טנטלום היא מתכת עקשנית עם נקודת התכה של 2996 מעלות וצפיפות של כ-16.6 גרם/ס"מ³. היתרון ההנדסי המכריע שלה הוא אינרטיות כימית: המתכת מפתחת טא דקה -מתרפאת מעצמה2O5סרט פסיבי שנשאר יציב ברוב החומצות המינרליות, כאשר החומצה ההידרופלואורית והאלקליות המרוכזות חמות הן החריגות העיקריות. צורות מעובדות כוללות מוט, תיל, גיליון, רצועה, נייר כסף, צינור, חומרי מהדקים ורכיבים מעובדים-בגימור, כולם מיוצרים ממטיל מותך של קרן-אלקטרון, שמגולגלת, נמשכת או מעובדת לאחר מכן לצורה סופית.
מנקודת מבט של ייצור, טנטלום מתנהג יותר כמו נחושת מאשר כמו טונגסטן. הוא רקיע, עבודה-מתקשה במהירות וצריך כלי עבודה חדים, מהירויות חיתוך נמוכות וזרימת נוזל קירור נדיבה. חישול מבוצע בדרך כלל בוואקום גבוה או בגז אינרטי בטוהר- גבוה מכיוון שהמתכת קולטת חמצן, חנקן ומימן בטמפרטורה גבוהה, ואיסוף ביניים הורס במהירות גמישות וביצועי קורוזיה.
יישומים חשמליים ואלקטרוניים
השימוש היחיד הגדול ביותר בחלקים מעובדים בטנטלום הוא הקבל האלקטרוליטי המוצק. אנודות טנטלום מרוכזות מציעות קיבול גבוה ליחידת נפח, זרם דליפה נמוך וקיבול יציב בטווח טמפרטורות רחב, מה שהופך אותן לחיוניות במערכות מכ"ם, טילים מונחים, מטוסים על-קוליים ומחשבים אלקטרוניים. תעשיית הקבלים צורכת טנטלום בעיקר כאבקה וכחוט דק; מעבר לקבלים, יריעת טנטלום, רצועה וצינור משמשים עבור צינורות פליטת אלקטרונים, רכיבי צינור אלקטרונים- בהספק גבוה, גטרים בהתקני ואקום ומטרות קפיצה עבור שקיעת סרט דק-.
ציוד לתהליכים כימיים
טנטלום נבחר עבור שירות כימי כאשר פלדות אל חלד, טיטניום וסגסוגות-על בסיס ניקל נכשלות, לרוב בסביבות הידרוכלוריות וחומצות גופרתית. פריטים מפוברקים אופייניים הם מחליפי חום פטרוכימיים, מחממים, רכזים, כלי כורים, עמודים, מגדלים, צנרת ושסתומים. לעתים קרובות נעשה שימוש חסכוני במתכת על ידי ריפוד או חיפוי פלדת פחמן ולאחר מכן ייצור החלקים הרטובים מטנטלום, עם אותה כיתה המיושמת עבור תקעים לתיקון, מחממי כידון ובורות חום. מכיוון שהסרט הפסיבי משתפר מיידית לאחר נזק, ציוד טנטלום סובל התעללות מכנית קלה שתגרום להיווצרות חריצים בסגסוגת סרט פסיבית כגון טיטניום.
יישומי טמפרטורה-תעופה וחלל גבוהה
סגסוגות טנטלום משמשות כתא בעירה וחומרי מבנה-עמידים בחום ובעלי חוזק- גבוה במטוסים על-קוליים. סגסוגת טנטלום-מטונגסטן מסוג Ta-10W היא חומר זרבובית קלאסי: היא שומרת על חוזק של כ-8 kgf/mm² (כ-78 MPa) ב-1650 מעלות, שילוב של חוזק ועמידות לזחילה שמעט מתכות עקשנות מתחרות מתאימות בטמפרטורה זו. טנטלום קרביד משמש לבד או עם קרבידים אחרים כציפוי לפורזות, כלי חיתוך, להבי טורבינות מנוע סילון, שסתומים וחירי רקטות. הקשיות שלו מתקרבת לזו של היהלום, והיא מהווה מרכיב עיקרי בכלי קרביד מוצק.
