s12 - titanio, zirconio y tantalio
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TITANIO, ZIRCONIO Y TANTALIO
ING. PEDRO GURMENDI PÁRRAGA PH.D.
TITANIO
TITANIO
Sobre el titanio se hablamucho pero por desgraciaes uno de los ampliamentedifamados y malconocidos. Así pues hoytrataremos de arrojar luzsobre este amigo de laaeronáutica y de lasprótesis biomedicinales.
El Titanio “Puro”La elevada reactividad del titanio dificulta la obtención del metal puro por lo queen aplicaciones comerciales se trabaja con titanio denominado comercialmentepuro, con diferentes niveles de impurezas en su composición.
De este modo, el titanio comercialmente puro contiene entre 98.635 y 99.5% enpeso de titanio.
En la siguiente tabla se definen los diversos grados de titanio comercialmentepuro en función del contenido de elementos intersticiales, los cuales influyensobre la resistencia mecánica y la tenacidad del metal.
Es destacable que el aumento del contenido en hierro empeora la resistencia delmetal a la corrosión.
Grados de Ti comercialmente puroValores medios de productos forjados y recocidos
Aleaciones de TitanioEl titanio sin alear tiene una estructura hexagonal compacta (fase α), que a los 885 ºC cambia a una estructura cúbica (fase β) centrada en el cuerpo, que se mantiene hasta la temperatura de fusión.
Efectos de los elementos de aleación:
El principal efecto de los elementos de aleación en las aleaciones de titanio, es la modificación de la temperatura de transformación. De esta manera, los elementos de aleación se clasifican en:
α –estabilizadores, que elevan la temperatura de transformación, y
β –estabilizadores que hacen que descienda.
A continuación se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos de aleación del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal.
Estabilizadores en las aleaciones de titanio
α – estabilizadores:Son los elementos de aleación que elevan la temperatura de transformación de fases.
El aluminio es el principal α – estabilizador.
El aluminio tiene una gran solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la fase α.
El resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente, pero que se mantiene a temperaturaelevada.
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos térmicos y son utilizadas normalmente en estado derecocido, con el fin de eliminar las tensiones residuales originadas por su uso.
De este modo, la principal variable de estas aleaciones es el tamaño de grano.
Entre las propiedades más destacables de las aleaciones α se debe señalar una resistencia a tracción a temperaturaambiente entre 540 y 930 MPa, una resistencia mecánica aceptable a altas temperaturas, buen comportamiento frente afluencia, buena estabilidad térmica hasta temperaturas de alrededor los 550 °C y una facilidad para la soldadurasatisfactorias.
Otros elementos α – estabilizadores son el oxígeno, el estaño, el galio o el germanio.
El nitrógeno o el carbono son también α -estabilizadores pero no suelen ser añadidos intencionadamente.
β – estabilizadores:El manganeso, cromo, hierro, molibdeno o niobio hacen que descienda la temperatura detransformación de α a β, y dependiendo de la cantidad añadida pueden ocasionar la retención dealgo de fase β a temperatura ambiente.
Las propiedades óptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura esta formadapor fase β exclusivamente, sino que éstas se alcanzan al realizar un tratamiento de envejecimientoque provoca la precipitación de finas partículas de α dentro de los granos β.
También se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en frío, lo que las hace susceptiblesde ser conformadas en frío en estado de recocido. Además se pueden tratar térmicamente tras elconformado para elevar su resistencia.
Otros elementos como el circonio no tienen ningún efecto en la temperatura de transformación perotienen otros efectos en el metal.
El circonio incrementa la resistencia a temperaturas bajas y moderadas.
Su uso en proporciones del 5 o 6 % pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia.
Diagrama cualitativo de las aleaciones de titanio en función de sus estabilizadores
Normativa de clasificación de las aleaciones de titanio
Una vez conocidas losprincipales aleantes(estabilizadores),pasamos a describircómo organizan lasdiferentes normativasa estas aleaciones.
Norma UNE 38-700-81: Titanio y aleaciones de titanio para forja
Esta norma tiene por objeto establecerlos criterios generales que afectanal titanio y sus aleaciones para forja, asícomo las formas que se ocupan de losmismos.
De acuerdo con la norma más generalUNE 38-001, dichas aleacionesconstituyen la Serie L-7XXX, que seclasifica en grupos atendiendo al tipode estructura de las aleaciones.
