[发明专利]抗水腐蚀的钽基合金

说明书

相关申请

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

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

当氢浓度大于100ppm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HCl和热H₂SO₄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。

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。

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。钼的最高含量限定为0.5％(少于5000ppm)，以促使合金获得更小的粒度。

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的铌，总量小于200ppm的铁、铬和镍，小于50ppm的钨，小于10ppm的钼，小于30ppm的铬，以及小于20ppm的钙，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

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。

本发明的一个优选实施方式将铂加入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。

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。

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Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Mo、W和Re的金属元素。

金属元素的含量最高可达到所述金属在钽中的溶解限度。

附图说明

图1显示了加入钼的情况，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。

图2显示了纯钽在化学加工业中接触热HCl时吸收氢和变脆的条件。

图3显示了纯钽在化学加工业中接触热H₂SO₄时吸收氢和变脆的条件。

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。

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。

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

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。

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。

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、铂、钼、钨和铼(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Mo、W和Re)的元素。钽合金优选包含钨以及铂、钼、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。

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钇、金、铈、镨、钕和钍。