יישומים ביו-רפואיים ושתלים
טנטלום מראה יציבות וסבילות רקמות במגע עם רקמות אנושיות ולכן משמש לחומרי תיקון כירורגי, עצם מלאכותית, לוחות עצם, ברגים, סיכות ראש קיבוע ומחטי תפרים. מבני טנטלום נקבוביים מאפשרים צמיחת עצם, וטנטלום לא מגוג מוכר כחומר שתל ב-ASTM F560 עבור יישומי שתלים כירורגיים, בעוד שאבקת טנטלום המיועדת לשתלים כירורגיים מכוסה בתקן ISO 13782. הצפיפות הגבוהה של טנטלום היא חיסרון עבור רכיבים גדולים שמכילים סמן ומרקר במרכיבים רדיופוניים{{3} חייב להתנגד למיקרו-תנועה.
מאפיינים אופייניים ומפרטים ישימים
| נֶכֶס | ערך אופייני (חומר חישול) |
|---|---|
| נקודת התכה | 2996 מעלות |
| צְפִיפוּת | 16.6 גרם/ס"מ³ |
| חוזק מתיחה | כ-345 מגפ"ס |
| הַאֲרָכָה | בערך 30% |
| מודול אלסטי | בערך 186 GPA |
| התנגדות חשמלית | בערך 13.5 µΩ·ס"מ |
| מוליכות תרמית | בערך 57 W/(m·K) |
| טמפרטורת שירות באווירה אינרטית | עד כ-2500 מעלות |
דרגת קבלים: אבקת טנטלום וחוט עם רמות חמצן וטומאה מבוקרות היטב.
דרגת ציוד כימי: יריעה, רצועה וצינור לבטנה, חיפוי וכלים מפוברקים.
דרגת סגסוגת: Ta-10W סוג טנטלום-מוצרי טונגסטן לשימוש מבני בטמפרטורה גבוהה.
דרגת שתל: טנטלום לא מגוג וטנטלום נקבובי למכשירים רפואיים.
כיסוי המפרט עבור טפסים מעובדים מצויין בדרך כלל כ-ASTM B365 עבור מוט וחוט, ASTM B708 עבור צלחת, גיליון, רצועה ונידיד, ו-ASTM B521 עבור מוצרי סגסוגת טונגסטן-טנטלום. הזמנת רכש צריכה תמיד להגדיר דרגות, מזג, מידות, גימור פני השטח ומגבלות מותרות של זיהום ביניים, מכיוון שמשתנים אלו שולטים הן בכושר הצורה והן בהתנהגות הקורוזיה.
שאלות נפוצות
ש: מדוע נבחר טנטלום במקום טיטניום בציוד כימי?
טיטניום תלוי בסרט תחמוצת שנכשל בהפחתת חומצות, בעוד הטנטלום שומר על הסרט הפסיבי שלו בשירות חומצות הידרוכלוריות וגופרית, כך שהוא שורד בסביבות שבהן בורות טיטניום.
ש: מהי נקודת ההיתוך והצפיפות של הטנטלום?
הטנטלום נמס ב-2996 מעלות ובעל צפיפות של כ-16.6 גרם/סמ"ק, בערך פי שניים מזו של פלדה.
ש: כמה חזקה סגסוגת חרירי טנטלום-בטמפרטורה גבוהה?
סגסוגת מסוג Ta-10W שומרת על כ-8 kgf/mm², כ-78 MPa, ב-1650 מעלות, וזו הסיבה שהיא משמשת עבור חרירי רקטות וטילים.
ש: האם ניתן לעבד ולרתך טנטלום?
כֵּן. מכונות טנטלום אוהבות מתכת רכה וגמישה וניתנות לריתוך, אך כל עבודה וריתוך חמים חייבים להיות מוגנים מחמצן, חנקן ומימן כדי למנוע התפרקות.
ש: האם נעשה שימוש בטנטלום בשתלים רפואיים?
כֵּן. טנטלום לא ממוסג מוכר ב-ASTM F560 עבור שתלים כירורגיים ומשמש עבור לוחות עצם, ברגים, מחטי תפרים, מבני צמיחת עצם נקבוביים וסמנים אטומים רדיואקטיביים.
ש: אילו מפרטים חלים על חלקים מעובדים בטנטלום?
ההתייחסויות הנפוצות ביותר הן ASTM B365 עבור מוט וחוט, ASTM B708 עבור צלחת, יריעות, רצועות ונידיד, ASTM B521 עבור מוצרי סגסוגת טנטלום- ו-ISO 13782 עבור אבקת שתלים.