De esta forma se tienen 5 grupos:
Principales grupos de aleaciones de titanio en la norma UNE
La designación de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las siguientes, acompañadas por el número de norma UNE específica correspondiente a cada una. Tanto la designación numérica como la simbólica deber ser complementada añadiéndole la norma que define la aleación correspondiente.
Norma ASTM
Dentro de la normativa ASTM hay dosnormas que recogen lo referente al titanio ysus aleaciones.
Dichas normas son la:
B 381-05 y la B 367-05.
- B 381- 05Standard specification for Titaniumand Titanium Alloy Forgings.(Titanio y aleaciones de Titanio paraforja)
Esta norma recoge lasespecificaciones para los siguientesgrados de titanio y aleaciones pararforja:
Grados en que se dividen las aleaciones de titanio para forja en la norma
ASTM
- B 367- 05Standard specification forTitanium and Titanium AlloyCasting. (Titanio y aleaciones deTitanio para colada)
Esta norma incluye la informacióncorrespondiente al titanio y susaleaciones para colada, diseñadaspara aplicaciones industriales,designadas según los siguientesgrados: Grados en que se dividen las aleaciones de
titanio para colada en la norma ASTM.
Usos del titanio
El titanio es un metal muy importante que fue descubierto en 1791. Si alguna vez te has preguntadopara qué sirve el titanio, a continuación tienes una lista de sus posibles usos:
Las aleaciones de titanio se utilizan en los aviones y también en helicópteros, blindaje, buques deguerra, naves espaciales y misiles. Las aleaciones de titanio no se desgastan fácilmente, son fuertes yresistentes a la corrosión por lo que son perfectos para su uso en las aplicaciones anteriores.
La mayoría de titanio se convierte en óxido de titanio. Este es el pigmento blanco encontrado en eldentífrico, pintura, papel y algunos plásticos. El cemento y las piedras preciosas también contienenóxido de titanio. Las cañas de pescar y palos de golf también se hacen más fuertes mediante del usode óxido de titanio.
Los intercambiadores de calor en las plantas de desalinización (que convierten el agua de mar enagua potable) están hechos de titanio, ya que es resistente a la corrosión en agua de mar.
Los piercings corporales, generalmente se hacen de titanio. El titanio es perfecto para esto ya que sepuede colorear fácilmente y es inerte (no reaccionará con otros elementos).
Los instrumentos quirúrgicos, las sillas de ruedas y las muletas están hechas de titanio para unaalta resistencia y bajo peso.
Los implantes dentales están hechos con titanio. Las personas con implantes dentales detitanio aún puede ir en una máquina de resonancia magnética!
Las bolas de la cadera y reemplazos articulares están hechos de titanio y que puedenpermanecer en el lugar durante unos 20 años.
Muchas armas de fuego (pistolas) están hechas de titanio, ya que es un material fuerte y ligero.
El cuerpo de los ordenadores portátiles están hechos a menudo de titanio.
El titanio se utiliza a veces en la construcción de edificios.
Las parrillas de casco de fútbol americano, raquetas de tenis, cascos de cricket y cuadros debicicletas están hechos de titanio.
BROCAS PARA METALESHSS TITANIO RECTIFICADA. Están recubiertas de una aleación detitanio que permite taladrar todo tipo de metales con la máximaprecisión, incluyendo materiales difíciles como el acero inoxidable.Se puede aumentar la velocidad de corte y son de extraordinariaduración. Se pueden utilizar en máquinas de gran producción peronecesitan refrigeración.
ZIRCONIO
ZIRCONIOSímbolo químico Zr
Número atómico 40
Grupo 4
Periodo 5
Aspecto blanco grisáceo
Bloque d
Densidad 6511 kg/m3
Masa atómica 91.224 u
Radio medio 155 pm
Radio atómico 206
Radio covalente 148 pm
Configuración electrónica [Kr]4d25s2
Electrones por capa 2, 8, 18, 10, 2
Estados de oxidación 4
Óxido anfótero
Estructura cristalina hexagonal
Estado sólido
Punto de fusión 2128 K
Punto de ebullición 4682 K
Calor de fusión 16.9 kJ/mol
Presión de vapor 0,00168 Pa a 2125 K
Electronegatividad 1,33
Calor específico 0,27 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 2,36·106S/m
Conductividad térmica 22,7 W/(K·m)
Zirconio elemento químico:El zirconio es un elemento químico de número atómico 40 situado en elgrupo 4 de la tabla periódica de los elementos.
