Tantal og Tantallegeringsstænger

Produktionsprocessen af ​​tantal- og tantallegeringsstænger er meget kompleks og involverer flere præcise procedurer. Det kræver også streng kontrol over renheden af ​​råmaterialer, præcisionen af ​​udstyr og procesparametre. Hovedårsagen ligger i de fysiske og kemiske egenskaber af selve tantal (såsom højt smeltepunkt, høj kemisk aktivitet og let oxidation), såvel som kravene til "høj renhed, høj præcision og høj ydeevne" til stænger i nedstrøms felter (såsom elektronik, medicin, rumfart). Kompleksiteten af ​​processen er yderligere opdelt i fire kernestadier: råvareforberedelse, plastforarbejdning, efterbehandling og kvalitetskontrol.

 

1. Råmaterialeforberedelsesstadiet: Høj renhedskontrol er kernevanskeligheden
Råmaterialerne til tantal- og tantallegeringsstænger skal oprenses fra "tantalkoncentrat" ​​til "tantalpulver med høj-renhed", og derefter behandles ved pulvermetallurgi til dannelse af "tantalbøjler". Dette trin er grundlaget for de efterfølgende processer, og vanskelighederne ligger i renhedskontrol og fortætning af barrerne.
Tantalkoncentratrensning: Fjern urenheder til ppm-niveau
Naturligt tantalkoncentrat (såsom tantalit) indeholder urenheder såsom titanium, niobium, wolfram og silicium. Det skal renses gennem "syreopløsnings---ekstraktion - omvendt ekstraktion"-proces:
Opløs tantalkoncentratet med en blanding af flussyre og svovlsyre til fremstilling af fluortantalsyre (H2TaF7);
Brug ekstraktionsmidler såsom methylisobutylketon (MIBK) til at adskille tantal og niobium (deres kemiske egenskaber er meget ens, og ekstraktionseffektiviteten skal være over 99,99%);
Den omvendte ekstraktion giver en høj-ren fluortantalsyreopløsning, som derefter udsættes for ammoniakbehandling, kalcinering og hydrogenreduktion, hvilket i sidste ende resulterer i tantalpulver med en renhed på over 99,95 % (4N-kvalitet); (for elektronisk karakter skal det være 5N karakter, dvs. 99,999%).
Udfordringer: Urenhedsindholdet skal kontrolleres under 10 ppm (såsom niobiumindhold Mindre end eller lig med 5 ppm), ellers vil det alvorligt påvirke ledningsevnen og korrosionsbestandigheden af ​​de efterfølgende stænger.

Pulvermetallurgisk blanking: Undgå porer og ujævn sammensætning
Tantalpulver med høj-renhed skal laves om til et tæt tantalemne (almindeligvis kendt som "tantalbarre") ved at "presse - sintring", der danner grundlaget for efterfølgende plastbehandling:
Kold isostatisk presning: Fyld tantalpulveret i en elastisk form og pres det under et tryk på 150-200 MPa for at danne en "grøn billet" (med en densitet på 60%-70% af den teoretiske densitet);
Vakuumsintring: Sintrer tantalpulveret ved et højvakuummiljø (vakuumgrad mindre end eller lig med 1×10⁻³ Pa) i 10-20 timer, så tantalpulverpartiklerne kan diffundere og kombineres, og til sidst dannes en tantal med en relativ massefylde på større end eller lig med 8%, wolfram, brugt til 8 oy, wolfram niobium og andre legeringselementpulvere skal blandes i forhold før presning for at sikre ensartet sammensætning).
Udfordringer: Sintringstemperaturen skal kontrolleres præcist (for lav temperatur vil få billetten til at blive løs, og for høj temperatur vil resultere i grove korn); Vakuummiljøet skal være strengt isoleret fra oxygen (tantal er tilbøjelig til at kombinere med oxygen ved høje temperaturer for at danne oxideret tantal, hvilket får billetten til at blive skør).
II. Plastbehandlingstrin: Overvinde høj hårdhed og arbejdshærdning, hvilket sikrer dimensionsnøjagtighed
Smeltepunktet for tantal er så højt som 2996 grader. Ved stuetemperatur har den høj hårdhed og er tilbøjelig til at "arbejde hærdning" (efter plastisk deformation stiger hårdheden hurtigt, hvilket kræver hyppig blødgøringsbehandling). Derfor skal plastbearbejdningen af ​​stangen udføres gennem "flere gennemløb af varm bearbejdning + kold bearbejdning" i kombination, gradvist at rulle tantalemnet ind i måldiameterstangen. Kernevanskeligheden ligger i temperaturkontrol og ensartet deformation.
Varmebehandling: At bryde igennem begrænsningen af ​​højt smeltepunkt og opnå indledende formning
Formålet med varmebehandling er at rulle store-tantalemner til "affaldsstænger" med små-diameter. Den almindelige proces er "varm smedning + varmvalsning":
Varmsmedning: Opvarm tantalemnet til 1200-1400 grader (omkrystallisationstemperaturen for tantal er ca. 1000 grader, og den skal være højere end denne temperatur for at eliminere arbejdshærdning). Derefter smedes det til en cylindrisk barre på en hydraulisk presse (deformationsmængden under smedning skal kontrolleres inden for 30%-50% for at undgå revner i barren);
Varmvalsning: Opvarm den smedede barre til 1100-1300 grader, og rul den derefter til en "varmvalset stang" med en diameter på 20-50 mm (reduktionsmængden pr. gennemløb skal være mindre end eller lig med 15 %, og et online temperaturmålingssystem skal udstyres for at forhindre størrelsesafvigelser forårsaget af temperaturudsving).
Udfordringer: Varmebehandling skal udføres under beskyttelse af inerte gasser (såsom argon) (tantal er tilbøjelig til at oxidere ved høje temperaturer); Udstyret skal kunne modstå høje temperaturer og høje tryk (rullematerialet skal være en varme-bestandig legering, såsom H13-stål).

