Tantaalilevy: tulenkestävä metalli, joka on rakennettu aggressiiviseen palveluun
Tantaalilevy valmistetaan sulattamalla erittäin{0}}puhdasta tantaalia ja sitten takomalla ja valssaamalla harkko levyksi ja levyksi välityhjiöhehkutuksella raerakenteen, kovuuden ja tasaisuuden säätelemiseksi. Metallin runko-keskeinen kuutiohila, tiheys noin 16,6 g/cm³ ja sulamispiste lähellä 2996 astetta, joten se säilyttää käyttökelpoisen lujuuden lämpötiloissa, joissa monet ruostumattomat ja nikkelilaadut jo hiipivät. Sen todellinen ero on kuitenkin kemiallinen: ohut passiivinen oksidikalvo muodostuu välittömästi ilmassa ja muodostuu uudelleen mekaanisten vaurioiden jälkeen, minkä vuoksi suhteellisen ohutta tantaalilevyä käytetään korroosiosuojana laitteissa rakenneosan sijaan.
Levy toimitetaan täysin hehkutettuna, jännitys-poistettuna tai-valssattuina, mitoitettuna tai jätettynä myllyreunalla, ja se voidaan toimittaa peitatulla, kirkkaalla-hehkutetulla tai koneistetulla pinnalla myötävirtaliitosmenetelmästä riippuen. Koska seostamaton tantaali pysyy sitkeänä huoneenlämmössä, sitä voidaan leikata, porata, kehrätä, syvävetää ja hitsata ilman esilämmitystä edellyttäen, että työalue pidetään puhtaana ja kuuma metalli on suojattu hapelta ja typeltä.
Tyypillinen seostamattoman tantaalilevyn erittely
| Omaisuus | Tyypillinen arvo tai raja |
|---|---|
| Tuotteen muoto ja standardi | Seostamaton tantaalilevy, levy ja nauha ASTM B708:n mukaan |
| Yleisiä seostamattomia laatuja | R05200 (vähän happi) ja R05400 (normaali happi) |
| Tantaalipitoisuus | 99,9 % ja enemmän, loput tantaali |
| Tiheys | noin . 16.6 g/cm³ |
| Sulamispiste | noin . 2996 astetta |
| Happi, maksimi | 0,015 % R05200:ssa; 0,030 % R05400:ssa |
| Typpi, maksimi | 0.010 % |
| Hiili, maksimi | 0.005 % |
| Vety, maksimi | 0.0015 % |
| Vetolujuus, hehkutettu | noin 240-350 MPa |
| Venymä, hehkutettu | 20 % vähintään |
| Lämmönjohtavuus | noin . 57 W/(m·K) |
| Paksuusalue | 0,1-50 mm |
Happi ja typpi ovat elementtejä, jotka ratkaisevat tantaalilevyn käyttäytymisen myymälässä, koska molemmat lisäävät kovuutta ja vähentävät venymistä. Ostajan, joka aikoo syvävetää tai kylmämuovata komponentin, tulee määrittää alhainen-happipitoisuus ja pyytää kovuus- ja raekokotietoja, jotka on kirjattu todelliseen lähetettävään erään, sen sijaan, että hyväksyttäisiin yleinen koostumus. Paksuustoleranssi, tasaisuus, leveys ja leikattujen reunojen kunto ovat yhtä tärkeitä kuin kemia, koska ne määräävät kuinka paljon materiaalia romutetaan aihion ja hitsauksen aikana.
Kemiallisen käsittelyn sovellukset
Tantaalilevy on valittu kemiantehtaille, koska se kestää suolahappoa, rikkihappoa, typpihappoa ja monia orgaanisia happoja laajoilla pitoisuus- ja lämpötila-alueilla ja koska se sietää klooria- ja muita hapettavia aineita, jotka hyökkäävät useimpien reaktiivisten metallien kanssa. Tyypillisiä tehtäviä ovat lämmönvaihtimen putkilevyt ja vaipan vuoraukset, reaktoriastiat ja kolonnin sisäosat, suojasuojat, bajonettilämmittimet, murtolevyt ja vuoratut putkikelat, joissa muutama millimetri tantaalia erottaa prosessivirran halvemmasta rakenneterästaustasta.
Lämmönvaihdinputkilevyt, ohjauslevyt ja kuorivuoraukset happohuoltoon
Reaktorin vuoraukset, sekoittimen akselit ja upotusputket hydrokloorauksessa ja nitrauksessa
Lämpösuojat, näytteenottimet ja instrumentin suojaholkit
Räjähdyslevyt ja paineenalennusosat, jotka eivät saa syövyttää vikoja
Materiaalin rajoja on noudatettava: fluorivetyhappo, fluori-pitoiset seokset ja kuumat tiivistetyt emäkset hyökkäävät tantaaliin nopeasti, ja vetyhaurastuminen muodostaa riskin, joka vähentää voimakkaasti hapon käyttöä korotetussa lämpötilassa. Siellä missä nämä olosuhteet hallitsevat, tantaali on yksinkertaisesti väärä este, eikä korroosiovastuu voi kompensoida sitä.