Su símbolo es Zr.
Es un metal duro, resistente a la corrosión, similar al acero.
En estado puro no se encuentra en la naturaleza.
Se puede obtener a través de procesos físico-químicos complejos.
En la tabla periódica de los elementos se encuentra junto al Titanio (Ti).
Por este motivo sus propiedades son muy similares.
Zirconio mineralLos minerales más importantesen los que se encuentra son elcircón (ZrSiO4) y la badeleyita(ZrO2), aunque debido al granparecido entre el circonio y elhafnio (no hay otros elementosque se parezcan tanto entre sí)realmente estos minerales sonmezclas de los dos; los procesosgeológicos no han sido capacesde separarlos.
badeleyita mineral
Circón mineral
Propiedades del zirconioLos metales de transición, también llamados elementos de transición es el grupo al que pertenece el zirconio.
En este grupo de elementos químicos al que pertenece el zirconio, se encuentran aquellos situados en la partecentral de la tabla periódica, concretamente en el bloque d.
Entre las características que tiene el zirconio, así como las del resto de metales de transición se encuentra la deincluir en su configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones.
Propiedades de este tipo de metales, entre los que se encuentra el zirconio son su elevada dureza, el tenerpuntos de ebullición y fusión elevados y ser buenos conductores de la electricidad y el calor.
El estado del zirconio en su forma natural es sólido.
El zirconio es un elemento químico de aspecto blanco grisáceo y pertenece al grupo de los metales de transición.El número atómico del zirconio es 40.
El símbolo químico del zirconio es Zr.
El punto de fusión del zirconio es de 2128 grados Kelvin o de 1855,85 grados celsius o grados centígrados.
El punto de ebullición del zirconio es de 4682 grados Kelvin o de 4409,85 grados celsius o grados centígrados.
Usos del zirconioSi alguna vez te has preguntado para qué sirve el zirconio, a continuación tienes una lista de sus posibles usos:
Este metal se utiliza en la industria nuclear para el revestimiento de elementos combustibles ya que tiene unasección transversal de baja absorción de neutrones. El zirconio es muy resistente a la corrosión por ácidos y álcalisdel agua, por lo tanto, es ampliamente utilizado en la industria química, donde se emplean agentes corrosivos.
El metal se utiliza en aleaciones con acero para aplicaciones quirúrgicas. Este metal es superconductor a bajastemperaturas y las aleaciones de circonio y niobio se utilizan para fabricar imanes superconductores. Lasaleaciones de zirconio con zinc se vuelven magnéticas a temperaturas inferiores a -238 grados centígrados. Elzirconio se utiliza también en tubos de vacío, lámparas de flash para fotografía, en cebadores explosivos y enfilamentos de las lámparas.
El óxido de zirconio (zircón) tiene un índice de refracción alto. El óxido también se usa para crear crisoles delaboratorio resistentes a choques térmicos, para el revestimiento de los hornos metalúrgicos y por las industriasdel vidrio y la cerámica como un material refractario.
El uso de los óxidos de zirconio en cerámica técnica está bien establecido, sobre todo por sus propiedades deresistencia al calor y la electricidad. El zirconio se utiliza en condensadores, sistemas de microondas y aplicacionesde telecomunicaciones piezoeléctricos donde se controlan la alta reactividad y tamaño de partículacuidadosamente para maximizar la formación de zirconato. Otras aplicaciones son la creación de piedraspreciosas, cerámicas, filtros para metal fundido y conectores de fibra óptica.
Abundancia y Obtención:El circonio no se encuentra en la naturaleza como metal libre, pero síformando parte de numerosos minerales.
La principal fuente de circonio se obtiene del mineral circón (silicato decirconio, ZrSiO4), que se encuentra en depósitos en Australia, Brasil, India, Rusiay Estados Unidos.
El circón se obtiene como subproducto de la minería y procesado de mineralesde metales pesados de titanio, la ilmenita (FeTiO3) y el rutilo (TiO2), y tambiénde estaño.
