度材料，钽拾钨合金熔点3080℃，密度/m3，具有高温韧性，耐冲击，可在高温2500℃下使用　　钽十钨合金表面硅化物涂层制备及失效分析　　摘要:钽十钨合金(Ta10W)具有很高的高温强度、良好的延展性、可焊性和优良的耐腐蚀性能,适用于高温、高压、耐腐蚀等工作环境,广泛应用在化工、航空航天、原子能工业和高温元器件等领域。

但Ta10W合金大气下的高温抗氧化性能则相对较差,在500℃时Ta10W合金就会出现“pest”氧化现象,温度越高,氧化越剧烈,直至完全“粉化”破坏采用1500℃～1600℃,保温10min～30min的料浆熔烧工艺,在合金表面制备具有良好热稳定性和高温抗氧化性的硅化物涂层,涂层可以保护合金基体不受高温腐蚀或减缓腐蚀速率,保持合金基体成分不变,可以保留室温下基材强度不低于原基材强度的90%,延伸率不低于10%通过观察分析,发现合金表面硅化物涂层静态抗氧化失效是由于涂层不断氧化脱落造成,热震抗氧化失效是由于涂层与基材之间的热膨胀系数差异形成细微裂纹导致涂层与基材之间的热膨胀系数越接近,涂层的抗热震性能越优异　　关键词:钽十钨(Ta10W)合金高温抗氧化涂层静态热震失效　　钽十钨合金(Ta10W)是钽钨合金族中重要的一员,其具有很高的高温强度、良好的延展性、可焊性和优良的耐腐蚀性能[1],适用于高温、高压、耐腐蚀等工作环境,广泛应用在化工、航空航天、原子能工业和高温元器件等领域,是一种很重要的工程和功能材料但Ta10W合金大气下的高温抗氧化性能相对较差,在500℃时Ta10W合目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。