Producción de metales refractarios
Metales refractarios Los metales refractarios (tungsteno, renio, tantalio, niobio) tienen temperaturas de fusión excepcionalmente altas por arriba de 1925 ºC y, en consecuencia, potencial para servir a altas temperaturas. Sus aplicaciones incluyen filamentos para focos, toberas para cohetes, generadores de energía nuclear, capacitores capacitores y equipos equipos para procesos procesos químicos, sin embargo son de alta densidad, lo cual limita su resistencia especifica.
En forja caliente o extrusión son utilizados para fabricar lingotes o hojas rectangulares. En la tabla 4 del handbook muestra las temperaturas típicas para los procesos para los metales refractarios.
Los metales refractarios menos el niobio son producidos como polvos de metal, son procesados por sinterizado y/o fundidos. El proceso para el niobio se diferencia en que el metal es procesado por reducción aluminotérmica, en este proceso las impurezas de oxido escorifican el niobio fundido. Las aleaciones son hechas agregando agentes aleantes durante la fundición, los metales de baja inestabilidad como tungsteno y el Tántalo pueden ser agregados durante la fundición de rayos de electrones.
Fabricación
Mecanizado
En la figura 3 del handbook muestra un diagrama general de la fabricación de los metales refractarios: El equipo para mecanizar metales refractarios deben ser rígidos y fuertes para asegurar resultados óptimos. El niobio y aleaciones de Tántalo son mecanizados fácilmente utilizando acero a altas velocidades o con instrumentos de carburo. El molibdeno es mecanizado con instrumentos de carburo que utilizan la misma configuración para el mecanizado del los aceros 1040 y 4340.
Pulido
Soldadura
El pulido es critico a través del proceso de la f abricación, especialmente para el niobio y el tántalo. Para pulir estos metales se debe alcanzar una solución alcalina caliente (mínimo 10 min. expuesta), seguido por una sustancia química en una mezcla de acido fluorhídrico, acido sulfúrico y ácidos nítricos, cada operación de pulido debe quitar aprox. 0.0025 mm. Después de pulir el material debe ser manejada con guantes blancos, el tiempo entre el pulido y la soldadura no puede exceder 4 horas.
Todos los metales refractarios pueden ser soldados por soldadura de rayos de electrones, por soldadura de arco o por soldadura de resistencia. Hay dos problemas encontrados con la soldadura: Cambios químicos debido principalmente a la contaminación atmosférica y cambios m icro estructurales que resultan al completar el ciclo térmico, este ultimo cambio influye en el crecimiento de grano y etapas diferentes de endurecimiento por precipitación .
Recubrimientos La protección de la superficie es el obstáculo mas significativo al uso diverso de materiales refractarios, a altas temperaturas se encuentran ambientes muy oxidantes. La temperatura existente en la cubierta es de 1370 ºC (2500 ºF), los recubrimientos tienen vida insuficiente en presiones reducidas debajo de 13KPa. Los recubrimientos son principalmente de silicide y aluminides. Los recubrimientos de silicide han sido desarrollados para el molibdeno pero no se ha visto un uso comercial porque a temperaturas altas produce vapor de MoO3 el cual es catastrófico.
Propiedades físicas y mecánicas
Niobio Metal laminado de precisión, comercialmente puro es dúctil y fácil de fabricar. Aleaciones de niobio son utilizadas extensamente para aplicaciones aeroespaciales porque son relativamente bajas en peso y resistentes a altas temperaturas. Aleaciones como C-103 han sido utilizadas para componentes de cohetes (toberas, borde de ataque, vehículos hipersonicos) que requieren la fuerza moderada a altas temperaturas cerca de 1095 a 1320 ºC. Otra aleación Nb 1zr es utilizada en aplicaciones nucleares porque tiene buena resistencia a la corrosión y buena resistencia al daño por radiación.
