Стержни из танталовых сплавов
Стержни из танталовых сплавов — это стержнеобразные материалы, получаемые путем легирования металлического тантала (Ta) другими элементами (такими как вольфрам, ниобий, ванадий, гафний и др.) и последующей обработки методом плавки, ковки, прокатки и волочения. Они наследуют превосходные свойства чистого тантала и обеспечивают значительное улучшение прочности и высокотемпературных характеристик.
Благодаря присущим танталу свойствам и упрочняющему эффекту легирования, стержни из танталовых сплавов обладают значительными преимуществами в коррозионной стойкости, высокотемпературной стойкости, механических свойствах и биосовместимости, что делает их незаменимым ключевым материалом в высокотехнологичном производстве. К конкретным преимуществам относятся: Чрезвычайная коррозионная стойкость: Стержни из танталовых сплавов могут быстро образовывать плотную и стабильную пассивирующую пленку из пентоксида тантала при комнатной температуре. Эта пленка устойчива к коррозии практически от всех органических кислот, неорганических кислот (включая концентрированную азотную кислоту, соляную кислоту и царскую воду), щелочей и солевых растворов, и подвергается коррозии только в фтористоводородной кислоте и сильных окисляющих растворах, содержащих фторид-ионы. По сравнению с такими материалами, как титановые сплавы и нержавеющая сталь, ее коррозионная стойкость является высшей, что делает ее пригодной для длительной эксплуатации в экстремально агрессивных средах.
Тантал обладает превосходной термостойкостью. При температуре плавления до 3017℃ добавление легирующих элементов, таких как вольфрам и ниобий, дополнительно повышает высокотемпературную прочность и сопротивление ползучести сплавных стержней. Он может сохранять структурную стабильность в вакууме или инертных газовых средах выше 1600℃, значительно превосходя допустимые пределы для никелевых суперсплавов, что делает его основным материалом для высокотемпературных компонентов в авиационных двигателях и теплозащитных конструкций космических аппаратов.
Чистый тантал обладает хорошими механическими свойствами и обрабатываемостью. Хотя чистый тантал имеет хорошую пластичность, его прочность относительно низка. Стержни из легированного танталового сплава (например, с добавлением 2,5% вольфрама и 10% ниобия) могут достигать предела прочности при растяжении при комнатной температуре 600-800 МПа, сохраняя при этом некоторую пластичность. Это позволяет обрабатывать его для получения высокоточных деталей методом ковки, прокатки и токарной обработки. Низкий модуль упругости (приблизительно 186 ГПа) снижает трение и износ металлических компонентов, что делает его пригодным для производства высокоточных трансмиссионных или уплотнительных элементов.
Стержни из танталового сплава обладают превосходной биосовместимостью; они нетоксичны, не вызывают аллергии и обладают чрезвычайно высокой аффинностью к тканям и костям человека. После имплантации они не вызывают реакций отторжения и даже могут способствовать росту костных клеток на своей поверхности (т.е. эффект «остеоинтеграции»). По сравнению с титановыми сплавами, стержни из танталовых сплавов обладают превосходной биосовместимостью, что делает их идеальным выбором для ортопедических имплантатов (таких как искусственные костные винты и суставные протезы) и стоматологических реставрационных материалов.
Стержни из танталовых сплавов также обладают отличной электро- и теплопроводностью и демонстрируют минимальное снижение характеристик при высоких температурах, что делает их пригодными для производства высококачественных электродов электронных конденсаторов и подложек для мишеней полупроводниковых напылений. Они демонстрируют высокую устойчивость к нейтронному и гамма-излучению, с минимальными изменениями механических свойств после облучения, что делает их пригодными для использования в компонентах управляющих стержней ядерных реакторов и оборудования для обработки ядерных отходов. Наконец, стержни из танталовых сплавов обладают чрезвычайно низким давлением пара и высокой химической стабильностью в условиях высокого вакуума, предотвращая испарение материала и загрязнение вакуумной камеры. Поэтому они широко используются при изготовлении тиглей и опорных компонентов для оборудования вакуумного напыления, обеспечивая стабильность процесса нанесения покрытия.