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Propiedades

Propiedades físicas

El uso de tantalio en equipos para laindustria de procesos químicos no espor sus propiedades físicas que sonmás bién promedio y comparables alas de los aceros inoxidables y alea-ciones de aluminio: tensión de rupturaS= 35-45 ksi, límite elástico Y= 20-30ksi, elongación 32%, módulo elástico27 x 106 psi, dureza 25-65 HRB. Laspropiedades mecánicas pueden sermejoradas al ser aleado con algunoselementos similares (el tantalio sólo sealea con Ti, Zr, Hf, Mo, Nb y W). Unaaleación con 2.5% de W tiene los si-guientes parámetros mecánicos: ten-sión de ruptura S= 45-55 ksi, límiteelástico Y= 35-45 ksi, elongación 30%,módulo elástico 27 x 106 psi, dureza50-80 HRB.El alto punto de fusión es una ventaja (2996ºC para tantalio puro, 3014ºC paraaleación con 2.5% W) , mientras quesu alta densidad (16.6 g/cm3) aparececomo una desventaja aunque es la res-ponsable de su buena conductividadtérmica (60 W/mºC) y bajo coeficientede expansión 6.5 x 10 -6 /ºC.Su estructura cristalina de cubo decuerpo centrado le da gran ductilidadpermitiendo un forjado en frío con re-ducciones de hasta 95% sin falla. Tam-bién puede forjarse en caliente a 450ºC.El tantalio y sus aleaciones, puedenser laminadas, estiradas y extruidaspara obtener todo tipo de formas, peroconsiderando su tendencia a adherir-se a la paredes de los moldes y herra-mientas, debe usarse una lubricaciónespecial.

Resistencia a la corrosión

El tantalio es un metal reactivo formando fácilmente elpentóxido de tantalio Ta2O5, que lo recubre y pasiva totalmen-te. La gran resistencia a la corrosión del tantalio pasivado sedebe a las características de este óxido sumamente difícil deromper por medios químicos, de características vítreas y muybajo espesor.

Su comportamiento frente a agentes químicos corrosi-vos y metales fundidos ( Li, Na, K <1000ºC, U <1400ºC, Zn<450ºC, Pb<850ºC, Bi<500ºC, Hg<600ºC) es similar al delvidrio. Es el material metálico con mayor resistencia a la co-rrosión, comparable a la del grafito y fluoropolímeros (Teflon),pero tiene limitaciones de temperatura, la que no debe exce-der los 150ºC para preservar su resistencia a la corrosión. Aalta temperatura (>500ºC) reacciona con gases que deterio-

ran sus propiedades.

F: fragilidad quebradiza; O: oxidación profunda;C: carburización

El tantalio también es atacado for el fluor gaseoso,fluoruro de hidrógeno gaseoso, trióxido de azufre, ácido sulfú-rico fumante, ácido fosfórico sobre 190ºC y álcalis concentra-dos calientes. En contacto con metales menos nobles, actúacomo cátodo dando desprendimiento de gas hidrógeno queconduce a fallas por fragilización del tantalio. La presencia dehidrógeno disuelto en el metal deteriora marcadamente suconductividad eléctrica por lo que esto puede ser usado paradetectar posible fragilidad por hidrógeno.

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Aleaciones - Aleaciones

El tantalio es aleado para mejorar sus propiedades mecánicas. Un bajo % de metal de aleación noperturba su propiedad de alta resistencia a la corrosión. Importantes son las aleaciones con 2.5% de W y10% de W. También es aleado con Cb(niobio) y Hf (aleaciones aero-espaciales T-111, T-222, Astar 811C).

Normas ASTM

B364 Especificación estándar para lingotes detantalio y aleaciones de tantalio

B365 Especificación estándar para barras y alam-bre de tantalio y aleaciones de tantalio

B521 Especificación estándar para tubos con y sincostura de tantalio y aleaciones de tantalio

B708 Especificación estándar para planchas, lámi-nas y flejes de tantalio y aleaciones de tantalioAplicaciones

Industria de Procesos QuímicosSerpentines de refrigeración o calentamiento,calefactores de bayoneta, intercambiadores decalor, condensadores, válvulas, bombas, juntasde expansión, equipo para fabricación de vidrio,cubiertas para termocuplas, embudos.