El circonio y el hafnio se encuentran en el circón en una relación de 50 a 1 y esmuy difícil separarlos.
También se encuentra en otros minerales, como la badeleyita (ZrO2).
Arena de zirconio
Esta arena de zirconio es la materia primera
para la obtención del zirconio METAL puro
Zr 99% y la CERÁMICA de óxido de
zirconio (zirconia, ZrO2). Cantera de zirconio. Australia
Producción de Zirconio metal puro (Zr 99%):
Crystal Bar
Para la obtención del metal con mayor pureza se
sigue el proceso Van Arkel basado en la disociación
del yoduro de circonio, obteniéndose una esponja de
circonio metal denominada crystal-bar.
El zirconio “crystal-bar” se funde para obtener el
lingote o barra de zirconio. El zirconio puro se
utiliza sobre todo en reactores nucleares y para
formar parte de aleaciones con alta resistencia a la
corrosión.
Barra de zirconio puro
Es un metal blanco grisáceo, brillante y muy resistente a la
corrosión. Es más ligero que el acero con una dureza
similar a la del cobre. Cuando está finamente dividido
puede arder espontáneamente en contacto con el aire
(reacciona antes con el nitrógeno que con el oxígeno),
especialmente a altas temperaturas. Es un metal resistente
frente a ácidos, pero se puede disolver con ácido
fluorhídrico(HF), formando complejos con los fluoruros.
Sus estados de oxidación más comunes son +2, +3 y +4.
Producción de la cerámica de zirconio = zirconia = ZrO2La cerámica de zirconio se obtieneprincipalmente mediante una cloraciónreductiva a través del denominadoproceso de Kroll: primero se prepara elcloruro, para después reducirlo conmagnesio.
En procesos semi-industriales se puederealizar la electrólisis de sales fundidas,obteniéndose el circonio en polvo quepuede utilizarse posteriormenteen pulvimetalurgia. Zirconia (ZrO2) = cerámica de zirconio
La zirconia es un polvo de cerámica que se utiliza como pigmento blanco para laspinturas, y como abrasivos. A temperatura ambiente presenta una configuraciónmolecular del tipo monoclínico.
Esta configuración es extremadamente frágil.
Para mejorar las propiedades de la zirconia (ZrO2) se le añaden otros elementospara estabilizar la estructura, como por ejemplo el Yttrio (Y).
A través de una mezcla y fundición a alta temperatura se consigue estabilizar laestructura de cerámica.
El Y-TZP es el policristal tetragonal de zirconio estabilizado con Yttrio.
La cerámica de Y-TZP es lo que en odontología nos referimos cuando hablamosde ZIRCONIO. Simplemente, desde siempre ha sido más fácil verbalizar zirconioque Y-TZP.
Implantes de zirconio (Y-TZP) CeraRoot y prótesis de zirconio (Y-TZP) con recubrimiento de porcelana
para dar color.
Propiedades zirconioMETAL vs CERÁMICA
METAL Zr 99%
1. Color grisáceo metálico
2. Enlaces metálicos débiles
3. Maleable
4. Dúctil
5. Desgaste
6. Conductor térmico
7. Conductor eléctrico
8. se oxida muy fácilmente
9. Corrosión química
10. Útil en reactores nucleares
CERÁMICA Y-TZP
1. Color blanco
2. Enlaces covalentes muy fuertes
3. Duro
4. Frágil
5. Resistente al desgaste
6. Aislante térmico
7. Aislante eléctrico
8. Resistente a la oxidación
9. No sufre corrosión química
10. Útil en cerámicas técnicas
APLICACIONES
TÁNTALO
TÁNTALONombre Tantalio
Número atómico 73
Valencia 2,3,4,5
Estado de oxidación +5
Electronegatividad 1,5
Radio covalente (Å) 1,38
Radio iónico (Å) 0,73
Radio atómico (Å) 1,46
Configuración electrónica [Xe]4f145d36s2
Primer potencial de ionización (eV) 6,02
Masa atómica (g/mol) 180,948
Densidad (g/ml) 16,61
Punto de ebullición (ºC) 5425
Punto de fusión (ºC) 2996
Descubridor Anders Ekeberg en 1802
Presencia natural y preparaciónEn el año 1802, el químico sueco Anders Gustav Ekeberg logró separar por primera vez el pentóxido detántalo (Ta2O5) del mineral de columbita. Este óxido tiene su nombre de Tántalo, un personaje de lamitología griega: Tántalo nunca logró calmar su sed porque el agua retrocedía siempre antes de que pudieraalcanzarla. De la misma manera, el óxido de tántalo no puede reaccionar con ningún ácido.