Kold behandling: Forbedrer præcision og overfladekvalitet, eliminerer defekter
Dimensionsnøjagtigheden (±0,5 mm) og overfladeruheden (Ra større end eller lig med 6,3 μm) af de varme-valsede stænger kan ikke opfylde nedstrømskravene. Derfor skal de viderebearbejdes gennem "koldtrækning / koldvalsning":
Mellemliggende blødgøringsbehandling: Før kold forarbejdning skal de varme-valsede stænger udglødes i et vakuummiljø ved 1000-1200 grader (med en holdetid på 2-4 timer) for at eliminere hærdningen forårsaget af tidligere forarbejdning og genoprette plasticiteten;
Koldtrækning: Efter udglødning føres stangen gennem en diamantform (med en formhulsdiameter lidt mindre end stangdiameteren), og en trækkemaskine bruges til at påføre spænding ved stuetemperatur for at få stangen til at passere gennem formhullet og gradvist reducere diameteren til målstørrelsen (f.eks. skal diameteren af ​​elektroniske-kvalitetsstænger være en nøjagtighed på mindre end 5 mm, ± 0 mm;
Flere gennemløb: På grund af den betydelige forarbejdningshærdning af tantal, skal deformationsmængden af ​​hvert gennemløb kontrolleres til 10 %-20 %. Denne proces skal gentages "udglødning - tegning" 3-5 gange for i sidste ende at opnå målstørrelsen og overfladeruheden (Ra mindre end eller lig med 0,8μm).
Udfordringer: Koldtrækningsformene kræver ekstrem høj hårdhed (lavet af diamant eller kubisk bornitrid), hvilket er dyrt; deformationsmængden af ​​hver passage skal beregnes nøjagtigt; ellers kan stangen blive "skæv" eller have overfladerevner.

