СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТАНТАЛА Советский патент 1995 года по МПК C22F1/18 

Изобретение относится к металлургии, в частности касается вторичного использования изделий из цветных металлов, и к способам возвращения физических свойств танталовым изделиям, получившим пониженную пластичность или хрупкость во время работы в вакууме в условиях высоких температур.

Целью изобретения является восстановление пластичности деталей после их эксплуатации в вакууме при высоких температурах.

В качестве углеродминерального материала может быть использован зауглероженный оксид алюминия, содержащий 30-70 мас. углерода, или природный, либо технический графит, содержащий минеральные вещества. Углеродминеральный материал вводят в зону термовакуумной обработки. В отсутствии минеральной основы в углеродсодержащем материале регенерация изделий не происходит.

Углеродминеральные материалы желательно использовать в виде гранул (зерен). Наиболее удобно помещать углеродминеральный материал в первые, нанизываемые на держатель 1-3 танталовые тарелки, по 3-5 гранул на тарелку. Площадь контакта гранул (3-7 г зауглероженного оксида алюминия или 10-20 г графита) с танталом составляет менее 5% площади поверхности тарелки. Поверх этих 1-3-х тарелок размещают регенерируемые изделия. Во время регенерации изделий, размещенных на держателе, происходит и регенерация нагревателя и экранов в печи, выполненных также из тантала. В случае использования зауглероженного оксида алюминия тарелки емкости, выделенные под углеродминеральный материал, сами регенерируются, загрязнения тарелок углеродминеральным материалом не происходит. Минеральная составляющая углеродминерального материала выполняет роль каталитически активного вещества в следующих реакциях: переноса кислорода из газовой фазы к углероду углеродсодержащего материала с образованием оксидов углерода, крекинга паров масла и углеводородсодержащих продуктов термораспада паров масла с выделением углерода на поверхности углеродминерального материала.

Присутствие углеродминерального материала в зоне печи позволяет снизить и содержание кислорода в атмосфере печи, а также обогатить атмосферу печи элементами, выделяющимися из углеродминерального материала при его нагреве при 1700-1900 К в вакууме, например алюминием, вследствие восстановления минеральной основы содержащимся в материале углеродом. Алюминий взаимодействует с кислородом атмосферы печи, парами масла, продуктами термораспада паров масла с образованием соответственно оксидов алюминия и не устойчивых в условиях работы печи газообразных карбидов алюминия и алюминийорганических соединений.

Одной из причин регенерации танталовых изделий является хемосорбция паров алюминия на доступной им поверхности кристаллов тантала с образованием обнаруженных низкоустойчивых тантал-алюминиевых соединений переменного состава, сращивание крупных кристаллов облегчается. Разрушаются соединения с выделением алюминия в атмосферу печи. Чем ниже содержание алюминия в атмосфере печи, тем беднее тантал-алюминиевое поверхностное соединение по алюминию.

Регенерацию танталовых изделий проводят при температуре 1700-1900К. Проведение процесса при температуре выше 1900К экономически невыгодно, так как увеличиваются затраты на электроэнергию, при температуре ниже 1700К удлиняется время регенерации, при температуре ниже 1600 К регенерация изделий не происходит. Вакуум 1,33˙10^-3 1,33 Па в печи поддерживают газообразованием углеродминерального материала. В отсутствии углеродминерального материала непрерывно работающие насосы обеспечивают вакуум не ниже 1,33 ˙10^-3 Па. Повышение вакуума в печи выше 1,33˙10^-3 Па в присутствии углеродминерального материала указывает на снижение регенерирующей способности углеродминерального материала. При вакууме выше 1,33˙10^-3 Па регенерация практически не происходит. При вакууме ниже 1,33 Па наблюдаются затруднения в работе насосов. Содержание 30-70 мас. углерода в зауглероженном оксиде алюминия является оптимальным. При содержании углерода менее 26-30 мас. возможно исчезновение углерода из зауглероженного оксида алюминия вследствие его окисления оксидом алюминия по реакции Al₂O₃ + 3C2Al + 3CО, регенерационная способность после полного окисления углерода прекращается. При содержании углерода в зауглероженном оксиде алюминия 80 мас. и более происходит исчезновение не углерода, а оксида алюминия. При содержаниях 30-70 мас. углерода в зауглероженном оксиде алюминия, количестве материала 3-7 г на одну загрузку, время регенерационного действия материала составляет 1,0-1,5 ч. Время регенерационного действия графита при загрузках 10-20 г на одну операцию составляет ≈1 ч.