El símbolo químico Ta fue propuesto por Jöns Jakob Berzelius en el año 1814. Berzelius también fue laprimera persona que produjo tántalo elemental.
Sin embargo, Heinrich Rose se dio cuenta de que, en realidad, el material producido de esta manera solocontenía el 50 % de tántalo.
En el año 1844, Rose logró demostrar que el tántalo y el niobio son elementos distintos. Pasaría un siglohasta que Werner von Bolton lograra producir tántalo puro reduciendo el heptafluorotantalato de potasiocon sodio.
El tántalo se encuentra más frecuentemente en forma de mineral de tantalita que tiene la fórmula química(Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2.
Si el contenido de tántalo predomina, el mineral se denomina como tantalita. Si, en cambio, contiene másniobio que tántalo, se conoce como columbita o niobita. Los mayores yacimientos de tántalo del mundo seencuentran en Australia, Brasil y una serie de países africanos.
El mineral se refina mediante una variedad de métodos para obtener un concentradode aprox. un 70 % (Ta,Nb)2O5.
A continuación, este concentrado se disuelve en una mezcla de ácido fluorhídrico yácido sulfúrico. El complejo de flúor resultante [TaF7] se convierte entonces en una faseorgánica mediante un proceso de extracción de líquido.
La fase orgánica se separa de la fase acuosa.
Seguidamente, el tántalo se separa de la fase orgánica con la ayuda de bifluoruro depotasio.
En este proceso se produce heptafluorotantalato de potasio (K2TaF7).
El compuesto de tántalo obtenido de esta manera se reduce entonces con la reacciónquímica mostrada abajo para producir tántalo metálico puro.
¿Cómo lo hacemos? ¿Por qué utilizamos la pulvimetalurgia?
La pulvimetalurgia nos permite producir materiales conunos puntos de fusión netamente superiores a 2000 °C.
Este procedimiento resulta particularmente económico,incluso si se producen solo pequeñas cantidades.Adicionalmente, al utilizar mezclas de polvo a medida,podemos producir una amplia gama de materialesextremadamente homogéneos y con unas propiedadesespecíficas.
El polvo de tántalo se mezcla con elementos de aleación y se introduce enmoldes. A continuación, la mezcla es compactada con unas presiones de hasta2000 bares. La pieza prensada resultante (conocida también como pieza enverde) es sinterizada entonces en hornos especiales a temperaturas de más de2000 °C. Durante este proceso, la pieza adquiere su densidad y se forma sumicroestructura. Las propiedades especiales de nuestros materiales, tales comosu excelente estabilidad térmica, su dureza o sus características de flujo, sondebidas al uso de los métodos de conformado apropiados, por ejemplo forja,laminación o estirado. Solo el encaje perfecto de todos estos pasos nos permitecumplir nuestras elevadas exigencias de calidad y fabricar productos de unapureza y calidad extraordinarias.
USOSElevada resistencia a la corrosión.
El tántalo es una elección razonable cuando serequiere una alta resistencia a la corrosión. Aunqueel tántalo no sea un metal noble, es comparable aéstos en lo que respecta a la resistencia química.Además, el tántalo es muy fácil de conformar, inclusonetamente por debajo de la temperatura ambiente, apesar de su estructura cristalina cúbica centrada en elespacio
La resistencia a la corrosión del tántalolo convierte en un material valioso enun gran número de aplicacionesquímicas.
Utilizamos nuestro material«inflexible», por ejemplo, para producirintercambiadores de calor para elsector de la construcción de aparatos,carros de carga para la construcción dehornos, implantes para la tecnologíamédica y componentes de capacitorespara la industria electrónica.
Fabricación de plantas químicas, material quirúrgico (inerte a los fluidos corporales), filamentos para lámparas de incandescencia y componentes electrónicos.
Preparación de vidrio para instrumentos ópticos.
Aleaciones de alta resistencia al desgaste.