I downstream-industrier (såsom sundhedspleje, rumfart) er der tilpassede krav til de mekaniske egenskaber (styrke, sejhed) og korrosionsbestandighed af tantallegeringsstænger. Yderligere optimering gennem efterbehandling og varmebehandling er nødvendig:
Efterbehandling: Forbedre dimensionsnøjagtighed og overfladerenhed
Centerløs slibning: Udfør centerløs slibning på stangen efter koldtrækning for at kontrollere diameternøjagtigheden inden for ±0,01 mm og reducere overfladeruheden til Ra Mindre end eller lig med 0,4μm;
Rengøring og passivering: Rengør stangens overflade med en blanding af salpetersyre og flussyre for at fjerne resterende olie- og oxidlag, og dannelse af en tæt oxidfilm (Ta₂O₅) for at forbedre korrosionsbestandigheden;
Skæring og opretning: Skær den lange stang til en specificeret længde (såsom 1-3m) i henhold til kundens krav, og eliminer bøjningen gennem en rettemaskine for at sikre en rethed Mindre end eller lig med 0,1 mm/m.
Tilpasset varmebehandling: Juster mekaniske egenskaber
Opløsningsbehandling: For tantallegeringsstænger (såsom Ta-Nb-legering) skal du opvarme dem i et vakuummiljø ved 1500-1800 grader og hurtigt afkøle dem for at homogenisere legeringselementerne og øge styrken;
Ældningsbehandling: Nogle legeringer (såsom Ta-W-legering) skal holdes ved 800-1000 grader i 10-15 timer for at udfælde andenfase-partikler og yderligere øge hårdheden (op til HV 300 eller derover);
Lav-temperaturudglødning: Den elektroniske-tantalstang skal udglødes ved 600-800 grader for at eliminere intern belastning og reducere resistiviteten (sørg for, at modstanden er mindre end eller lig med 13μΩ・cm, hvilket opfylder kravene til kondensatorer).
Udfordringer: Varmebehandlingsparametrene skal matches præcist med legeringssammensætningen og nedstrømskravene (såsom tantalstænger til medicinske implantater har brug for lav hårdhed og høj sejhed, så udglødningstemperaturen skal reduceres; stænger af fly--kvalitet har brug for høj hårdhed, så ældningstemperaturen skal øges).

IV. Kvalitetsinspektionsstadiet: Kontroller strengt hele processen for at eliminere defekter

Nedstrømsanvendelsen af ​​tantal- og tantallegeringsstænger involverer ofte "nøglekomponenter" (såsom flymotorblade, hjertestents), og dårlig kvalitet kan føre til alvorlige sikkerhedsulykker. Derfor dækker inspektionsfasen hele processen og har ekstremt høje standarder:
Komponenttestning: Brug ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) til at detektere urenhedsindhold og sikre, at renheden opfylder standarderne (f.eks. bør det samlede urenhedsindhold i elektroniske-tantalstænger være mindre end eller lig med 10 ppm);
Mekanisk ydeevnetest: Prøve til trækprøver (for at detektere trækstyrke, flydespænding, forlængelseshastighed), hårdhedstest (HV eller HRC), for at sikre overholdelse af kundekrav (f.eks. skal forlængelseshastigheden af ​​medicinske-tantalstænger være større end eller lig med 20 %);
Ikke-destruktiv testning: Brug ultralydsdefektdetektion (til at detektere interne revner og porer), detektering af hvirvelstrømsfejl (for at detektere overfladefejl) for at sikre, at stængerne ikke har nogen indre eller overfladedefekter.

Dimension og overfladetestning: Brug et laserdiametermåleinstrument til at detektere diameternøjagtighed, brug et overfladeruhedsmåleinstrument til at detektere Ra-værdi, og brug et metallografisk mikroskop til at observere kornstørrelse (for at sikre ensartede korn og ingen unormal vækst).
Kerneårsagen til den komplekse proces med produktion af tantal og tantallegeringer
Produktionsprocessen for tantal- og tantallegeringsstænger er kompleks, grundlæggende drevet af "materialeegenskaber" og "anvendelseskrav":
Begrænsning af materialeegenskaber: Det høje smeltepunkt, høje kemiske aktivitet og lette hærdning af tantal resulterer i behovet for specialudstyr (vakuumovne, høj-temperaturvalseværker, diamantforme) og streng miljøkontrol (beskyttelse af inert gas, højvakuum) for hver proces (såsom sintring, varmbehandling, koldtrækning);
Ekstremt strenge downstream-krav: Elektronikindustrien kræver høj renhed (5N-kvalitet), lav resistivitet, medicinsk industri kræver høj biokompatibilitet og ingen urenheder, rumfartsindustrien kræver høj hårdhed og høj temperaturbestandighed. Disse krav tvinger processen til at blive forfinet (såsom flere gange af udglødning, tilpasset varmebehandling, fuld-proces ikke-destruktiv testning).
Derfor kræver produktionen af ​​tantal og tantallegeringsstænger ekstrem høj teknisk akkumulering (såsom optimering af procesparametre), investering i udstyr (investering i en enkelt produktionslinje overstiger 100 millioner yuan) og kvalitetskontrolevner. Der er få virksomheder på verdensplan med modne produktionskapaciteter (såsom Cabot i USA, Dongfang Tantalum i Kina), hvilket yderligere viser kompleksiteten af ​​processen.

Populære tags: tantal og tantal legeringsstænger, Kina tantal og tantal legerings stænger producenter, leverandører, fabrik