Die Tantal-10-Wolfram (Ta-10W)-Legierung ist ein äußerst wichtiger hochschmelzender Metallwerkstoff. Der Schmelzprozess konzentriert sich auf drei Kernziele: Überwindung der hohen Schmelzpunkte, Sicherstellung einer homogenen Zusammensetzung und Erreichen einer hohen Reinheit.
Pulvermischen und Formen: Walzmischer, hydraulische Presse. Tantalpulver: Wolframpulver = 9:1; Mischgeschwindigkeit 120 U/min, Mischzeit 24 Stunden; Sieben durch ein 120-Mesh-Sieb; Pressdruck 500 Tonnen. Das so gewonnene Legierungspulver weist eine homogene makroskopische Zusammensetzung auf und wird zu Legierungsstäben mit definierter Festigkeit und Form verpresst. Diese Stäbe dienen als selbstverbrauchende Elektroden für den nachfolgenden Schmelzprozess. Vakuumsintern: Vakuumsinterofen. Vakuumgrad 10⁻² Pa; Temperatur 240 °C, Haltezeit 2 Stunden. Dieser Schritt ist der entscheidende „Vorlegierungsprozess“. Das gepresste Werkstück wird in einer Vakuumumgebung bei niedriger Temperatur gesintert, wodurch es eine bestimmte Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit erhält und zu einem leitfähigen Rohling wird, der für das anschließende Elektronenstrahlschmelzen vorbereitet ist. Vakuum-Elektronenstrahlschmelzen: Vakuum-Elektronenstrahlofen (EBM). Mehr als zwei Schmelzvorgänge; der Vakuumgrad kann 10⁻⁴ Pa erreichen; die Elektronenstrahl-Heiztemperatur kann lokal 3000 °C überschreiten. Dies ist der Kern der Reinigung und Homogenisierung. Hohe Temperatur und hohes Vakuum ermöglichen die effiziente Verflüchtigung von gasförmigen Verunreinigungen (O, N, H) und flüchtigen Metallverunreinigungen im Material. Mehrfaches Schmelzen kann die chemische Zusammensetzung und Homogenität des Rohlings erheblich verbessern. Weiterverarbeitung: Hochfrequenzofen, Schmiedemaschine, Walzmaschine. Erhitzen auf 1400 °C für mehrfaches Schmieden; abschließendes Walzen, Ziehen. Die Verarbeitung des geschmolzenen Blocks erfolgt durch plastische Verformung bei hoher Temperatur, wodurch die Gussstruktur aufgebrochen, die mechanischen Eigenschaften verbessert und schließlich die gewünschten Platten, Stäbe, Drähte usw. hergestellt werden.
Neben dem traditionellen Schmelzverfahren werden bei der Herstellung der Ta-10W-Legierung auch neue Technologien eingesetzt. Laut aktuellen Forschungsergebnissen aus dem Jahr 2024 wurde die Laser-Pulverbettfusion (LPBF) erfolgreich zur Herstellung hochdichter Ta-10W-Legierungsproben eingesetzt.
Die überlegene LPBF-Technologie ermöglicht die direkte Formgebung von Bauteilen mit komplexen Geometrien und überwindet damit die Grenzen traditioneller Fertigungsmethoden bei der Herstellung komplexer Strukturen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die mittels LPBF geformte Ta-10W-Legierung unter optimierten Prozessparametern (z. B. mit einer Energiedichte von 200 J/mm³) eine Zugfestigkeit von 765 MPa bei Raumtemperatur und eine Dehnung von 28 % erreicht und somit hervorragende mechanische Eigenschaften aufweist. Die Herausforderung liegt in den extrem hohen Schmelzpunkten von Tantal (Ta) und Wolfram (W), was zu einem sehr engen Prozessfenster für das Laserstrahlschmelzen (LPBF) führt. Eine präzise Steuerung von Parametern wie Laserleistung und Scangeschwindigkeit ist notwendig, um Defekte wie Risse und Poren zu vermeiden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Schmelzen und die Herstellung der Ta-10W-Legierung einem Ansatz der „Koexistenz von Tradition und Innovation“ folgt. Das traditionelle Verfahren der Pulvermetallurgie in Kombination mit Elektronenstrahlschmelzen ist ausgereift und zuverlässig und gilt als Industriestandard für die Herstellung großformatiger und qualitativ hochwertiger Blöcke. Gleichzeitig eröffnet die aufstrebende additive Fertigungstechnologie des Laserstrahlschmelzens (LPBF) neue Möglichkeiten für die Herstellung komplexer und präziser Bauteile sowie für hochwertige Materialanwendungen.
