Aleaciones Ta-W: Características y fabricación

Descripción

Las aleaciones de tántalo y wolframio se utilizan desde hace mucho tiempo en muchos campos. Proporcionan fuerza, estabilidad y alta resistencia al calor. Las aleaciones vienen en diferentes composiciones, como TaW2.5 y TaW10, que tienen sus propias características únicas.

Qué son las aleaciones Ta-W

Las aleaciones de tántalo-tungsteno (aleaciones Ta-W) son materiales metálicos especiales compuestos principalmente de tántalo (Ta) y tungsteno (W). Los grados más utilizados en el mercado son Ta10W, que contiene un 10% de tungsteno, y Ta2.5W, que contiene un 2,5% de tungsteno en peso.

Las aleaciones Ta-W se valoran por sus excepcionales propiedades físicas y químicas:

• Alto punto de fusión: Con una temperatura de fusión en torno a los 3080 °C, estas aleaciones permanecen estables en condiciones de calor extremo.
• Excelente resistencia a altas temperaturas: Mantienen la integridad mecánica a temperaturas elevadas, resistiendo la deformación o el fallo estructural.
• Buena resistencia al desgaste: En entornos abrasivos o de fricción, las aleaciones Ta-W demuestran una larga vida útil.
• Excelente resistencia a la fluencia: Mantienen la estabilidad dimensional bajo esfuerzos prolongados a altas temperaturas.
• Resistencia superior a la corrosión: Las aleaciones Ta-W son muy resistentes a diversos medios corrosivos, como el cloro húmedo, el agua clorada, el ácido hipocloroso y el ácido clorhídrico.

A pesar de estas ventajas, las aleaciones Ta-W pueden ser propensas a la oxidación cuando se exponen al aire a temperaturas superiores a 400 °C. Para hacer frente a esta limitación, los investigadores están explorando diversos métodos de tratamiento de superficies -como los recubrimientos compuestos- para mejorar tanto la resistencia a la oxidación como el comportamiento frente al choque térmico.

En general, las aleaciones Ta-W son materiales clave para aplicaciones exigentes en el sector aeroespacial, el procesamiento químico y otros campos de alto rendimiento en los que es esencial una combinación de resistencia térmica, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión.

Propiedades y hoja de datos de la aleación de tántalo-tungsteno

Para más información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Fabricación de aleaciones de tántalo-tungsteno

La producción de aleaciones de tántalo-tungsteno (Ta-W) implica una serie de procesos metalúrgicos precisos diseñados para garantizar una composición uniforme, alta pureza y un excelente rendimiento mecánico. Los pasos típicos de fabricación incluyen

1. Mezcla de polvos

Los polvos ultrafinos de tántalo y wolframio se pesan según la composición deseada (por ejemplo, 2,5% o 10% de wolframio en peso) y se mezclan a fondo para conseguir una mezcla homogénea. Una dispersión adecuada en esta etapa es fundamental para las propiedades finales de la aleación.

2. Compactación

La mezcla de polvos se carga en moldes y se compacta a alta presión para formar compactos verdes (piezas con forma preliminar). Este paso da al material una forma inicial y una integridad mecánica para su posterior procesamiento.

3. Sinterización

Los compactos prensados se sinterizan en un horno de vacío a alta temperatura para unir metalúrgicamente las partículas de polvo. Este proceso produce un tocho poroso prealeado conocido como lingote sinterizado, que sirve como material base para la fusión posterior.

4. Fundición y refinado

Los tochos sinterizados se someten a múltiples ciclos de refundición en un horno de refundición por arco en vacío (VAR) o de fundición por haz de electrones (EBM) . Estas técnicas de fusión de alta pureza garantizan la uniformidad de la composición y eliminan las impurezas, lo que da como resultado lingotes densos y totalmente aleados.

5. Procesado posterior a la fusión

Los lingotes finales se trabajan en caliente mediante forja, laminado y recocido para refinar la microestructura y mejorar las propiedades mecánicas. Estos procesos ajustan el tamaño del grano, mejoran la ductilidad y consiguen las dimensiones finales y el acabado superficial deseados.

Comparación de TaW2.5, TaW10, etc.

Las diferentes composiciones de las aleaciones de tántalo y wolframio se prestan a diferentes aplicaciones. TaW2.5 contiene aproximadamente un 2,5% de tungsteno en peso, lo que da como resultado una aleación más fácil de moldear y de utilizar cuando se acepta una resistencia ligeramente inferior. TaW10, por su parte, tiene un 10% de wolframio. Esto la hace más fuerte y resistente al calor. Cuando los ingenieros eligen una aleación, se fijan en la cantidad de wolframio necesaria para el trabajo.

Las diferencias también afectan al comportamiento ante el calor. Un mayor contenido de wolframio suele reducir la dilatación térmica. Esto es importante en entornos con cambios bruscos de temperatura. La resistencia mecánica y la densidad también están estrechamente relacionadas con el contenido de tungsteno. De este modo, TaW2.5 puede funcionar bien para aplicaciones en las que se necesita una aleación más blanda. El TaW10 se elige cuando se requiere el máximo rendimiento a altas temperaturas y esfuerzos.

Conclusión

Las aleaciones de tántalo y wolframio son una parte fiable de la ingeniería moderna. Sus importantes propiedades térmicas y su resistencia a condiciones extenuantes las hacen útiles en diversos sectores.

Preguntas más frecuentes

F: ¿Qué hace que las aleaciones de tántalo-tungsteno sean adecuadas para entornos de altas temperaturas?
P: Resisten altas temperaturas gracias a sus elevados puntos de fusión y su baja dilatación térmica.

F: ¿Cómo se selecciona la composición de la aleación para tareas específicas?
P: Los ingenieros utilizan la densidad, la resistencia y las propiedades térmicas para elegir el grado de aleación correcto.

F: ¿Pueden utilizarse estas aleaciones en entornos de vacío?
P: Sí, su estabilidad y resistencia al calor las hacen ideales para el vacío y las atmósferas inertes.