锆铌合金
《锆铌中间合金》编制说明
锆铌中间合金编制说明（讨论稿）2016-11锆铌中间合金编制说明（讨论稿）一、工作简况1任务来源根据公信厅科〔2015〕115号《工业和信息化部办公厅关于印发2015年第三批标准制修订计划的通知》要求，由西部新锆核材料科技有限公司负责制定《锆铌中间合金》有色行业标准。
项目计划编号：2015-1083T-YS，计划完成年限为2017年。
2起草单位西部新锆核材料科技有限公司成立于2013年4月，是以发改委、工信部、财政部三部委批准的“自主化先进压水堆燃料组件用锆合金结构材料产业化”项目为推动成立的独立法人公司。
公司前身来自于西北有色金属研究院新材料研究所，具有雄厚的锆及锆合金研发实力，是核用锆、铪材自主化科研生产基地，是世界一流的国家级核用特种金属材料研发、评价、性能分析、检测、中试和工业化生产为一体的创新平台。
公司目前拥有各项发明专利16项，拥有自主知识产权的合金牌号如C7、N18、N36等，并掌握其全部金属压力加工技术，所研制、生产的合金性能优异，达到了国外M5、Zirlo锆合金水平，产品广泛应用于国防、核工业和民用领域。
3主要工作过程3.1工作分工本标准由西部新锆核材料科技有限公司负责起草，西北有色金属研究院等企事业单位参与起草。
3.2各阶段工作过程西部新锆核材料科技有限公司承担《锆铌中间合金》行业标准修订任务后，通过收集和整理国内外锆铌中间合金信息和技术资料，对国内外生产和使用状况，以及产品质量水平进行充分论证，于2016年10月形成国家标准《锆铌中间合金》征求意见稿草案。
征求意见稿草案形成后及时发送各单位征求意见，分别向西北有色金属研究院、宝钛集团有限公司、国核宝钛锆业股份公司、西部超导材料科技股份有限公司等4家单位发出征求意见函。
4家单位的相关专家对本标准的征求意见稿进行讨论，提出了宝贵的意见和建议。
标准编制小组对所有反馈的意见和建议进行讨论后，对征求意见稿草案进行修改，形成讨论稿。
二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据1标准编制原则本标准严格按照GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的规定格式进行编写。
锆铌合金ppt课件
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★锆的合金化——合金元素在锆合金中的作用 ——Sn
• N的有害作用原因是N3-能置换氧化物晶格中的 氧离子，产生附加的空位，因此增加了锆的腐 蚀速度，但是加入了Sn后，印N3- 及氧离子空 位力图停留在Sn3+ 离子附近，三者组合后可动 性差，故使空位迁移率降低，所以Sn能抵消N 的有害作用，提高耐蚀性。但含Sn量增高会降 低合金的耐蚀性。以此原则发展了Zr-2合金。 • 小于0.5%时，腐蚀随含Sn量增加而减少；随后 增加，如图1。
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β-Zr，β-Nb
α-Zr，β-Zr
α-Zr，β-Nb
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★锆的合金化——合金元素在锆合金 中的作用——Nb
• Zr-2.5Nb淬火时效后，从过饱和α-Zr中析出 β-Nb沉淀相，呈细小均匀分布时对提高耐 蚀性有利。 • Nb可消除C,Ti,Al等杂志对锆耐蚀性的危害， 并减少吸氢量。
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锆的合金化——★合金元素的选择— —锆腐蚀机理——Wagner假说
• 因此，任何外来的间隙阳离子都会减少阴离子空位 数目，降低氧离子的扩散。 • 但是，低于四价锆的置换阳离子和高于二价氧的阴 离子都会使阴离子空位数增多，加速腐蚀。
• 锆位于ⅣB族，如果加入ⅣB 或Ⅴ或Ⅵ或Ⅷ族元素作 为合金元素，当它们进入氧化膜时，将增加氧化膜 内的电子浓度，减少膜中阴离子空位，从而能抑制 氧离子的扩撒，降低腐蚀速度，例如FeCrNi可能与 此有关。