Industria textilSpinnerettes

HornosCalefactores, pantallas, botes, bandejas,fijaciones.

Equipo para fabricaciónMatriz para extrusión, moldes para fundición,puntas para perforar, tazas, equipo paraelectroplateado

Industria electrónicaCircuitos, capacitores, rectificadores, cargado-res de batería, tubos electrónicos

MedicinaPrótesis, equipo quirúrgico

Herramientas de corteComo carburo de tantalio de altísima dureza

Costo relativo

Comparación costo promedioequipo para proceso químico SS=1

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Sistemas duplex

Mecanizado

Puede ser mecanizado con herramien-tas de acero rápido y de carburo usando unrefrigerante adecuado. Las operaciones de for-mado, plegado, estampado y estirado son nor-malmente realizadas en frío. Cuado se tratade mayores espesores puede trabajarse encaliente a 426ºC.

El tantalio recocido se pega en las he-rramientas. Es corriente su tendencia aagriparse, desgarrarse y erosionarse con fa-cilidad, de ahí la necesidad de una buena lu-bricación.

Para el perforado de tantalio recocido,se usan matrices de acero dejando una luzde 6% del grosor del material(rango 0.004’’-0.060’’) entre ambas partes de la perforado-ra.

Para el estampado se usan matricesde acero y a veces bronce-aluminio, cobre-berilio. El tantalio recocido se deforma per-manentemente sin tendencia a ‘’volver’’.

En las operaciones de estirado, eltantalio recocido sólo se endurece hacia elfinal de la operación.

El recocido, de ser necesario se pue-de realizar calentando el tantalio hasta1093ºC pero al vacío.

El alto costo relativo del tantalio ha llevado a su uso en sistemas mixtos o dúplex. Equipos deconstrucción monolítica, sólo se justifican en tamaños pequeños o geometrías complicadas. En el caso deequipos simples o de gran tamaño, es más económica la construcción de sistemas mixtos, en que seaprovecha la gran resistencia a la corrosión del tantalio, depositándolo sobre superficies expuestas a lascondiciones de gran agresividad, dejando la labor estructural a otros materiales de menor valor.

Los equipos mixtos pueden utilizar las técnicas de encamisado, electroplateado, recubrimien-to explosivo(cladding), aspersión térmica y otras, para conseguir una estructura mixta. Demás estádecir, que la construcción de tales equipos, es tarea reservada a los especialistas que tienen un buen

conocimiento y comprensión de las propiedades de este material.

Fabricación Torneado

Para el torneado se recomienda el uso de herra-mientas de carburo cementado, debidamente afiladas(preparadas en forma similar al torneado de cobre) conaltas velocidades de corte(mínimo 100 sfpm) para evitardegarramientos del material. Es de gran importancia unaabundante lubricación.

El uso de lima o papel abrasivo también debehacerse con abundante lubricación. Lo mismo rige paralas perforaciones mediante brocas.

En piezas de gran tamaño es preferible hacer hiloen el torno que recurrir al uso de machos y terrajas.

Para el acabado es preferible lograr el acabadofinal mediante un solo corte usando una herramientaafilada, que en la forma usual mediante varias pasadas.

Esmerilado

El esmerilado del tantalio debe ser evitado, especial-mente si está recocido, en donde es casi imposible,dada su tendencia a ‘’pegarse’’ en la piedra.

Soldadura

Se puede soldar a otros metales (con algunos formafases intermetálicas quebradizas y deben evitarse) usan-do diversas técnicas( por resistencia, TIG, plasma, hazelectrónico) pero debe ser protejido con gas inerte(argóno helio) para evitar la absorción de gases sobre 300ºCque lo tornan quebradizo. De ser posible se usa unacámara con atmósfera de argón. También se puede sol-dar a si mismo (TIG autógena). No debe usarse sopletede acetileno que destruye al tantalio.