Ta10W(텅스텐 10%를 함유한 탄탈륨 합금)는 단일상 고용체 구조를 가지며, 텅스텐 원자는 탄탈륨의 체심 입방 격자 내에 균일하게 분포되어 있습니다. 미세 구조는 (어닐링 후) 균일한 등축 결정립을 나타내며, 일반적으로 크기는 5~20μm이고 뚜렷한 이차상 석출이 없어 높은 강도와 우수한 소성(연신율 15~20%에 도달 가능)을 모두 갖추고 있습니다. 탄탈륨과 그 합금에 포함된 원소들은 융점이 높으며, Ta는 침입형 원소(H, O, C, N)에 대한 강한 친화력을 가지고 있습니다. 전통적인 용융 방법은 탄탈륨 또는 탄탈륨 합금의 미세 구조에 침입형 고용체 상이나 화합물 상을 쉽게 형성하여 재료의 특성을 저하시킵니다. 따라서 내화 합금 제조에 전통적인 주조 방법을 적용하는 데에는 한계가 있습니다.
이러한 내화 합금의 특성을 해결하기 위해 국내외 연구자들은 주로 분말 야금, 진공 전자빔 용융, 적층 제조 기술을 이용하여 고성능 Ta 및 Ta 합금을 제조하고 있습니다. 탄탈륨-10 텅스텐 합금은 높은 고온 강도, 우수한 연성, 용접성 및 탁월한 내식성을 지니고 있어 고온, 고압 및 내식성 작업 환경에 적합합니다. 화학, 항공우주, 원자력 산업 및 고온 부품에 널리 사용됩니다. 그러나 Ta10W 합금은 대기 조건에서 고온 산화 저항성이 상대적으로 떨어집니다. 500°C에서 Ta10W 합금은 "페스트" 산화를 보이며, 온도가 높아질수록 산화가 심화되어 완전히 "분쇄"되고 파괴됩니다. 본 연구에서는 1500°C~1600°C에서 10~30분간 슬러리 용융 공정을 통해 합금 표면에 열 안정성과 고온 산화 저항성이 우수한 규화물 코팅을 형성했습니다. 이 코팅은 합금 기판을 고온 부식으로부터 보호하거나 부식 속도를 늦춰 합금 기판의 조성을 유지하고, 상온에서 원래 기판 강도의 최소 90%와 연신율 최소 10%를 유지합니다. 관찰 및 분석 결과, 합금 표면의 규화물 코팅의 정적 산화 파손은 코팅의 지속적인 산화 및 박리에 의해 발생하며, 열충격 산화 파손은 코팅과 기판의 열팽창 계수 차이로 인해 발생하는 미세 균열에 의해 발생하는 것으로 나타났습니다. 코팅과 기판의 열팽창 계수가 가까울수록 코팅의 열충격 저항성이 향상됩니다.
현재 대기 조건에서 탄탈륨-텅스텐 합금의 고온 산화 저항성을 향상시키는 주요 방법은 합금 보호와 표면 코팅 보호입니다. 합금은 합금의 산화 저항성을 향상시킬 수 있지만, 기판을 보호하기 위해서는 합금 원소가 특정 임계값을 초과해야 하므로 필연적으로 다른 합금 특성에 영향을 미치며, 특히 기판의 고온 기계적 특성이 저하됩니다. 따라서 합금화에는 한계가 있습니다. 합금 표면에 코팅을 추가하면 합금 기판을 고온 부식으로부터 보호하거나 부식 속도를 늦출 수 있으며, 합금 기판의 조성을 유지하고 상온에서 기판 강도가 원래 기판 강도의 90% 이상, 연신율이 10% 이상임을 보장할 수 있습니다.
순도 95.7% 이상, 메쉬 크기 250 이상의 원소 분말을 에틸 아세테이트를 용매로 사용하여 일정한 비율로 균일하게 혼합하고, 슬러리의 입자 크기와 점도가 소결 요건을 충족할 때까지 충분히 교반 및 분쇄합니다. 코팅 방법은 침지 코팅 또는 스프레이 코팅을 사용합니다. 코팅 후, 시편을 진공 소결합니다. Ta10W의 융점이 3080°C에 달하기 때문에, 고용체 형성 및 확산을 통해 합금 표면에 코팅을 형성하려면 고용체 및 반고용체 특성을 갖는 코팅 원소 분말을 사용하는 것 외에도 더 높은 코팅 소결 온도를 선택해야 합니다. 연구 결과, 최종 코팅 소결 공정은 1500°C~1600°C에서 10분~30분 동안 유지하는 것으로 결정되었습니다.