• • • • 热中子吸收截面小 耐腐蚀性 在各种工况下力学性能稳定可靠 不应具有感生放射性
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zr的电阻率
zr的电阻率ZR合金是由锆和铌组成的合金，具有优异的力学性能和耐高温性能。
它的电阻率也是一个重要的性能指标，影响着其在电子工业中的应用。
本文将从以下几个方面来探讨ZR合金的电阻率。
一、电阻率的定义和计算方法电阻率是材料导电性能的重要指标，它表示单位长度和单位截面积下电阻的大小。
其计算公式如下：ρ = RA/L其中，R是电阻，A是截面积，L是长度，ρ是电阻率。
从公式可以看出，电阻率与材料的导电性能和几何形状有关。
二、ZR合金的电阻率特点由于ZR合金的主要成分为锆和铌，二者均为过渡金属元素，具有良好的导电性能。
因此，ZR合金的电阻率相对较低，在室温下约为2.6 μΩ·m。
此外，ZR合金在高温下仍具有较小的电阻率，这归功于其高熔点和优异的抗氧化性能。
在1000℃下，ZR合金的电阻率仅为5.3μΩ·m，比同材料的Ni-Cr合金低近一倍。
三、影响ZR合金电阻率的因素1. 温度：温度是影响ZR合金电阻率的重要因素。
随着温度升高，ZR合金的电阻率逐渐降低。
2. 成分：ZR合金成分对其电阻率也有影响。
例如铌含量的变化，会导致ZR合金的电阻率产生明显变化。
一般来说，铌含量越高，电阻率越低。
3. 结构：ZR合金的晶体结构也会影响其电阻率。
晶格常数较小的ZR合金，其电阻率通常较低。
四、应用ZR合金的低电阻率和优异的耐高温性能，使其广泛应用于电子工业中，如电子陶瓷电容器、热敏电阻、热电偶、压敏电阻、专变等各种元器件的制造中。
总之，ZR合金的电阻率是其重要的性能指标，不仅与材料的导电性能、几何形状、温度、成分和晶体结构有关，同时也是影响其在电子工业中应用的重要因素之一。
含铌锆合金酸洗研究
120管理及其他M anagement and other含铌锆合金酸洗研究张永刚1,2，杨晓康2，乔军伟2，王 海2（1西安建筑科技大学，陕西 西安 710000；2西安赛特思迈钛业股份有限公司，陕西 西安 710000）摘 要：本文针对含铌锆合金酸洗过程中表面易出现色斑、色差等问题，通过氢氟酸与锡箔，铌箔，铁屑，铬箔四种金属反应，依据反应产物颜色推断，锆合金酸洗残留物为：白色酸洗残留物主要应为氟化锆，黄色酸洗残留物主要应为氟化铁，蓝色酸洗残留物主要应为氟化铬；使用紫外可见分光光度计对氢氟酸与锡、铌、铁、铬反应产物进行特征强度分析，验证了锆合金酸洗后表面残留物构成：主要为氟化锆，以及微量的氟化铬、氟化铁、氟化铌。
并通过试验研究得知使用浓度为20%~25%的硝酸溶液可有效去除掉锆合金酸洗后表面残留物。
关键词：酸洗；残留物；氟化物；特征强度中图分类号：TG146.4 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）01-0119-2收稿日期：2021-01作者简介：张永刚，男，生于1981年，陕西凤翔人，本科，学士学位，工程师，研究方向:有色金属加工及研发。
锆合金由于其优异的力学性能，耐腐蚀性能，良好的机械加工性能，生物相容性，同时弹性模量接近于自然骨，被广泛用于外科植入领域，在医学上，锆合金制成膝关节和髋关节植入物，可减低摩擦，增加耐磨性，同时保持整体性能（可制造性、断裂韧性和延展性），为医疗植入提供了良好的解决方案[1]。
锆合金用于医用材料，外观质量是影响其应用的主要因素之一，在实际生产过程中，锆合金成品酸洗过程中，表面易出现较严重的色斑和色差等表面质量问题，本文通过化学溶解方法和紫光可见分光光度计研究、分析了锆合金酸洗残留物的构成，找出了彻底清除含铌锆合金酸洗残留物的方法。
1 试验材料、试剂及仪器1.1 试验材料及规格本试验选用Zr-Nb 系锆合金，99.95%锡箔，99.95%铌箔，99.95%铁屑，99.95%铬箔作为试验材料，Zr-Nb 系锆合金其成分如表1所示。
铌锆合金的熔点
铌锆合金的熔点嘿，朋友们！今天咱来聊聊铌锆合金的熔点。
你知道吗，这铌锆合金的熔点啊，那可真是有点特别呢！咱平常生活里也有很多东西有熔点，就像冰，一热就化成水啦。
