Brevet FR2566804A1 — publié le 19860103

La présente invention se rapporte à un alliage à base de tantale qui présente une combinaison optimale de propriétés et plus particulièrement, à un alliage contenant du niobium, du molybdène, du tungstène, le reste étant du tantale. De nombreux alliages de niobium ou columbium comme dénommé ci-après et de tantale sont connus dans l'art antérieur. Le tableau 1 présente les gammes de composition d'un groupe de tels alliages révélés dans des brevets des Etats Unis d'Amérique. TABLEAU 1 Composition d'alliages selon l'art antérieur, en pourcentage pondéral BREVET US BREVET US BREVET US BREVET US BREVET US BREVET US ELEMENTS 3.186.837 3.188.205 3.188.206 3.592.639 3.346.379 1.588.515 Ta 20 - 50 35 max 40 max reste 5 max 25 min Ti 2 - 15 0,2 - 2,0 0,2 - 2,0 - - - Ni 2 - 15 - - - W 0 - 7,5 5- 16 - 1,5 - 3,5 1 - 30 - Mo 0 - 7,5 3 - 10 - - 1 - 20 - W + Mo 0 - 15 5- 16 - - 2 - 50 5 - Sn 0 4 - - - - - Zr - 0,3 - 5,0 0,3 - 5,0 - V 0 - 10 - - - - Fe, Cr W, Zr - - - - 1 - 30 - Cr - - - - - 5 - 30 Ni + Co - - - - 1- 75 T a + Cb - - - -- 25 - 99 Cb reste reste reste 0,5 max 55 min 25 min Le brevet US n 3 186'837 se rapporteà un alliage à base de columbium-tantale. L'alliage est révélé en tant qu'un alliage de columbium nécessitant des teneurs efficaces en nickel et en titane pour la résistance à la corrosion et une structure d'alliage en deux phases, respectivement. Le brevet US n 3 188 205 révèle un alliage à base de columbium contenant des gammes efficaces de titane, zirconium, tungstène et molybdène et un maximum de 35 % de tantale. Le brevet US n 3 188 206 est un brevet en rapport révèlant un alliage à peu près semblable (exempt de tungstène et de molybdène) avec un maximum de 40% de tantale. Le brevet US n 3 592 639 se rapporteà un alliage ternaire Ta-W-Mo. Le molybdène est limité. à 0,5 % au maximum pour favoriser une plus petite dimension du grain dans l'alliage. Le brevet US n 3 348 379 se rapporteà un alliage au columbium de manière prédominante (plus de 55%) contenant les conditions pour le groupe tungstène, molybdène, fer, chrome et zirconium. Seuls5% de tantale au maximum sont tolérés en tant qu'impuretés. Le brevet US n 1 588 518 mentionne pratiquement tout le cadre des superalliages. à base de nickel et de cobalt et de métaux réfractaires: 25-99 % Ta + Cb-., 1-75 % Ni + Co, 5-30% Cr+W+Mo. L'alliage'd'exemple typique dans la description contient 75% de nickel, % de tantale et 5 à 30% de chrome. Les brevets décrits au tableau 1,révàlent des alliages au tantale et au columbium particulièrement conçus pour améliorer certaines caractéristiques spécifiques pour diverses utilisations selon la nécessité. -' On dispose d'alliages de méta.ux'réfractaires limités. L'un est un alliage binaire à 40% de columbium et 60% de tantale qui est conçu pour remplacer le tantale pur dans certaines applications. Un autre alliage commercial contient-.environ 2,5% de tungstène, le restant étant du tantale. Tandis qu'un autre alliage binaire commercial semblable contient 10% de tungstène. Ces alliages répondent à un degré limité d'acceptation dans la technique. En général, les alliages peuvent remplacer le tantale pur. Dans de nombreuses applications, ces alliages répondent de manière adéquate aux spécifica- tions du tantale pur. Les alliages manquent de caractéris- tiques améliorées suffisantes pour être considérés comme une nouvelle matière ayant un degré supérieur de propriétés techniques. La présente invention a pour objet principal un nouvel alliage ayant une combinaison remarquable de propriétés techniques. La présente invention a pour autre objet de procurer un alliage supérieur à des prix inférieurs. Le tableau 2 ci-dessous montre les plages de compo- sition de l'alliage selon l'invention. L'alliage est essentiellement un alliage quaternaire contenant, comme éléments majeurs, du tantale et du columbium et, comme éléments min-eurs, du tungstène et du molybdène. L'alliage est de manière prédominante à base de tantale (56% au minimum) pour maintenir les caractéristiques de base du tantale plus les améliorations supplémentaires offertes par le tungstène et le molybdène. Le reste de l'alliage est du columbium plus les impuretés normales trouvées dans des alliages de cette classe. La plus grande partie des impuretés peut être des résidus accidentels des éléments d'alliage ou des étapes de-traitement. Certaines des'impuretés peuvent être bénéfiques, certaines inoffensives et'certaines'néfastes comme on le sait dans la techniques des métaux réfractaires. TABLEAU 2 Composition de l'alliage selon l'invention, en % pondéral ELEMENT LARGE GAMME GAMME D'UTILISATION BUT Ta 56 - 68 56 - 66 58 Mo 1,5 - 5,0 1, 5 - 3,0 2,0 W 2 - 5,0 2 - 3 2,5 Cb* reste reste reste *Columbium plus impuretés Comme moyen pour atteindre les objectifs ci-dessus mentionnés, trois compositions d'alliages ont-été choisies pour l'étude. Les alliages ont été préparés sous une forme pulvérulente puis pressés en barre sous la forme d'une charge alimentaire d'un faisceau d'électrons. La barre a été alors purifiée trois fois au faisceau d'électrons, forgée au marteau à chaud (moins de 260 C) en une brame, recuite puis laminée en une plaque et recuite, puis laminée en une tôle de 0,76 mm avec ensuite un recuit final à 1250 C pendant 2 heures. Les analyses en pourcentage pondéral étaient essentiellement comme suit: Alliage 41 58Ta 37,5Cb 2,5W2,OMo Alliage B 58Ta 40Cb OW 2,OMo Alliage C 60Ta 37,5CB 2,5W OMo Le tableau 3 montre les résultats des essais mécaniques. Les essais ont été entrepris à la température ambiante. Chacun des alliages a été recristallisé à % et avait une dimension ASTM moyenne du grain de 8,5 à 9,0 TABLEAU 3 Essais mécaniques - Alliages expérimentaux Tôle recuite 0,76 mm d'épaisseur Résistance à la Limite élastique Allongement jauge rupture par (MPa) 25,4 cm (%) traction (MPa) Transversalement 504 438 23 à la direction 506 435 26 Alliage du laminage 41 Parallèlement 477 366 24 à la direction 479 371 23 du laminage Alliage Transversalement 416 336 27 409 338 27 B Parallèlement 417 334 24 418 329 29 Alliage Transversalement 358 360 25 Alliage9420 355 27 C Parallèlement 430 345 26 426 340 25 & cn Ces données montrent que le molybdène et le tungstène ne sont pas interchangeables. Les deux éléments peuvent - être présents dans les gammes révélées au tableau 2. Pour assurer les meilleurs bénéfices de la présente invention, le molybdène et le tungstène doivent être présents en quantités à peu près égales, mais peuvent être présents dans le rapport Mo:W = 0,5 à 2.' Dans une autre série d'essais, des alliages indiqués au tableau 4 ont été préparés par les mêmes procédés que ci-dessus mentionnés. D'autres résultats d'essais mécaniques sont présentés au tableau 5. TABLEAU 4 Alliages expérimentaux dans des séries d'essais, en pourcentage pondéral Métal ou Alliage n Ta Cb W Mo Tantale cp* - - - Columbium - cp* - - 6 reste - 2,5 - reste - 10. - ' reste 40 - - 34-6 reste 34 6 - Alliage 41 de cette invention reste 37,5 2,5. 2,0 cp* Métal commercialement pur utilisé dans cette technique Tableau 5 Essais mécaniques, limite élastique MPa. Température Alliage No. C Ta Cb 6 10 40 34,6 41 Température ambiante 162 167 232 491 194 382 436 96. 159 208 430 170 347 391 83 152 198 389 160 - 355 300 90 149 181 369 161 271 327 400.72 149 165 352 165 - 319 500 61 138. 150 350 171 241 30.5 Co os o> Ces données montrent clairement la supériorité de l'alliage selon l'invention (alliage 41) par rapport à tous les autres alliages expérimentaux à l'exception de l'alliage 10 qui est le tantale commercialement pur plus 10% de tungstène. L'alliage 40 est peut être l'alliage le mieux connu actuellement utilisé. L'alliage 41 dépasse netemment l'alliage 40 par sa limite élastique. Le tableau 6 contient les résultats d'essais chimiques: les données de résistance à la corrosion et d'absorption d'hydrogène. Au tableau 6 est donnée la liste des milieux corrosifs et de la température d'essai. Tous les exemples ont été exposés dans les milieux pendant 96 heures. La résistance à la corrosion est exprimée en tant que taux de corrosion en millimètres par an. TABLEAU 6 Essais chimiques - Résistance à la corrosion et absorption d'hydrogène Milieux et température Tantale Alliage 40 Alliage 41 Taux de Taux deToxd après 96 heures d'essai Taux de AH** AH** Taux de AH** corrosion corrosion corrosion mm/an ppm mm/an ppm mrm/n ppm %HC1 à 130%C rien %HC.1 à 1500C % HCh50ppm FeC13 0,0025 25 0,0025 15 0,0025 77%H2S04 à l'ébullition (200 C)0,046 %HNO3 à l'ébullition (120 C)rien R E V E N DI C A T I ON S 1. Alliage de métaux réfractaires caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement, en pourcentage pondérai, en 56 à 68% de tantale, 1,5 à 5, 0 % de molybdène, 2,0 à 5,0% de tungstène, le restant étant du columbium plus les impuretés normales. 2. Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tantale est compris entre 56 et 66%, le molybdène entre 1,5 et 3,0% et lee tungstène entre 2,0 et 3,0%. 3. Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tantale est présent à raison d'environ 58%, le molybdène à raison d'environ 2,0 %, le tungstène à raison d'environ 2,5% et le columbium à raison d'environ 37,5%.