Se utiliza fundamentalmente para la obtención de aleaciones conpropiedades tales como: alto punto de fusión, resistentes, dúctiles,inoxidables, etc.
Es un buen "getter" (afinador de vacío, es decir, para eliminartrazas de gases) a altas temperaturas (filamentos de lámparas) y laspelículas de óxido de tántalo son estables y tiene buenaspropiedades dieléctricas, por lo que (el 60%) se emplea para fabricarcondensadores electrolíticos y partes de hornos de vacío.
Otros usos incluyen equipos químicos (revestimiento, vasijas inoxidables),reactores nucleares, aviones, cohetes.
Al ser inerte a los líquidos corporales y no producir irritación se usa en lafabricación de material quirúrgico. Fabricación de pesas.
Entre sus compuestos: El óxido de tántalo (Ta2O5) tiene un elevado índice derefracción y se emplea en la fabricación de vidrios especiales para lentes decámaras.
El 10% del tántalo se emplea en la producción de TaC usado en sierras decortar.S
Se ha obtenido un material composite (híbrido) de grafito y carburo de tántaloque es uno de los materiales más duros que se conocen y con un punto defusión de 3738 °C.
Ni el tántalo ni sus combinaciones son tóxicos.
Un material con unos talentos especiales
La amplia variedad de aplicaciones industriales en las cuales se utiliza nuestro tántalo reflejan las propiedades únicas de este material.
A continuación presentaremos brevemente dos de ellas:
Propiedades químicas y eléctricas a medidaGracias a su microestructura particularmentefina, el tántalo es el material perfecto para eltrefilado de alambres ultra finos con unasuperficie perfecta y extraordinariamente purapara el uso en capacitores de tántalo. Podemosdeterminar las propiedades químicas, eléctricasy mecánicas de estos alambres con un altogrado de precisión.
De esta manera, nuestros productos ofrecen alos clientes unas propiedades constantes yperfectamente adaptadas a sus componentes,que estamos desarrollando y perfeccionando enpermanencia.
Resistencia extraordinaria y excelente ductilidad en fríoSu excelente resistencia, combinada con suexcelente conformabilidad y soldabilidad, hacenque el tántalo sea el material perfecto para el usoen intercambiadores de calor.
Nuestros intercambiadores de calor de tántaloson extraordinariamente estables y resistentes auna amplia gama de sustancias agresivas.
Con nuestra larga experiencia en el ámbito delmecanizado del tántalo también podemosfabricar dimensiones complejas, adaptadasexactamente a sus necesidades.
Tántalo puro¿o mejor una aleación? Usted eligePreparamos nuestro tántalo para que funcione a la perfección en cada aplicación. Con la adición de diferentes aleaciones podemos determinar las siguientes propiedades:
Propiedades físicas (por ejemplo: punto de fusión, presión de vapor, densidad, conductividad eléctrica, conductividad térmica, expansión térmica, capacidad de calor)
Propiedades mecánicas (por ejemplo: resistencia, comportamiento de rotura, ductilidad)
Propiedades químicas (por ejemplo: resistencia a la corrosión, grababilidad)
Procesabilidad (por ejemplo: mecanizado, conformabilidad, soldabilidad)
Estructura y propiedades de recristalización (por ejemplo: temperatura de recristalización, tendencia a la fragilización, efectos de envejecimiento, tamaño de los granos)
Tántalo de calidad sinterizada (TaS)El tántalo puro de calidad sinterizada y el tántalo puro de calidad para la fundición comparten las siguientes propiedades:
Punto de fusión elevado de 2996 °C
Excelente ductilidad en frío
Recristalización entre 900 °C y 1450 °C (en función del nivel de deformación y pureza)
Resistencia extraordinaria a soluciones acuosas y metales fundidos
Superconductividad
Alto nivel de biocompatibilidad
Para el uso en capacitoresrecomendamos nuestra variante detántalo con una calidad de superficieespecialmente elevada (TaK).
Este tipo de tántalo se utiliza en forma dehilo en capacitores de tántalo. Solo el usode hilos libres de defectos superficiales eimpurezas puede garantizar una altacapacidad y corrientes de fuga yresistencias reducidas.
Tántalo de calidad para la fundición (TaM)A veces no se necesita lo más selecto. Generalmente,el tántalo de calidad para la fundición (TaM) es máseconómico de producir que el tántalo de calidadsinterizada y ofrece una calidad suficiente paramuchas aplicaciones.
