鋯合金檢視原始碼討論檢視歷史
| 鋯合金 |
鋯合金是鋯或其他金屬的固溶體。鋯具有非常低的熱中子吸收截面，高硬度，延展性和耐腐蝕性。鋯合金的主要用途是核技術領域，例如核反應堆內的燃料棒等。核級鋯合金的典型組成是超過95%鋯和低於2%的錫，鈮，鐵，鉻，鎳和其它金屬，加入這些金屬來提高機械性能和耐腐蝕性。
簡介
鋯合金在300～400℃ 的高溫高壓水和蒸汽中有良好的耐蝕性能、適中的力學性能、較低的原子熱中子吸收截面（鋯為0.18靶恩），對核燃料有良好的相容性，因此可用作水冷核反應堆的堆芯結構材料（燃料包殼、壓力管、支架和孔道管），這是鋯合金的主要用途。鋯對多種酸（如鹽酸、硝酸、硫酸和醋酸）、鹼和鹽有優良的抗蝕性，所以鋯合金也用於製作耐蝕部件和製藥器件。鋯與氧、氮等氣體有強烈的親和力，所以鋯和鋯合金還在電真空和燈泡工業中被廣泛用作非蒸散型消氣劑（見消氣材料）。鋯具有優異的發光特性，所以成為閃光和焰火材料。
評價
純鋯就其強度和抗蝕性能來說，都不能滿足核燃料包殼和壓力管的要求。20世紀40年代末，美國為了探索鋯在水冷反應堆中的應用，着手研究鋯基合金。到50年代中期，研製成具有優良綜合性能的Zr-2合金 (Zirca-loy-2)，並用作世界第一艘核潛艇「舡魚」號的核燃料包殼材料，後來又製成Zr-4（Zircaloy-4），Zr-1Nb和Zr-2.5Nb合金。二十多年來，各國也研究了許多其他鋯合金，但因綜合性能不如上述合金，因而應用不多。從海綿鋯到鋯合金，已實現工業化生產的國家有美國、俄羅斯、法國、德國、加拿大和中國等。工業規模生產的鋯基合金有兩個系列：鋯錫系和鋯鈮系。前者的代表是 Zr-2 合金，後者的代表是Zr-2.5Nb合金。鋯和三種鋯合金的成分和性能見表。鋯的合金元素選擇原則是：一不能明顯增加鋯的熱中子吸收截面；二要在提高鋯的耐蝕性和強度的同時不能過多地損害工藝性能。在鋯錫系合金中，錫、鐵、鉻、鎳的綜合加入(Zr-2合金)，可提高材料的強度及耐蝕性、耐蝕膜的導熱性，降低表面狀態對腐蝕的敏感性;Zr-4合金中不含鎳,並適當增加鐵含量，此合金腐蝕吸氫量僅為Zr-2合金的一半左右。通常Zr-2合金用於沸水堆，Zr-4合金用於壓水堆。在鋯鈮系合金中，鈮的添加量達到使用溫度下α-Zr的固溶極限時，合金的耐蝕性能最好。Zr-1Nb和Zr-2.5Nb合金中的鈮含量高於使用溫度下的固溶極限。超過的鈮以過飽和狀態存在於α-Zr中，對合金的抗蝕性不利，而以第二相β-Nb的形式存在卻好得多。鋯和鋯合金中的金屬雜質元素大都要求在 50ppm以下，熱中子吸收截面很大的元素（如硼和鎘）不得超過0.5ppm；嚴重損害耐腐蝕性能的氮不得高於80ppm；氧有一定的強化作用,其含量依強度要求一般為800～1600ppm。 [1]