Ilmailu-, elektroniikka- ja lääketieteelliset sovellukset
Ilmailu- ja avaruustyössä tantaalilevyä käytetään kuuma{0}}profiilikomponenteissa, kuten polttokammion vuorauksissa, suuttimien sisäosissa, kurkun laitteistoissa ja korkean lämpötilan{1}}rakennetuissa, joissa sen sulamispiste ja säilynyt sitkeys yhdistyvät alhaiseen haihtumisnopeuteen korkeassa lämpötilassa. Elektroniikassa metalli toimii sputterointikohteena ohut-kalvovastuksille ja sulkukerroksille, tyhjiölaitteiden getter- ja suojakomponentteina sekä kondensaattoriteollisuudessa sintrausapuaineena: jauheen toimitusketjua hallitsee tantaali, mutta levy- ja levytuotteet tukevat sitä käsitteleviä laitteita.
Lääketieteellisten laitteiden valmistuksessa käytetään seostamatonta tantaalilevyä implantteja, kallolevyjä ja radiografisia markkereita varten. Reitin kattaa implanttikohtaiset standardit, kuten ASTM F560, eikä pelkästään B708. Tässäkin alhainen välisisältö ja sulatteen varmennettu jäljitettävyys ovat tärkeimpiä ominaisuuksia.
Valmistus, käsittely ja laadunvalvonta
Tantaalilevyn hitsaus suoritetaan tavallisesti inerttikaasuvolframikaarihitsauksella kuivassa, kontrolloidussa ilmakehässä, takasuojuksella ja kriittisissä liitoksissa suljetulla hansikaslokerolla. Sulan altaan saastuminen hapella tai typellä muodostaa kovan, hauraan hitsin ja on yleisin syy ennenaikaiseen rikkoutumiseen tantaalilla vuoratussa astiassa. Leikkaus voidaan tehdä koneistamalla, vesisuihkulla tai leikkaamalla; lämpöleikkaus aiheuttaa saastuneen lämpö{3}}vyöhykkeen, joka on poistettava hiomalla ennen huoltoa.
Korroosioestesovelluksen ostoasiakirjoissa on oltava lämpönumero, sovellettava standardinimitys, merkittävien välituotteiden kemiallinen analyysi, mekaaniset testitulokset, ultraääni- tai väriaineen tunkeutumistutkimus, jos niin on sovittu, sekä alkuperätodistus. Painelaitteille tarkoitettuun levyyn tulee myös toimittaa mittatiedot, joiden avulla valmistaja voi toistaa mitoituspaksuuden muotoilun jälkeen.
Usein kysytyt kysymykset
K: Mitä eroa on R05200- ja R05400-tantaalilevyillä?
Nämä kaksi seostamatonta laatua eroavat toisistaan pääasiassa maksimihappipitoisuudessa. R05200 on alempi-happilaatu, jolla on parempi sitkeys ja muovattavuus, kun taas R05400 sallii enemmän happea, mikä lisää lujuutta ja kovuutta, mutta vähentää levyn hyväksymän kylmätyön määrää.
K: Mitä kemikaaleja ei tule koskaan käsitellä tantaalilaitteissa?
Fluorivetyhappo, kaikki vapaita fluoridi-ioneja sisältävät liuokset ja kuumat väkevät emäksiset liuokset hyökkäävät tantaaliin nopeasti. Hapon käytön voimakas vähentäminen korkeassa lämpötilassa aiheuttaa myös vedyn kerääntymisen ja haurastumisen riskin.
K: Kuinka paksu tantaalilevyn tulee olla suonen vuorausta varten?
Ohut, noin 0,5–2 mm:n levy on yleinen vuorauksissa, koska metalli toimii esteenä, ei kantavana-seinämänä. Taustateräs kantaa painetta, ja tantaalin paksuus määräytyy muovaus-, hitsaus- ja korroosionvaravaatimusten mukaan.
K: Voidaanko tantaalilevy hitsata teräkseen?
Ei suoraan. Tantaali muodostaa teräksen kanssa hauraita metallien välisiä faaseja, joten käytetään siirtymäliitosta tai räjähdys-sidottua tai mekaanisesti kiinnitettyä taustaa tai tantaali hitsataan vain itseensä ja pidetään muulla tavoin teräskuorta vasten.
K: Mitä tietoja tulee ilmoittaa tantaalilevyn tilauksessa?
Ilmoita vakionimitys ja laatu, paksuus ja toleranssi, leveys ja pituus, pinnan ja reunan kunto, temperointi tai lämpökäsittely, testausvaatimukset ja vaaditaanko interpass tai lopullinen ultraäänitutkimus sekä loppukäyttöön tarvittava dokumentaatiopaketti.
K: Vaatiiko tantaalilevy erityistä säilytystä?
Pidä se kuivana, erillään terästyökaluista rautakontaminaation välttämiseksi ja vapaana fluoridi{0}}-merkintämusteista tai -tarroista. Puhtaat käsineet ja erityiset ruostumattomasta tai muovista valmistetut käsittelytyökalut estävät pinnan likaantumisen, joka aiheuttaa myöhemmin hitsausvirheitä.