抗水腐蚀的钽基合金的制作方法
【专利摘要】一种钽或钽合金，它包含纯的或基本纯的钽以及至少一种选自Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Mo、W和Re的金属元素，形成抗水腐蚀的钽合金。本发明还涉及制备钽合金的方法。
【专利说明】抗水腐蚀的钽基合金
[0001] 本申请是申请日为2008年4月24日、申请号为200880013554. 8、发明名称为"抗 水腐蚀的钽基合金"的发明专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请
[0003] 本申请要求2007年4月27日提交的美国临时申请第60/914474号的权益，其完 整内容通过参考并入本文，用于所有可用的目的。
【技术领域】
[0004] 本发明涉及抗水腐蚀、尤其是酸腐蚀以及抗氢脆的钽或钽基合金。与纯钽和 Ta-3W(指"NRC76"）相比，钽或钽基合金具有优异的抗氢吸收（以及由此带来的氢脆）性 能。
【背景技术】
[0005] 当氢浓度大于lOOppm时，纯钽和钽合金的氢脆效应开始变得显著。在化学加工业 (CPI)，当纯钽在如图2和3所示条件下接触热HC1和热H 2S04时，它会吸收氢而变脆。Ta-3W 的抗氢吸收性好于纯钽。当在化学加工业中使用钽和钽合金来容纳非常热的浓酸时，引起 失效的主要机理是氢脆而不是因腐蚀而使壁变薄。
[0006] 据美国专利第4784830号披露，有控制地加入和保留氮，可以提高合金的抗氧化 性。换句话说，已经发现通过加氮形成微合金，可以控制所研究的那种类型的合金的微结 构，特别是粒度，或者使其在升高的温度下、在延长的时间内具有相对稳定的结构。此外最 有益的是，要延长使用寿命，就应当观察硅与钛的特定比例，如该文献所示。
[0007] 美国专利第3592639号涉及含1.5% - 3. 5%的钨的三元Ta-W合金。铌也可 以0.05重量％ - 0.5重量％的比例存在于该合金中。钥的最高含量限定为0.5% (少于 5000ppm)，以促使合金获得更小的粒度。
[0008] 美国专利第4062679号要求了一种锻造钽产品的专利权，该产品基本上是纯钽， 包含小于300ppm的银，总量小于200ppm的铁、铬和镍，小于50ppm的鹤，小于lOppm的钥， 小于30ppm的铬，以及小于20ppm的|丐，其改进之处在于，在所述产品的组成中包含约50ppm 至约700ppm的硅，因此，改进了所述产品在含氧环境中处于升高的温度时的抗脆性。
【发明内容】
[0009] 本发明涉及改进抗氢脆的方法，包括使至少一种选自Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Mo、W 和Re的金属元素与纯的或基本纯的钽或钽合金形成微合金。
[0010] 本发明的一个优选实施方式将钼加入NRC76。化学加工业正寻求新的钽合金，它们 在其加工设备中容许更高的操作温度。
[0011] 本发明的一个目的是获得改进的钽合金，它具有更佳的抗水腐蚀性和抗氢脆性。
[0012] 本发明还涉及一种钽合金，它包含纯的或基本纯的钽或钽合金以及至少一种选自 此、诎、？(1、〇8、11'、？1]\1〇、1和1^的金属元素。
[0013] 金属元素的含量最高可达到所述金属在钽中的溶解限度。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1显示了加入钥的情况，因为它在钽和钨中具有相同的晶体结构、类似的晶格 参数以及完全的固溶性。
[0015] 图2显示了纯钽在化学加工业中接触热HC1时吸收氢和变脆的条件。
[0016] 图3显示了纯钽在化学加工业中接触热H2S04时吸收氢和变脆的条件。
[0017] 图4显示了在盐酸中进行短期腐蚀测试后的腐蚀速率和富集氢的结果。
[0018] 图5显示了在盐酸中进行长期腐蚀测试后的腐蚀速率和富集氢的结果。
[0019] 图6显示了在硫酸中进行长期腐蚀测试后的腐蚀速率和富集氢的结果。
【具体实施方式】
[0020] 本说明书所用单数词"一种"和"该"是同义词，并且可与"一种或多种"互换使用。 因此，例如，当在本文或所附权利要求书中提到"一种金属"时，它可指单种金属或一种以上 的金属。此外，除非另有说明，所有数值应理解为受"约"字修饰。
[0021] 本发明涉及抗水腐蚀、尤其是酸腐蚀和抗氢脆的钽或钽基合金。初始钽是纯的或 基本上是纯的。基本上纯的钽可以是最多含有约11重量％非钽组分的钽合金。
