كيفية استخدام سبائك التنتالوم والتنغستن في أفران التفريغ
الوصف
استُخدمت سبائك التنتالوم والتنغستن لسنوات عديدة في أفران التفريغ. وتُقدَّر هذه السبائك لمزيجها الفريد من الخصائص. ويمكنها تحمل درجات حرارة عالية جداً ومقاومة للتآكل.
وغالبًا ما تعمل أفران التفريغ في درجات حرارة أعلى من 2000 درجة مئوية. وفي ظل هذه الظروف، قد تذوب أو تتحلل العديد من المواد العادية. تحافظ سبائك التنتالوم-التنغستن على سلامتها.
ما هي سبائك التنتالوم-التنغستن
تجمع سبائك التنتالوم والتنغستن بين معدنين. تختلف النسب. على سبيل المثال، يشير TaW2.5 و TaW10 إلى نسبة التنجستن في السبيكة. ويعني TaW2.5 وجود 2.5% تنجستن ممزوج بالتنتالوم. ويعني TaW10 وجود 10% تقريبًا من التنجستن. وتوازن هذه السبائك بين فوائد كل عنصر. يعمل التنتالوم كمعدن أساسي بسبب ثباته. ويضيف التنجستن القوة ويحسن قدرة السبيكة على الاحتفاظ بشكلها في درجات الحرارة العالية.
تتمتع سبائك التنتالوم والتنغستن بمقاومة قوية للحرارة والأكسدة. وتظل درجات انصهارها أعلى من 3000 درجة مئوية في كثير من الحالات. وهذا يجعلها مثالية للاستخدام في البيئات ذات الحرارة الشديدة. يمكن أن تؤدي الإضافة الصغيرة للتنغستن إلى تحسين أداء التنتالوم بشكل كبير. وفي العديد من التطبيقات الصناعية، يعد هذا التحسين أمرًا بالغ الأهمية. ويستخدم المهندسون هذه السبائك للتعامل بشكل موثوق مع الصدمات الحرارية والتعرض لدرجات الحرارة العالية لفترات طويلة.
سبائك التنتالوم-التنغستن المستخدمة في أفران التفريغ
تُستخدم أفران التفريغ في عمليات المعالجة الحرارية والتلبيد والتلدين. تحتاج هذه العمليات إلى بيئة مستقرة ودائمة. تُستخدم سبائك التنتالوم-التنغستن كعناصر تسخين أو مكونات تدريع. ولأن هذه الأفران تعمل في ظروف شبه فراغية، فإن غياب الأكسجين يقلل من الأكسدة. ومع ذلك، لا تزال الحرارة الشديدة تشكل تحديات.
وفي كثير من الحالات، تُصنع أجزاء من الفرن من سبائك التنتالوم-التنغستن. على سبيل المثال، يمكن العثور على عناصر التسخين المصنوعة من TaW10 في أنظمة التفريغ المتطورة. إن أداءها الثابت عند حوالي 2500 درجة مئوية يجعلها مفيدة للغاية. وتستخدم بعض الأفران هذه السبائك كبطانات واقية. ومن الأمثلة على ذلك فرن التلبيد المستخدم في صناعة الطيران. وهناك، يجب أن تحافظ الأجزاء داخل الفرن على شكل وحجم ثابتين. وتوفر سبائك التنتالوم-التنغستن هذا الضمان عند تعرضها لإجهاد حراري مرتفع.
تساعد الموصلية الحرارية الجيدة لهذه السبائك على توزيع الحرارة بالتساوي. وهذا التوزيع المتساوي ضروري لمعالجة المواد بشكل موحد داخل الفرن. وتستفيد الأجزاء الأخرى، مثل الدعامات أو التدريع، من مقاومة السبائك للتشوه. وهذا يحسن سير العمل بشكل عام ويقلل من احتياجات الصيانة. ومن الشائع أيضًا رؤية هذه السبائك تستخدم جنبًا إلى جنب مع المعادن الحرارية الأخرى لتحسين أداء الفرن.
المعادن المقاومة للحرارة المستخدمة في أفران التفريغ
يمكن أن تتحملالمعادن الحرارية درجات حرارة عالية جدًا. ويعد التنتالوم والتنجستن مثالين شائعين. بالإضافة إلى سبائك التنتالوم والتنغستن، يمكن استخدام معادن حرارية أخرى. على سبيل المثال، يشيع استخدام الموليبدينوم في بعض التصميمات. يجلب كل معدن خصائصه إلى الطاولة. يوفر التنغستن درجة انصهار عالية جدًا. ويوفر التنتالوم مقاومة ممتازة للتآكل.
هذه المعادن أساسية في تصميم أجزاء أفران التفريغ. فهي تحافظ على استقرار المكونات عند ارتفاع الحرارة. وتقلل من خطر التعطل عند استخدام الفرن. طبيعتها القوية مهمة في التدوير الحراري السريع. في العديد من السيناريوهات، يتم اختيار مزيج من المعادن الحرارية. يعمل هذا النهج على زيادة وقت التشغيل الآمن للفرن إلى أقصى حد ويضمن جودة منتج متسقة.
فيما يلي جدول ملخص للمواد المستخدمة في أفران التفريغ.
|
الجانب |
التفاصيل |
|
المواد |
سبائك النيكل والكروم والموليبدينوم والتنغستن والجرافيت والتنتالوم |
|
نطاق درجة الحرارة |
منخفضة-متوسطة (حتى 1000 درجة مئوية)، عالية (>1200 درجة مئوية)، عالية جداً (حتى 2200 درجة مئوية) |
|
معايير الاختيار |
درجة حرارة العمل، والتوصيل الحراري، ومقاومة الأكسدة، والقوة الميكانيكية |
|
التطبيقات |
التلدين، اللحام بالنحاس، التلبيد، المعالجة الحرارية، أبحاث المواد |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الخاتمة
تتمتع سبائك التنتالوم-التنغستن بدور راسخ في أفران التفريغ. يتم اختيارها لأنها لا تذوب بسهولة تحت حرارة عالية. كما أن مقاومتها للأكسدة والتشوه تجعلها أجزاء مفيدة في العمليات الحديثة ذات درجات الحرارة العالية.
الأسئلة المتداولة
س: ماذا يعني TaW2.5؟
س: تعني سبيكة تحتوي على 2.5% تنجستن في قاعدة التنتالوم.
و: كيف تتعامل سبيكة Ta-W مع درجات الحرارة العالية؟
س: تحافظ السبيكة على القوة والثبات حتى في درجات حرارة أعلى من 2500 درجة مئوية.
و: هل يمكن أن تعمل هذه السبائك في الفراغ؟
س: نعم، تعمل بشكل جيد في ظروف التفريغ وتساعد على ضمان توزيع الحرارة بشكل موحد.
