Il tantalio è un metallo refrattario con un punto di fusione di 2996 gradi e una densità di circa 16,6 g/cm³. Il suo vantaggio ingegneristico decisivo è l'inerzia chimica: il metallo sviluppa un Ta sottile e autoriparante2O5film passivo che rimane stabile nella maggior parte degli acidi minerali, con le principali eccezioni dell'acido fluoridrico e degli alcali concentrati a caldo. Le forme lavorate includono barre, fili, lamiere, nastri, lamine, tubi, elementi di fissaggio e componenti di finitura-lavorati a macchina, tutti prodotti da lingotti sinterizzati o fusi con fascio di elettroni- successivamente laminati, trafilati o lavorati fino alla forma finale.
Dal punto di vista della fabbricazione, il tantalio si comporta più come il rame che come il tungsteno. È duttile, si indurisce-rapidamente e necessita di utensili affilati, basse velocità di taglio e un generoso flusso di refrigerante. La ricottura viene normalmente eseguita in alto vuoto o in gas inerte di elevata purezza- perché il metallo assorbe ossigeno, azoto e idrogeno a temperatura elevata e il prelievo interstiziale distrugge rapidamente la duttilità e le prestazioni di corrosione.
Applicazioni elettriche ed elettroniche
Il più grande utilizzo singolo delle parti lavorate al tantalio è il condensatore elettrolitico solido. Gli anodi di tantalio sinterizzato offrono elevata capacità per unità di volume, bassa corrente di dispersione e capacità stabile in un ampio intervallo di temperature, il che li rende indispensabili nei sistemi radar, missili guidati, aerei supersonici e computer elettronici. L'industria dei condensatori consuma il tantalio principalmente sotto forma di polvere e filo sottile; oltre ai condensatori, fogli, strisce e tubi di tantalio vengono utilizzati per tubi a emissione di elettroni, componenti di tubi elettronici ad alta-potenza, getter in dispositivi a vuoto e bersagli di sputtering per la deposizione di film sottili-.
Attrezzature per processi chimici
Il tantalio viene selezionato per i servizi chimici in cui gli acciai inossidabili, il titanio e le leghe a base di nichel- falliscono, più tipicamente in ambienti con acido cloridrico e solforico. Gli articoli tipici fabbricati sono scambiatori di calore petrolchimici, riscaldatori, concentratori, contenitori di reattori, colonne, torri, tubazioni e valvole. Il metallo viene spesso utilizzato in modo economico rivestendo o rivestendo l'acciaio al carbonio e quindi fabbricando le parti a contatto con il fluido in tantalio, con lo stesso grado applicato per tappi di riparazione, riscaldatori a baionetta e pozzetti termometrici. Poiché la pellicola passiva si riforma immediatamente dopo il danno, le apparecchiature al tantalio tollerano piccoli abusi meccanici che darebbero origine a vaiolature in una lega di pellicola passiva-come il titanio.
Applicazioni aerospaziali e-per alte temperature
Le leghe di tantalio vengono utilizzate come camere di combustione e materiali strutturali-resistenti al calore e ad alta-resistenza negli aerei supersonici. Una lega di tantalio-tungsteno del tipo Ta-10W è un classico materiale per ugelli: mantiene una resistenza di circa 8 kgf/mm² (circa 78 MPa) a 1650 gradi, una combinazione di robustezza e resistenza allo scorrimento che pochi metalli refrattari concorrenti eguagliano a quella temperatura. Il carburo di tantalio viene utilizzato da solo o con altri carburi come rivestimento per stampi di forgiatura, utensili da taglio, pale di turbine di motori a reazione, valvole e ugelli di razzi. La sua durezza si avvicina a quella del diamante ed è un componente importante degli utensili in carburo cementato.
