タンタル-10タングステン合金板。これは高性能耐火金属合金材料であり、タンタル合金ファミリーの重要な一分野を占めています。この合金板は、純タンタルの「強度不足」(特に高温下)という問題を解決するために設計されており、同時にタンタルの最も貴重な特性である優れた耐食性をほぼ完全に保持しています。ほとんどの無機酸(王水、塩酸、硫酸、硝酸など)や液体金属に対する純タンタルの最高の耐食性を継承しており、これがその用途の基盤となっています。高強度と耐クリープ性により、室温から超高温までの強度とクリープ(緩慢な変形)耐性が大幅に向上し、良好な塑性も維持されています。純タンタルよりも加工は難しいものの、耐火合金の中では良好な加工性を備えています。プレス加工、スピニング加工、延伸加工などの方法で成形できます。優れた溶接性を持ち、電子ビーム溶接(EBW)や不活性ガスシールド溶接(GTAW/TIG)で一般的に溶接されます。高融点と熱安定性:融点は3000℃を超え、極めて高温の環境(特に酸素のない条件下)に適しています。
冷間成形(曲げ加工や延伸加工など)中に著しい加工硬化が発生する場合は、塑性を回復させるために頻繁に中間焼鈍が必要です。焼鈍は酸化や水素脆化を防ぐため、高真空(10^-5トル以上)下で行う必要があります。隙間にある酸素、窒素、炭素、水素などの不純物は、塑性を著しく損なう可能性があります。高温加工や熱処理中は、汚染を厳重に防止することが不可欠です。高温酸化の問題(すべてのタンタル材料と同様)は、空気中の温度が300℃を超えると急速に酸化が始まります。酸化雰囲気で使用する場合は、ケイ化物コーティングや貴金属コーティングなどの保護コーティングに頼る必要があります。原材料(タンタル、タングステン)および製造加工(真空溶解、真空焼鈍、精密成形)のコストは非常に高額です。
タンタルクラウングレードの耐食性と高融点を維持しながら、タングステンを添加することで、機械的応力、特に高温強度に耐えうる高い強度を実現しています。腐食環境が極めて厳しく(タンタルが不可欠)、温度、圧力、機械的負荷が高すぎて純タンタルでは要件を満たせないような、重要な構造部品に適用されます。材料自体が高価であるだけでなく、厳格な加工、溶接、熱処理要件(工程全体を通して高真空または高純度雰囲気での保護が必要)も製造コストを大幅に増加させています。
純タンタルと比較して、Ta-10W合金の高温引張強度は40~60%向上し、1200℃におけるクリープ耐性(1000時間破断応力)は純タンタルの3倍以上です。1400℃以下の温度で長期間使用でき、短時間であれば1800℃まで使用可能です(不活性ガス雰囲気下)。純タンタルの耐食性を継承しており、フッ化水素酸、高温濃リン酸、溶融アルカリ、フッ素化合物以外の大半の有機酸・無機酸(200℃以下の濃酸環境を含む)に対して耐食性を示します。その耐食性は、ハステロイやチタン合金などの一般的に使用される耐食材料よりも優れています。室温では、圧延、曲げ、プレス加工、溶接などの塑性加工が可能です。多段階圧延と中間焼鈍を行うことで、厚さ0.1mmから50mmまでの板材を製造できます。溶接はタングステン不活性ガス溶接(TIG溶接)または電子ビーム溶接(EBW)で行うことができ、溶接部の強度は母材の85~95%に達します。高温での蒸気圧は非常に低く(1600℃で約1.2×10-4Pa)、真空環境下でも揮発しません。10%のタングステンを添加することで、耐酸化性および耐脆化性が純タンタルよりも向上しています。短時間であれば空気中に曝されても脆化しにくいです(600℃以下)。長期間高温で使用する場合は、SiCやAl2O2などの耐酸化コーティングと組み合わせる必要があります。酸化スケールは酸洗(フッ化水素酸と硝酸の混合液)で除去し、その後電解研磨を行うことで表面粗さRa≤0.8μmを実現し、精密部品の使用要件を満たします。