[0022] 钽或钽基合金优选利用真空熔融方法制备。真空电弧再熔（VAR)、电子束熔融 (EBM)或等离子体电弧熔融（PAM)是同样可用于形成合金的真空熔融方法。为了配制实际 的合金，利用上列真空熔融方法之一，向纯钽材料或基本上纯的钽材料或钽合金中加入至 少一种选自钌、铑、钯、锇、铱、钼、钥、钨和铼〇?11、诎、？(1、〇8、11'^]\1〇、1和1^)的元素。钽 合金优选包含钨以及钼、钥、铼或其混合物。虽然上面指出VAR、EBM或PAM都可使用，但是 优选技术是VAR。
[0023] 本发明的备选实施方式可包括加入除上列元素以外的元素，用于提高抗腐蚀性和 抗氢脆性。这些另加的元素可包括纪、金、铺、镨、钕和韦土。
[0024] 每种金属的量优选小于合金总量的lOOOOppm，优选小于合金总量的5000ppm，更 优选少于合金总量的2000ppm。金属的加入量优选至少为50ppm，优选至少为lOOppm，优选 至少为150ppm，优选至少为200ppm，优选至少为250ppm。
[0025] 钽含量至少为89%的钽合金的例子包括但不限于包含至少约3%的钨的 Ta-3W(钽一钨）、包含至少约3%的钨的Ta-3W-Pt (钽一钨和钼的合金）、包含至少约3%的 钨的Ta-3W_Mo (钽一钨和钥的合金）以及包含至少约3%的钨的Ta-3W_Re (钽一钨和铼的 合金）。Ta-3W-Pt、Ta-3W_Mo和Ta-3W_Re可用类似于制备Ta_3W的方式配制和制造。合金 优选通过使其他金属与Ta_3W(钽一鹤）合金形成微合金来制备。
[0026] 加钼是最优选的实施方式，因为钼具有最多的自由电子，理论上可吸引额外的氧 原子以封闭Ta205氧化层中的空穴和/或提供低的氢过电压的位点，从而稳定Ta20 5氧化层。
[0027] 另一个优选的实施方式是加入钌、铑、钯、锇和铱（也称"钼族金属"，即PGM)，它们 也能提供低的氢过电压位点，从而稳定Ta 205氧化层。
[0028] 又一个优选的实施方式是加入钥，因为它在钽和钨中具有相同的晶体结构、类似 的晶格参数和完全的固溶性。该情形示于表I和图1。
[0029] 表I -难熔元素的晶体结构和晶格参数
[0030]
【权利要求】
1. 一种钽合金，该钽合金包含Ta-3W和Ru并且是抗水腐蚀的，其中，所述Ru在所述合 金中的量为至少150ppm并小于lOOOOppm。
2. 根据权利要求1所述的钽合金，其中，所述Ru在合金中的含量为小于5000ppm。
3. 根据权利要求1所述的钽合金，其中，所述Ru在合金中的含量为小于2000ppm。
4. 根据权利要求1所述的钽合金，其中，所述Ru在合金中的含量为小于5000ppm。
5. 根据权利要求1所述的钽合金，其中，所述Ru在合金中的含量为至少250ppm。
6. 根据权利要求1所述的钽合金，其中，所述合金由Ta-3W和Ru组成，其中所述Ru在 所述合金中的含量为至少150ppm并小于lOOOOppm。
7. 根据权利要求6所述的钽合金，其中，所述Ru在合金中的含量为小于5000ppm。
8. 根据权利要求6所述的钽合金，其中，所述Ru在合金中的含量为小于2000ppm。
9. 根据权利要求6所述的钽合金，其中，所述Ru在合金中的含量为小于5000ppm。
10. 根据权利要求6所述的钽合金，其中，所述Ru在合金中的含量为至少250ppm。
11. 一种钽合金，该钽合金包含Ta-3W和Pt并且是抗水腐蚀的，其中，所述Pt在所述合 金中的含量为至少150ppm并小于lOOOOppm。
12. 根据权利要求11所述的钽合金，其中，所述Pt在合金中的含量为小于5000ppm。
13. 根据权利要求11所述的钽合金，其中，所述Pt在合金中的含量为小于2000ppm。
14. 根据权利要求11所述的钽合金，其中，所述Pt在合金中的含量为小于5000ppm。
15. 根据权利要求11所述的钽合金，其中，所述Pt在合金中的含量为至少250ppm。
16. 根据权利要求11所述的钽合金，其中，所述合金由Ta-3W和Pt组成，其中所述Pt 在所述合金中的含量为至少150ppm并小于lOOOOppm。
17. 根据权利要求16所述的钽合金，其中，所述Pt在合金中的含量为小于5000ppm。
18. 根据权利要求16所述的钽合金，其中，所述Pt在合金中的含量为小于2000ppm。
19. 根据权利要求16所述的钽合金，其中，所述Pt在合金中的含量为小于5000ppm。
20. 根据权利要求16所述的钽合金，其中，所述Pt在合金中的含量为至少250ppm。
【文档编号】C22C27/02GK104109792SQ201410238863
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2008年4月24日 优先权日:2007年4月27日
【发明者】P·R·艾蒙, E·辛肖 申请人:H.C.施塔克公司