Applicazioni biomediche e implantari
Il tantalio mostra stabilità e tolleranza tissutale a contatto con il tessuto umano e viene quindi utilizzato per materiali di riparazione chirurgica, osso artificiale, placche ossee, viti, forcine di fissaggio e aghi da sutura. Le strutture porose di tantalio consentono la crescita ossea interna e il tantalio non legato è riconosciuto come materiale implantare nella norma ASTM F560 per applicazioni di impianti chirurgici, mentre la polvere di tantalio destinata agli impianti chirurgici è coperta dalla norma ISO 13782. L'elevata densità del tantalio è uno svantaggio per gli impianti con carichi di grandi dimensioni-ma un vantaggio nei marcatori radiopachi e nei componenti che devono resistere ai micromovimenti.
Proprietà tipiche e specifiche applicabili
| Proprietà | Valore tipico (materiale ricotto) |
|---|---|
| Punto di fusione | 2996 gradi |
| Densità | 16,6 g/cm³ |
| Resistenza alla trazione | circa 345MPa |
| Allungamento | circa il 30% |
| Modulo elastico | circa 186 GPa |
| Resistività elettrica | circa 13,5 µΩ·cm |
| Conduttività termica | circa 57 W/(m·K) |
| Temperatura di servizio in atmosfera inerte | fino a circa 2500 gradi |
Grado del condensatore: polvere e filo di tantalio con livelli di ossigeno e impurità strettamente controllati.
Grado di apparecchiature chimiche: fogli, nastri e tubi per rivestimenti, rivestimenti e recipienti fabbricati.
Grado di lega: prodotti di tungsteno al tantalio di tipo Ta-10 W-per impieghi strutturali ad alta temperatura.
Grado dell'impianto: tantalio non legato e tantalio poroso per dispositivi medici.
La copertura delle specifiche per le forme lavorate è normalmente indicata come ASTM B365 per barre e fili, ASTM B708 per piastre, fogli, nastri e lamine e ASTM B521 per prodotti in lega di tantalio-di tungsteno. Un ordine di acquisto dovrebbe sempre definire qualità, stato fisico, dimensioni, finitura superficiale e limiti consentiti di impurità interstiziali, poiché queste variabili controllano sia la formabilità che il comportamento alla corrosione.
Domande frequenti
D: Perché nelle apparecchiature chimiche viene scelto il tantalio anziché il titanio?
Il titanio dipende da una pellicola di ossido che non riesce a ridurre gli acidi, mentre il tantalio mantiene la sua pellicola passiva al servizio dell'acido cloridrico e solforico, quindi sopravvive agli ambienti in cui il titanio si scava.
D: Qual è il punto di fusione e la densità del tantalio?
Il tantalio fonde a 2996 gradi e ha una densità di circa 16,6 g/cm³, circa il doppio di quella dell'acciaio.
D: Quanto è resistente alle alte temperature la lega di tantalio-per ugelli di tungsteno?
Una lega di tipo Ta-10W trattiene circa 8 kgf/mm², circa 78 MPa, a 1650 gradi, motivo per cui viene utilizzata per ugelli di razzi e missili.
D: Il tantalio può essere lavorato e saldato?
SÌ. Le macchine al tantalio sono un metallo morbido e duttile e possono essere saldate, ma tutte le lavorazioni a caldo e le saldature devono essere protette da ossigeno, azoto e idrogeno per prevenirne l'infragilimento.
D: Il tantalio viene utilizzato negli impianti medici?
SÌ. Il tantalio non legato è riconosciuto nella norma ASTM F560 per gli impianti chirurgici e viene utilizzato per placche ossee, viti, aghi da sutura, strutture porose di crescita ossea interna e marcatori radiopachi.
D: Quali specifiche si applicano alle parti lavorate con tantalio?
I riferimenti più comuni sono ASTM B365 per barre e fili, ASTM B708 per piastre, fogli, nastri e lamine, ASTM B521 per prodotti in lega di tantalio-tungsteno e ISO 13782 per polvere per impianti.