Obtención En la actualidad el proceso mayor para la recuperación de niobio es por reducción aluminotermica, concentrados de pyrochlore y ferroniobium. El niobio es purificado por el proceso de cloración en donde Nbcl5 es destilado y esto hidroliza al oxido. El metal es recuperado por una segunda reducción aluminotermica
Aleaciones Nb-1zr C-103 C-129Y Cb-752 FS-85
Tántalo El uso mas grande del tántalo esta en condensadores electrónicos. También es utilizado para condensar, precalentar y refrigerar ácidos nítricos, acido sulfúrico, acido clorhídrico y la combinación de estos ácidos con otras sustancias. El tántalo y sus aleaciones han sido utilizadas en el campo aeroespacial y aplicaciones nucleares y han encontrado un aumento en el uso de componentes militares, por su buena resistencia a la corrosión se utiliza en grapas quirúrgicas
Producción El tántalo se obtiene de la extracción de minerales o ciertas escorias de estaño, se encuentra en Tailandia y Malasia. Su estado principalmente es en polvo, este se funde por rayos de electrones o por sinterizado en temperaturas altas al vacío, se producen lingotes de hasta 305mm de diámetro. A causa de su punto de fusión alta y baja presión de vapor el tántalo puede ser producido con una pureza que excede el 99.95%
Corrosión El tántalo se oxida a temperaturas de 300 ºC es atacado por el acido fluorhídrico, acido sulfúrico, otros agentes que pueden atacar el tántalo incluyen el bromo, metanol y gases de alógeno.
Tungsteno El tungsteno es utilizado en cuatro formas: Carburo de tungsteno • • Con elementos aleantes Tungsteno puro • • Sustancias químicas de tungsteno El tungsteno es combinado con cobalto para formar carburos. Las aleaciones de tungsteno dominan el mercado para materiales que requieren una alta densidad, como protectores de la radiación y objetivos de la radiografía. En forma de alambre el tungsteno es utilizado en dispositivos electrónicos (bombillos) y en termopares. Las sustancias químicas del tungsteno se utiliza aproximadamente un 3% del consumo total y se utiliza para tintes orgánicos, fósforos, catalizadores, tubos de rayos catódicos y pantallas radiográficas.
Aleaciones Ta-2.5W Ta-7.5W Ta-10W
Producción La producción de tungsteno y sus aleaciones pueden ser prensadas, sinterizadas, forjadas en barras, en hojas o en alambre.
Corrosión En temperatura ambiente el tungsteno es generalmente resistente a la mayoría de las sustancias químicas, en temperaturas mas altas cerca de 250 ºC reacciona rápidamente con acido fosforico y el cloro, comienza a oxidarse fácilmente en 500 ºC a 1000 ºC El tungsteno reacciona con muchos gases inclusive con el vapor de agua, el yodo el bromo y el monóxido de carbono.
Aleaciones ThO2 W-ThO2 Tungsteno-molibdeno
Renio Los productos de mayor uso del renio y justifican el 85% del consumo son para fabricar catalizadores. Es utilizado para subir octanaje en derivados del petróleo sin plomo. También se utiliza para pequeños empujadores químicos de cohetes y resistojet son utilizados en el espacio para orientación de satélites. El uso del renio en aplicaciones aeroespaciales ha sido restringida por su alta densidad y su alto costo, la adición de 3% renio al alambre de tungsteno duplica el costo del alambre.
Producción La mayoría del renio se encuentra en depósitos de cobre. El renio esta disponible como acido de perrhenic, amoniaco de perrhenate y en polvo de metal. En 1988 el precio de renio fue de $1.05/g. El polvo es prensado en frío cerca de 205MPa, sinterizado a 1200 ºC para 2 horas en el vacío no cambia mucho su densidad pero aumenta la fuerza mecánica.
Corrosión Se oxida catastróficamente en temperaturas encima de 600 ºC la oxidación ocurre por formación de heptoxide de renio. El iridio es utilizado actualmente como una capa antioxidante para el renio en temperaturas altas. El renio tiene buena resistencia al acido clorhídrico y al acido sulfúrico pero puede ser disuelto por acido nítrico.