Sin embargo, el material no es tan fino ni tanhomogéneo como el tántalo de calidad sinterizada.
Tántalo de grano estabilizado (TaKS)Dopamos nuestro tántalo sinterizado y de grano estabilizadocon silicio, lo cual evita el crecimiento del grano incluso a altastemperaturas.
Por este motivo, nuestro tántalo es apropiado para aplicacionescon temperaturas de servicio máximas.
La microestructura de grano fino se mantiene estable, inclusodespués de un recocido a una temperatura de hasta 2000 °Caproximadamente.
Este proceso asegura que las excelentes propiedades mecánicasdel material, tales como su ductilidad y resistencia, semantengan intactas.
El tántalo de grano estabilizado en forma de alambre o chapa esideal para la sinterización en ánodos o para aplicaciones en elsector de la construcción de hornos.
Tántalo-tungsteno (TaW)El tántalo-tungsteno (TaW) convence por sus buenaspropiedades mecánicas y su excelente resistencia ala corrosión. Añadimos entre un 2,5 y un 10 % enpeso de tungsteno al tántalo puro.
Aunque la aleación resultante es hasta 1,4 vecesmás resistente que el tántalo puro, sigue siendo fácilde conformar a temperaturas de hasta 1600 °C.
Por este motivo, nuestro TaW es especialmenteapropiado para los intercambiadores de calor yelementos calentadores que se utilizan en el campode la construcción de aparatos químicos.
Las propiedades de material del tántaloEl tántalo pertenece al grupo de los metales refractarios. Los metalesrefractarios tienen un punto de fusión superior al del platino (1772 °C). Laenergía que enlaza los átomos individuales es particularmente alta. Los metalesrefractarios tienen un punto de fusión elevado junto con una baja presión devapor. Los metales refractarios se caracterizan también por su alta densidad y subajo coeficiente de expansión térmica.
En la Tabla periódica, el tántalo está ubicado en el mismo período que eltungsteno. Al igual que el tungsteno, el tántalo tiene una densidad muy alta de16,6 g/cm3. Sin embargo, a diferencia del tungsteno, el tántalo se vuelvequebradizo durante los procesos de fabricación que conllevan atmósferas dehidrógeno. Por este motivo, el material se produce en una alto vacío.
Sin duda, el tántalo es el más resistente de los metales refractarios. Es resistente a todos los ácidos y bases y posee una gama de propiedades muy especial:
Propiedades termofísicasGeneralmente, los metales refractarios se caracterizan por su bajo coeficientede expansión térmica y su densidad relativamente alta. Éste también es el casodel tántalo. Mientras la conductividad térmica del tántalo es inferior a la deltungsteno y del molibdeno, el material tiene un coeficiente de expansióntérmica más alto que muchos otros metales.
Las propiedades termofísicas del tántalo cambian en función de la temperatura:Generalmente, los metales refractarios se caracterizan por su bajo coeficientede expansión térmica y su densidad relativamente alta. Éste también es el casodel tántalo. Mientras la conductividad térmica del tántalo es inferior a la deltungsteno y del molibdeno, el material tiene un coeficiente de expansióntérmica más alto que muchos otros metales.
Las propiedades termofísicas del tántalo cambian en función de la temperatura:
Los siguientes diagramas muestran las curvas de las principales variables:
Coeficiente de expansión térmica lineal del tántalo y del niobio
Capacidad de calor específica del tántalo y del niobio
Propiedades mecánicasIncluso pequeñas cantidades de elementos en disolución intersticional, tales como oxígeno,nitrógeno, hidrógeno y carbono, pueden modificar las propiedades mecánicas del tántalo.
También la pureza del polvo de metal, el proceso de producción (calidad sinterizada o fundida),el grado de conformado en frío y el tipo de tratamiento térmico influyen en sus propiedadesmecánicas.
Al igual que el tungsteno y el molibdeno, el tántalo tiene una estructura cristalina cúbicacentrada en el espacio.
Con -200 °C, la temperatura de transición de quebradizo a dúctil es netamente inferior a latemperatura ambiente. En consecuencia, el material es muy fácil de conformar.