П р и м е р 1. В печь СШВ-4 загружают держатель с размещенными на нем потерявшими пластичность танталовыми изделиями и гранулированный зауглероженный оксид алюминия с содержанием углерода 70 мас. Размер гранул зауглероженного оксида алюминия следующий: длина 5-10 мм, диаметр 4 5 мм. Размещают танталовые изделия и зауглероженный оксид алюминия на держателе в следующем порядке. Вначале на держатель надевают три танталовые тарелки диаметром 90 мм, высотой 5 мм и толщиной 1,5-2 мм с равномерно распределенным на них 5 г (1,7, 1,65, 1,65 г) зауглероженного оксида алюминия. Над первыми тремя тарелками на держателе размещают проработавшие в течение 18 сут хрупкие танталовые тарелки диаметром 90 мм, высотой 5 мм и толщиной 1,5-2 мм и кольца диаметром 80 мм, высотой 30 мм и толщиной 1,0 мм, но еще не имеющие трещин и сколов: вначале четыре танталовые тарелки, затем 16 колец и осколок кольца размером 30˙ 20 мм. Печь нагревают до 1723 К и выдерживают изделия и зауглероженный оксид алюминия при 1723-1773 К в течение получаса под вакуумом 5,32˙10^-2 1,33˙10^-1 Па. Затем нагрев печи отключают и печь охлаждают до температуры 313 К. Регенерируемые изделия извлекают из печи, при этом обнаружено, что изделия приобрели пластичность и стали пригодны для дальнейшей работы. Подтверждением возврата пластичности служит то, что осколок кольца выдерживает 30 перегибов на угол 180^о (до регенерации не выдерживал ни одного).

П р и м е р 2. В печь СШВ-5 загружают держатель с размещенными на нем утратившими пластичность танталовыми изделиями оснастки печи и гранулированный зауглероженный оксид алюминия с содержанием углерода 30 мас. как в примере 1. Печь нагревают до 1700 К и выдерживают изделия и зауглероженный оксид алюминия в течение 1 ч под вакуумом 5,32˙10^-3 1,33 Па. После охлаждения печи регенерируемые изделия извлекают из печи. Обнаружено, что изделия приобрели пластичность и стали пригодны для дальнейшей работы. Подтверждением возврата пластичности служит то, что осколок кольца выдерживает 25 перегибов на угол 180^о (до регенерации не выдерживает ни одного).

П р и м е р 3. В печь США-5 загружают держатель с размещенными на нем потерявшими пластичность танталовыми изделиями и гранулы графита марки ГМЗ, содержащего 95 мас. углерода. Размер гранул графита 4х7 мм. Размещают танталовые изделия и графит на держателе в следующем порядке. Вначале на держатель надевают три танталовые тарелки с разделяющими их кольцами. На третьей тарелке устанавливают кольцо. Танталовые тарелки имеют диаметр 90 мм, высоту 5 мм и толщину 1,5-2 мм, кольца имеют диаметр 80 мм, высоту 30 мм и толщину 1,0 мм. На каждую из трех тарелок загружают по 6,5 г графита. Над первыми тремя тарелками с графитом и тремя кольцами их разделяющими размещают вначале четыре хрупкие танталовые тарелки, затем 16 хрупких танталовых колец и осколок хрупкого кольца, как в примере 1. Печь нагревают до 1873 К, выдерживают изделия и графит марки ГМЗ при этой температуре в течение 30 мин вод вакуумом 5,32 ˙10^-2 1,33˙10^-1 Па. Затем нагрев отключают и печь охлаждают до 313 К. Регенерируемые изделия извлекают из печи, обнаружено, что изделия приобрели пластичность и стали пригодны для дальнейшей работы. Подтверждением возврата пластичности служит то, что танталовый осколок от кольца выдерживает 20 перегибов на угол 180^о (до регенерации не выдерживал ни одного).

