탄탈륨-10 텅스텐(Ta-10W) 합금 또한 매우 중요한 내화 금속 소재입니다. 이 합금의 제련 공정은 높은 융점 극복, 균일한 조성 확보, 정제라는 세 가지 핵심 목표를 중심으로 이루어집니다.
분말 혼합 및 성형: 롤링 믹서, 유압 프레스. Ta 분말: W 분말 = 9:1; 혼합 속도 120 r/min, 시간 24시간; 120 메쉬 체 통과; 프레스 압력 500톤. 균일한 거시적 조성의 합금 분말을 얻고, 이를 특정 강도와 형상을 가진 합금 막대로 프레스 성형하여 후속 제련 공정의 자가 소모 전극으로 사용합니다. 진공 소결: 진공 소결로. 진공도 10⁻² Pa; 온도 240℃, 2시간 유지. 이 단계는 매우 중요한 "사전 합금" 공정입니다. 압축된 시편을 진공 환경에서 저온 소결하여 일정 수준의 전도성과 기계적 강도를 부여하고, 전도성 조대 잉곳을 만들어 다음 단계인 전자빔 용융을 준비합니다. 진공 전자빔 용융: 진공 전자빔로(EBM)를 사용합니다. 2회 이상 용융하며, 진공도는 10⁻⁴ Pa에 도달할 수 있고, 전자빔 가열 온도는 국부적으로 3000℃를 초과할 수 있습니다. 이는 정제 및 균질화의 핵심 부분입니다. 고온 고진공 상태에서 재료 내 가스 불순물(O, N, H)과 휘발성 금속 불순물을 효율적으로 휘발시킬 수 있습니다. 여러 번의 용융을 통해 잉곳의 화학 조성과 균일성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 후속 공정: 고주파로, 단조기, 압연기. 1400℃까지 가열하여 여러 번 단조하고, 최종 압연 및 인발 공정을 거칩니다. 고온에서 용융된 잉곳을 소성 변형시켜 주조 구조를 파괴하고 기계적 특성을 향상시킨 후, 최종적으로 필요한 판재, 봉재, 선재 등으로 가공합니다.
기존의 용융 가공 방식 외에도 Ta-10W 합금 제조에는 새로운 기술이 도입되고 있습니다. 2024년 최신 연구에 따르면 레이저 분말 베드 융합(LPBF) 기술을 사용하여 고밀도 Ta-10W 합금 샘플을 성공적으로 제조했습니다.
우수한 LPBF 기술은 복잡한 형상의 부품을 직접 성형할 수 있어 복잡한 구조물 생산에 있어 기존 제조 방식의 한계를 극복합니다. 연구 결과에 따르면 최적화된 공정 조건(예: 에너지 밀도 200 J/mm³)에서 LPBF로 성형된 Ta-10W 합금은 상온에서 765 MPa의 인장 강도와 28%의 연신율을 달성하여 우수한 종합 기계적 특성을 보여줍니다.
Ta와 W의 극도로 높은 융점은 LPBF 공정에 있어 매우 좁은 공정 범위로 이어지는 난제입니다. 균열이나 기공과 같은 결함을 방지하기 위해서는 레이저 출력 및 스캐닝 속도와 같은 매개변수를 정밀하게 제어해야 합니다. 요약하자면, Ta-10W 합금의 용융 및 제조는 "전통과 혁신의 공존" 방식을 따릅니다. 전통적인 "분말 야금 + 전자빔 용융" 공정은 성숙하고 신뢰할 수 있으며, 대형 고품질 잉곳 생산을 위한 산업 표준입니다. 한편, 새롭게 등장한 LPBF 적층 제조 기술은 복잡하고 정밀한 부품 제조 및 재료의 고부가가치 응용 분야 구현에 새로운 가능성을 열어주었습니다.
