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铌、钽及其合金在热盐酸和磷酸溶液中的腐蚀行为
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Ta 铌在矿物中具有显著的抗腐蚀能力，在氢氟酸中也是如此，但是在极其恶劣的介质中，如在高温下，铌很容易被腐蚀。另一方面，钽在所有溶液中都很实用，甚至在高温中也是如此。在高酸性溶液中，钽即使比铌更贵，也比铌更受欢迎。大约4%的钽产品用于工业中的抗腐蚀元件，如加热器、热交换器、反应容器、泵叶轮等。 实验 材料防腐 铌和钽锭是在300千瓦的连续电子束中熔化得到的，在动态高压下（< 10⁻⁵毫巴）。然后，这些锭被锻造，随后轧制到0.5毫米的厚度。部分形状用于制备纯铌和纯钽的测试样品，另一部分用于生产铌-20、40、60和80重量%钽合金。铌、铌-钽合金和钽的化学结构及密度已通过离子交换技术进行金属测定，并用熔融技术和惰性气体分析仪进行气体分析。 腐蚀试验程序 对于高达沸点的氯化氢和磷酸溶液中的腐蚀试验，使用玻璃烧瓶和玻璃探针将蒸汽回流到溶液中。这些设备由半球形加热装置加热，其温度由恒温器控制。对于在高于沸点的盐酸和磷酸溶液中的腐蚀试验，使用内部聚四氟乙烯（特氟隆）板的压力容器。 测试溶液由盐酸和磷酸试剂（专业分析）和去离子水制备。除了自然条件外，在没有搅拌或通风的情况下进行分选试验。样品垂直放置在烧瓶或压力容器底部的聚四氟乙烯支架上。 腐蚀测试样品在不同温度下暴露于5、10、15和20重量%的盐酸和20、40、60和80重量%的磷酸溶液中，测试温度包括沸点、150℃和200℃。在沸点下，暴露时间从3天到14天不等；在沸点以上，暴露持续时间为14天。曝光后，样品被清洗以去除任何可能的残留物，并用丙酮干燥。失重率（μm/年）根据材料重量损失、暴露面积、暴露时间和材料密度进行计算。 结果 盐酸中的腐蚀行为 在沸腾盐酸溶液中，铌和铌-20wt%钽合金的腐蚀速率随着测试时间的延长而降低。在最长测试时间内，对于铌和铌-20wt%钽合金，腐蚀速率随着钽掺杂量的增加而降低。铌-20重量%钽合金比纯铌更耐磨。在75℃沸腾的17.5重量%盐酸和20重量%盐酸中，暴露14天后，铌的腐蚀速率分别为97和33 μm/年。 所有材料和所有测试条件下的腐蚀速率都随着温度的升高而增加。 磷酸中的腐蚀行为 正如在沸腾的盐酸溶液中观察到的那样，铌、钽及其合金在沸腾H₃PO₄溶液中的腐蚀速率随着时间的推移而降低，并在长时间暴露后趋于稳定。在沸腾的40% H₃PO₄中暴露14天后，最长曝光时间获得的腐蚀速率随暴露时间的增加而降低，且随钽含量的增加而减少。 结论 铌、钽和铌钽合金在盐酸和磷酸溶液中的耐蚀性取决于酸浓度、温度和钽含量。温度和压强的增加导致了腐蚀速率的增加，而钽含量的增加导致了腐蚀速率的降低。 针对铌、钽和铌钽合金在盐酸和磷酸溶液中从沸点到200℃的腐蚀行为研究表明： 1、钽含量的增加导致所有材料和特性的腐蚀速率降低； 2、所有材料和物品的损耗率都随着温度的升高而增加； 3、钽的加入提高了铌的耐腐蚀性； 4、铌钽合金从60%的钽含量来看是非常耐腐蚀的，并且由于表面氧化物的形成，腐蚀速率随着暴露时间的延长而降低。 |
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