П р и м е р 4. В печь СШВ-4 загружают держатель с размещенными на нем потерявшими пластичность танталовыми изделиями и гранулированный, как в примере 1, зауглероженный оксид алюминия, содержащий 40 мас. углерода. Размещают танталовые изделия и зауглероженный оксид алюминия на держателе в следующем порядке. Вначале на держатель надевают как в примере 1 три танталовые тарелки диаметром 90 мм, высотой 5 мм и толщиной 1,5-2 мм с равномерно распределенными на них 5 г (1,7, 1,65, 1,65 г) зауглероженного оксида алюминия. Над первыми тремя тарелками на держателе размещают вышедшие из работы: три танталовые тарелки, один нагреватель, 2 танталовые пластины от экрана печи, проработавшие в течение 18 сут, два хрупких кольца, танталовую проволоку диаметром 1,0 мм, имеющую пластичность 5-6 перегибов под углом 180^оС, и осколок кольца. Печь нагревают, выдерживают регенерируемые изделия и зауглероженный оксид алюминия в нагретом состоянии под вакуумом, охлаждают как в примере 1, регенерированные изделия извлекают из печи. Обнаружено, что изделия приобрели пластичность и стали пригодны для дальнейшей работы. Подтверждением возврата пластичности служит то, что танталовая проволока выдерживает 18 перегибов и осколок танталового кольца 26 перегибов на угол 180^о.

П р и м е р 5. В печь СШВ-5 загружают держатель с размещенными на нем танталовыми изделиями оснастки печи и гранулированный оксид алюминия как в примере 1. Печь нагревают до 1900 К и выдерживают изделия и зауглероженный оксид алюминия в течение 1 ч под вакуумом 1,33˙10^-3 Па. После охлаждения печи изделия извлекают. Подтверждением возврата пластичности служит то, что осколок кольца выдерживает 28 перегибов на угол 180^о (до регенерации не выдерживал ни одного).

П р и м е р 6. В печь СШВ-5 загружают держатель с размещенными на нем потерявшими пластичность танталовыми изделиями и гранулы графита марки ГМЗ как в примере 3. Печь нагревают до 1700 К и выдерживают изделия в течение 1,5 ч под вакуумом 1,33 Па. После охлаждения печи изделия извлекают. Подтверждением возврата пластичности служит то, что осколок кольца выдерживает 24 перегиба на угол 180^о (до регенерации не выдерживал ни одного).

Предложенный способ прост в технологическом оформлении и может быть использован для регенерации изделий из тантала, получивших в процессе работы пониженную пластичность или хрупкость. Способ может быть использован для повышения пластичности танталовой проволоки, изготавливаемая танталовая проволока часто обладает пониженной пластичностью, что затрудняет ее использование.

Из приведенных примеров предложенный способ позволяет, как показали испытания, продлить срок службы танталовой оснастки электровакуумной высокотемпературной печи, в том числе и нагревателя, до года и более (при отсутствии механических и электрических повреждений) при условии ежемесячной профилактической термовакуумной обработки изделий в присутствии зауглероженного оксида алюминия или технического графита. Причем для профилактической обработки совсем не обязательно разбирать нагревательную сеть печи. Достаточно поместить углеродминеральный материал на пустую тарелку и прогреть печь в предложенном режиме.

Изобретение относится к металлургии, в частности касается вторичного использования изделий из цветных металлов, и к способам возвращения физических свойств танталовым изделиям, получившим пониженную пластичность или хрупкость во время работы в вакууме в условиях высоких температур. Цель - восстановление пластичности деталей после их эксплуатации в вакууме при высоких температурах. Способ осуществляют следующим образом. Танталовые изделия, проработавшие в условиях вакуума при высоких температурах и обладающих нулевой пластичностью, загружают в печь в присутствии углеродминерального материала, вакуумируют до величины (1,33·10^-3-1,33) нагревают до температуры 1700 1900 К, выдерживают и затем охлаждают до комнатной температуры. Причем в качестве углеродминерального материала используют зауглероженный оксид алюминия или гранулированный графит марки ГМЗ. Обработанные таким образом танталовые изделия обладают высокой пластичностью, выдерживающей от 20 до 30 перегибов на угол величиной 180°. 1 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТАНТАЛА, включающий нагрев до температуры 1700 1900 К, выдержку и охлаждение в вакууме, отличающийся тем, что, с целью восстановления пластичности деталей после эксплуатации, нагрев, выдержку и охлаждение проводят в вакууме величиной (1,33 · 10^-3 1,33) Па в присутствии углеродминерального материала. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродминерального материала используют зауглероженный оксид алюминия или гранулированный графит марки ГМЗ.