タンタル-2.5タングステン合金は、タングステン含有量の少ないタンタルをベースとした固溶強化型合金線材です。少量のタングステンによる固溶強化により、室温から中高温域における強度と耐クリープ性を大幅に向上させながら、純タンタルの優れた耐食性、高い塑性、誘電特性を維持しています。同時に、高タングステン含有量(例えばTa-10W)による加工性の低下といった悪影響を回避しています。エレクトロニクス、医療、航空宇宙などの分野において、「精密加工性」と「環境適応性」を兼ね備えた重要な線材です。
純タンタル線と比較して、Ta-2.5W線の室温強度は30~50%向上し、優れた塑性を維持しています。極細線(最小直径0.01mm、すなわち10μm)まで冷間引抜きが可能で、良好な曲げ性、巻線性、溶接性を備えているため、精密電子部品や微細構造部品の製造に適しています。800~1200℃の範囲で安定した機械的特性を維持し、優れた中高温安定性を有しています。クリープ耐性は純タンタル線よりも著しく優れています。1000℃以下(不活性雰囲気/真空環境)で長期間使用でき、短時間であれば1500℃まで使用可能です。耐食性は純タンタルと同等で、タンタルの優れた耐食性を継承しています。フッ化水素酸、高温濃リン酸、溶融アルカリ、フッ素含有化合物以外は、塩酸、硫酸、硝酸、王水などのほとんどの有機酸/無機酸(200℃以下の濃酸環境を含む)に耐性があり、チタン線やステンレス鋼線よりも優れた耐食性を有しています。誘電特性は安定しています。表面酸化膜(Ta2O5)は緻密で均一であり、高い誘電率(≈26)と高い絶縁破壊電界強度(≈5.8×106V/cm)を備えています。さらに、高温高湿環境下でも静電容量の変化率が低いため、電子機器の電極/リード線に適しています。低タングステン含有量設計により、酸化による脆化や生体適合性のリスクが低減され、短時間であれば空気中(500℃未満)でも割れにくいです。無毒性、非アレルギー性で、純タンタルに近い生体適合性を有するため、医療用インプラントにも使用できます。
原材料準備:電子ビーム溶解(EBM)を用いてTa-2.5W合金インゴット(直径Φ100~200mm)を製造し、タングステンの均一な固溶を確保し、偏析を排除しました。ビレット開口および伸線:1400~1500℃で熱間鍛造/熱間押出を行い、インゴットを直径Φ10~20mmの棒状に加工しました。室温で複数回の冷間伸線を行うことで、直径を徐々に縮小しました。各パスの変形量は過度の加工硬化を避けるため15~25%に制御しました。3~5回の伸線ごとに1100℃で真空焼鈍による中間焼鈍を行い、内部応力を除去し、塑性を回復させました。表面処理の酸洗にはフッ化水素酸と硝酸の混合溶液を使用し、表面の酸化スケールや不純物を除去しました。電解研磨により表面仕上げを向上させ(Ra≦0.2μm)、電子機器用途における誘電特性の均一性を確保しました。精密矯正および検査:精密矯正装置を用いて線材の真直度(≦0.1mm/m)を確保し、各ロールの直径公差(±0.002mm、精密級)、引張強度、表面欠陥を検査しました。
この材料は、純タンタル線が高温または長時間の負荷下で強度が不足し、クリープ緩和や変形を起こすという問題を解決するために開発されました。十分な強度を備えているため、より厳しい機械的要件を満たすことができ、塑性損失は非常に小さいです。優れた耐食性は、純タンタルの強酸媒体に対する優れた耐性を完全に継承しています。再結晶温度の上昇による高温安定性の向上は、冷間加工後の強度と微細構造を高温でより長く維持できることを意味し、より優れた耐垂下性を備えています。その総合的な加工性は純タンタル線と同様です。伸線、曲げ、編組、巻線、溶接(保護雰囲気が必要)が可能で、加工難易度は純タンタルよりわずかに高いだけです。
純タンタル線の強度が不十分で、Ta-10W線が「過剰性能」で高価すぎる場合、Ta-2.5W線はまさに適切な性能向上を提供します。タンタルの最も重要な特性である耐食性と生体適合性を損なうことなく、軽度の合金化によって、高温下や継続的な応力下における材料の寸法安定性と構造信頼性が大幅に向上しました。ワイヤー形状が求められる数多くのハイエンド用途において、この合金は優れた総合性能、比較的良好な加工性、そしてコスト管理のしやすさから、中程度の強度、高い耐食性、および高温安定性が求められる設計者やエンジニアにとって、好ましいタンタル合金ワイヤーとなっています。