순수 또는 실질적으로 순수한 탄탈륨과 Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Mo, W 및 Re 중에서 선택된 하나 이상의 금속 원소를 포함하는 탄탈륨 또는 탄탈륨 합금은 내수 부식성 탄탈륨 합금을 형성합니다. 본 발명은 또한 탄탈륨 합금의 제조 방법에 관한 것입니다.
수소 농도가 100ppm을 초과하면 순수 탄탈륨 및 탄탈륨 합금의 수소 취성 효과가 중요해지기 시작합니다. 화학 처리 산업(CPI)에서 순수 탄탈륨은 수소를 흡수하고 고온의 HCl 및 H₂SO₄에 노출되면 취성이 생깁니다. Ta-3W는 순수 탄탈륨보다 수소 흡수 저항성이 우수합니다. 탄탈륨 및 탄탈륨 합금은 화학 처리 산업에서 매우 뜨거운 고농도 산을 담는 데 사용되는데, 주요 파손 메커니즘은 부식으로 인한 벽 두께 감소보다는 수소 취성입니다. 질소를 제어하여 첨가하고 유지하면 합금의 산화 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 즉, 미세합금을 형성하기 위해 질소를 첨가하면 연구 대상 합금의 미세구조, 특히 결정립 크기를 제어하거나 고온에서 장기간에 걸쳐 비교적 안정적인 구조를 얻을 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 또한, 수명을 연장하기 위해서는 이 문서에 제시된 바와 같이 실리콘과 티타늄의 특정 비율을 준수하는 것이 가장 유리합니다.
수소 취성 저항성을 향상시키는 방법에는 Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Mo, W, Re 중에서 선택된 하나 이상의 금속 원소와 순수 또는 실질적으로 순수한 탄탈륨 또는 탄탈륨 합금을 포함하는 미세합금을 형성하는 것이 포함됩니다. 바람직한 실시예는 NRC76에 백금을 첨가하는 것을 포함한다. 화학 처리 산업은 처리 장비에서 더 높은 작동 온도를 허용하는 새로운 탄탈륨 합금을 찾고 있다. 한 가지 목표는 내수성 및 내수성 수소취성이 향상된 탄탈륨 합금을 얻는 것이다. 순수 또는 실질적으로 순수한 탄탈륨 또는 탄탈륨 합금과 Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Mo, W 및 Re 중에서 선택된 하나 이상의 금속 원소를 포함하는 탄탈륨 합금도 설명된다. 금속 원소의 함량은 탄탈륨에서 해당 금속의 용해도 한계까지 도달할 수 있다.
탄탈륨 또는 탄탈륨 기반 합금은 진공 용융법을 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 진공 아크 재용융(VAR), 전자빔 용융(EBM) 또는 플라즈마 아크 용융(PAM) 또한 합금을 형성하는 데 사용할 수 있는 진공 용융 방법이다. 실제 합금을 제조하기 위해, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금, 몰리브덴, 텅스텐 및 레늄(Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Mo, W 및 Re) 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 상기 진공 용융법 중 하나를 사용하여 순수 탄탈륨 재료 또는 실질적으로 순수한 탄탈륨 재료 또는 탄탈륨 합금에 첨가한다. 탄탈륨 합금은 바람직하게는 텅스텐뿐만 아니라 백금, 몰리브덴, 레늄 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 상기에서 VAR, EBM 또는 PAM을 사용할 수 있다고 언급했지만, VAR이 바람직한 기술이다.
탄탈륨 함량이 89% 이상인 탄탈륨 합금의 예로는 텅스텐 함량이 약 3% 이상인 Ta-3W(탄탈륨-텅스텐 합금), 약 3% 이상인 Ta-3W-Pt(탄탈륨-텅스텐-백금 합금), 약 3% 이상인 Ta-3W-Mo(탄탈륨-텅스텐-몰리브덴 합금), 그리고 약 3% 이상인 Ta-3W-Re(탄탈륨-텅스텐-레늄 합금) 등이 있다. Ta-3W-Pt, Ta-3W-Mo, Ta-3W-Re는 Ta-3W 제조 방법과 유사한 방식으로 제조 및 배합할 수 있다. 합금은 바람직하게는 Ta-3W(탄탈륨-텅스텐) 합금에 다른 금속을 첨가하여 미세합금을 형성함으로써 제조된다.
백금을 첨가하는 것이 가장 바람직한 실시예인데, 백금은 가장 많은 자유 전자를 가지고 있어 이론적으로 추가적인 산소 원자를 끌어당겨 Ta2O5 산화층의 구멍을 메우거나 낮은 수소 과전압 부위를 제공함으로써 Ta2O5 산화층을 안정화시킬 수 있기 때문이다. 또 다른 바람직한 실시예는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐(백금족 금속 또는 PGM이라고도 함)을 첨가하는 것으로, 이들 또한 낮은 수소 과전압 부위를 제공하여 Ta2O₅ 산화층을 안정화시킨다.
시료는 레이저 적층 제조(LAM) 방법 또는 기존의 진공 아크 재용융(VAR) 기술을 사용하여 제조한다. 첫 번째 방법에서는 탄탈륨, 텅스텐, 백금 분말을 원하는 조성에 따라 혼합한 후 레이저를 이용하여 불활성 조건하에서 용융 및 응고시킵니다. 이 시료에서 최종 탄탈륨 합금은 텅스텐 2.8wt%와 백금 500ppm을 함유합니다. 두 번째 방법에서는 탄탈륨과 백금 분말을 원하는 조성에 따라 거머리 모양으로 압축한 후 NRC76 봉 측면에 용접합니다(이러한 조립체를 본 명세서에서는 "전극"이라 함). 그런 다음 기존의 진공 아크 재용융(VAR) 기술을 사용하여 전극을 용융시킵니다. 이 시료에서 최종 탄탈륨 합금은 텅스텐 2.8wt%와 백금 10,000ppm을 함유합니다.