Mientras su resistencia a la tracción y su dureza aumentan con el conformado en frío, se vareduciendo al mismo tiempo el alargamiento de rotura del material. Aunque el material pierdaductilidad, no se vuelve quebradizo.
El módulo de elasticidad del tántalo es menor que el del tungsteno y del molibdeno y se encuentra en el mismo margen que el del hierro puro. El
módulo de elasticidad desciende al aumentar la temperatura.
Módulo de elasticidad del tántalo comparado con el del tungsteno, del molibdeno y del niobio.
Comportamiento químicoDebido a la resistencia del tántalo frente a todo tipo de sustancias químicas, este material secompara a menudo con los metales nobles. Sin embargo, a nivel de la termodinámica, el tántaloes un metal base que puede formar compuestos estables con una amplia variedad deelementos. Al ser expuesto al aire, el tántalo forma una capa de óxido muy densa (Ta2O5) queprotege el material base contra ataques químicos. Por este motivo, esta capa de óxido hace queel tántalo sea resistente a la corrosión.
Las únicas sustancias inorgánicas a las cuales el tántalo no es resistente a temperatura ambienteson el ácido sulfúrico concentrado, el flúor, el fluoruro de hidrógeno, el ácido fluorhídrico ysoluciones ácidas que contienen iones de flúor. Las soluciones alcalinas, el hidróxido sódicofundido y el hidróxido potásico también atacan al tántalo. En cambio, el tántalo es resistente alas soluciones acuosas de amoníaco. Si el tántalo es expuesto a ataques químicos, el hidrógenopenetra en su entramado metálico y el material se vuelve quebradizo. La resistencia a lacorrosión del tántalo desciende gradualmente al aumentar la temperatura.
El tántalo es inerte en contacto conmuchas soluciones.
Sin embargo, si el tántalo es expuesto asoluciones mixtas, su resistencia a lacorrosión se puede ver mermada inclusosi es resistente a los componentesindividuales por separado.
¿Tiene alguna pregunta sobre temascomplejos relacionados con la corrosión?Estaríamos encantados de ayudarle connuestra experiencia y nuestro laboratoriode corrosión interno.
El tántalo es resistente a unaserie de fundiciones de metal,tales como Ag, Bi, Cd, Cs, Cu,Ga, Hg, K, Li, Mg, Na y Pb,siempre que dichasfundiciones tengan un bajocontenido de oxígeno.
Sin embargo, el material se veafectado por Al, Fe, Be, Ni yCo.
Cuando un material base como el tántalo entra en contacto con materialesnobles como el platino, se producen rápidamente reacciones químicas.
Por este motivo debería tener en cuenta el comportamiento del tántalo encontacto con los demás materiales presentes en el sistema, especialmente altrabajar a altas temperaturas.
El tántalo no reacciona con gases nobles. Por lo tanto, los gases nobles de altapureza se pueden utilizar como gases protectores.
Sin embargo, al aumentar la temperatura, el tántalo reacciona muy fuertementecon oxígeno o aire y puede absorber grandes cantidades de hidrógeno ynitrógeno. En consecuencia, el material se vuelve quebradizo.
El recocido del tántalo en alto vacío permite eliminar estas impurezas.
El hidrógeno es eliminado a 800 °C y el nitrógeno a 1700 °C.
Para evitar la fragilización por hidrógeno se pueden tomar las siguientes medidas:
Aislamiento eléctrico de los metales
Polarización positiva de los metales (aprox. + 15 V)
Adición de oxidantes a la solución
Uso de superficies metálicas conformadas
Contacto eléctrico con un metal más noble (p. ej., Pt, Au, Pd, Rh, Ru)
Efectos del Tantalio sobre la saludPuede ser dañino por inhalación, ingestión o absorción cutánea.Provoca irritación de los ojos y la piel.
El material es irritante de las membranas mucosas y el tractorespiratorio superior.
No se han documentado efectos adversos sobre la salud detrabajadores expuestos industrialmente al tantalio.
Dosis masivas de tantalio administradas a ratas por víaintratraqueal han producido lesiones en el tracto respiratorio.
En contacto con el tejido, el tantalio metálico es inerte.
Efectos ambientales del Tantalio
No verter el material al medio ambiente sinlos adecuados permisos gubernamentales.
Aislar los óxidos de tantalio para prevenir lapolución del medio.
