什么是钽合金?

[拼音]：tanhejin

[外文]：tantalum alloys

以钽为基加入其他元素组成的合金。钽的阳极氧化膜很稳定，耐蚀，介电性能优异，适于制造电解电容器。钽抗化学腐蚀能力强，除氟化氢、三氧化硫、氢氟酸、热浓硫酸和碱外，能抗御一切有机和无机酸的腐蚀，因而可用作化学工业和医学的耐蚀材料。钽的碳化物是制造硬质合金的重要添加剂。此外，钽也用于某些电子管中。1958年，Ta-10W合金投入生产。20世纪60年代，钽合金作为高温结构材料用于航天工业上。钽和钽合金产品有板材、带材、箔材、棒材、线材、异型件和烧结制品等。中国在50年代末开始研究钽的冶炼和塑性加工，60年代中期已能生产钽及其合金的制品。

在难熔金属中，钽的低温塑性是最好的，它的塑性-脆性转变温度低于－196℃。研制钽合金必须考虑保持钽的优异的低温塑性。钽合金多采用固溶强化的方法，也采用固溶和沉淀强化相结合的方法来提高强度，在周期表中钽的毗邻元素有的能在钽中完全固溶，有的溶解度很大。强化效果最明显的置换固溶元素是铼、钨、锆和铪。加入元素量如超过一定范围，会损害钽的低温塑性（见图）。一般认为加入的原子百分比应少于12～14％。间隙元素氮、碳和氧对提高钽的强度效果不大，却使钽的低温塑性和加工塑性受到明显的损害。这些间隙元素与活性元素锆或铪形成弥散的沉淀相时，才有明显的强化效果。由Ta-10W发展出来的Ta-10W-2.5Hf-0.01C合金是固溶和沉淀强化相结合的典型合金(见金属的强化)。钽和几种典型的钽合金的力学性能见表。表中所列材料塑性-脆性转变温度都低于-196℃。

钽及其合金坯料可用粉末冶金工艺或熔炼工艺生产。粉末冶金工艺多用于生产小型钽制品和加工用的坯料。用热还原法或电解法制得的粉末钽原料，经压制成型后进行真空烧结。烧结工艺取决于对产品的使用要求。一次烧结(1600～2200℃)用于生产熔炼用电极和多孔阳极。二次烧结用于生产锻造、轧制和拉拔等塑性加工用的坯料。两次烧结之间常进行锻造或轧制，加工率约50％。二次烧结温度为2000～2700℃。

真空自耗电弧和电子束熔炼工艺是制取钽及其合金铸锭的常用方法。电子束熔炼工艺主要用于钽的提纯，自耗电弧熔炼工艺可制取大直径和合金成分更均匀的铸锭，自耗电弧熔炼的电极可用烧结棒或电子束熔炼锭制成，熔炼法得到的铸锭晶粒粗大，常需开坯破碎铸态晶粒以提高塑性。为使钽进一步提纯或制备单晶可使用电子束区域熔炼法。

纯钽的塑性良好，变形抗力小，加工硬化率较小，各种型材和异型零部件都可用塑性加工方法制得。纯钽在室温下可轧成板材、带材、箔材、管材和棒材，加工率可达90％以上。为减轻氧化，纯钽塑性加工常在室温或 500℃以下进行。钽合金由于强度高和铸锭塑性差，须先在1200℃以上进行开坯，以后的加工工艺与纯钽相同。开坯的挤压比应大于4，锻造比应大于2。锭坯在加热开坯时，要防止气体污染而使材料塑性下降。为保证产品有良好冲压和旋压性能，要用交叉轧制。交叉轧制前的加工率应保持在80％左右。钽板通过旋压和深冲可制成杯、帽、管、锥体、喷管等不同形状的零件。供拉丝用的旋锻棒直径一般为2.5毫米。由于钽质软，易和模具粘结和划伤表面，拉丝时常先使线材表面经过阳极氧化形成氧化膜，并用蜂蜡润滑。

真空电子束焊接和惰性气体保护钨极焊接工艺，可制取塑性-脆性转变温度低的焊件。这种焊接工艺制得的焊接钽管，可满足化工部门的使用要求。钽还可和不锈钢、钛合金、镍合金和碳钢焊接在一起。用高能率成形（爆炸法）可使钢和钽复合成双金属，是制造大型耐蚀设备内衬的有效方法。

钽和钽合金容易磨损和粘结刀具，宜用高速钢刀具，并用四氯化碳等有机溶剂冷却。磨削加工宜用碳化硅砂轮，因氧化铝砂轮易使磨面龟裂。

主要有退火和固溶时效处理。为防止大气污染，钽合金的热处理必须在10-4托的真空中或高纯惰性气体中进行，有时甚至需要用钽箔把产品包裹起来。