那铌锆合金的熔点呢，可比冰高多了去了！这就好比爬山，冰的熔点就像是山脚下，而铌锆合金的熔点那简直就是在高高的山顶上呀！你说这铌锆合金的熔点到底有多高呢？它可不像一般的金属，稍微加热就软了或者化了。
它就像是一个坚强的战士，非得经过高温的严峻考验才会有变化。
这要是比作比赛，那其他金属可能早早就败下阵来了，可铌锆合金还在那儿稳稳地坚持着呢！这么高的熔点，那它在实际应用中可就有大用处啦！你想想看，有些地方温度特别高，一般的材料哪能受得了啊。
但铌锆合金就可以呀，它能在高温环境下依然保持自己的特性，发挥自己的作用。
这就好像在炎热的沙漠里，别的植物都蔫了，它却还能茁壮成长，是不是很厉害？而且哦，铌锆合金的这个高熔点可不是随随便便就有的。
那是经过了无数次的研究和试验才确定下来的呀！这就跟咱学习一样，不经过努力哪能有好成绩呢。
研究人员们为了找到最合适的熔点，那可是花费了大量的心血和时间呢。
咱再想想，如果没有这么高的熔点，那会怎么样呢？很多需要耐高温的地方不就没法用它了吗？那得损失多少好的应用和机会呀！所以说啊，铌锆合金的熔点可真是太重要啦！咱生活中还有很多东西都有它们独特的性质和特点，就像铌锆合金的熔点一样。
这些特点让它们在各自的领域里发挥着重要的作用。
我们是不是应该多去了解了解这些神奇的材料呢？多去探索探索这个丰富多彩的世界呢？总之啊，铌锆合金的熔点可不是一个简单的数字，它背后蕴含着无数的科学知识和人类的智慧。
让我们一起好好珍惜和利用这些宝贵的材料吧！。
锆铌中间合金
锆铌中间合金全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：锆铌中间合金是一种具有很高应用价值的合金材料，它广泛应用于航空航天、能源、电子等领域。
锆铌中间合金是由锆和铌两种金属元素组成的合金，具有很高的熔点和优良的耐高温性能，因此在高温环境下表现出色。
下面将从锆铌中间合金的性能特点、制备工艺以及应用领域等方面进行介绍。
锆铌中间合金主要的性能特点之一就是具有较高的熔点。
锆铌中间合金的熔点约在2500℃以上，比很多其他金属材料的熔点要高很多，这使得锆铌中间合金可以在高温环境下稳定工作，不易发生熔化和烧蚀等问题。
锆铌中间合金还具有较好的耐氧化性和耐磨性，表现出良好的抗腐蚀性能，可以在复杂恶劣的环境下长期稳定运行。
另一个值得一提的特点是锆铌中间合金的高硬度和强度。
锆铌中间合金在高温环境下也能够保持较好的硬度和强度，具有优异的力学性能。
这使得锆铌中间合金成为一种理想的结构材料，可以用于制造高强度、高硬度的零部件和工件，提高设备的使用寿命和耐久性。
在制备工艺方面，锆铌中间合金可以采用多种方法进行制备，如熔炼法、粉末冶金法、气相沉积法等。
熔炼法是最常用的制备方法之一，通过将锆和铌两种金属元素按照一定比例混合加热熔炼，然后冷却凝固形成锆铌中间合金。
粉末冶金法则是通过将锆和铌的粉末混合均匀后压制成坯料，再经过热处理得到锆铌中间合金。
气相沉积法则是一种更加精密的制备方法，通过在高温高压气氛下使锗和铌原子沉积在基底上形成锆铌中间合金。
锆铌中间合金在航空航天、能源、电子等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，锆铌中间合金可以用于制造发动机部件、燃烧器、涡轮叶片等高温零部件，提高发动机的工作效率和性能。
在能源领域，锆铌中间合金可以用于制造核电站的管道、容器等耐高温设备，提高核电站的安全性和稳定性。
在电子领域，锆铌中间合金可以用于制造半导体材料、电子元器件等高强度材料，提高电子产品的可靠性和性能。
锆铌中间合金是一种性能优异的合金材料，具有很高的应用价值和市场前景。
铌锆合金熔点
铌锆合金熔点一、铌锆合金的熔点铌锆合金的熔点取决于合金中铌和锆的含量，通常为2600℃至2800℃之间。
铌和锆的含量越高，熔点越高。
铌锆合金的熔点较高，使其在高温环境下具有良好的稳定性和耐热性，适用于航空航天、能源和化工等领域。
1. 合金成分：铌锆合金的熔点与合金中铌和锆的含量密切相关。
通常情况下，铌锆合金中铌的含量越高，熔点越高；锆的含量越高，熔点越低。
因此，通过调整合金中铌和锆的含量，可以改变铌锆合金的熔点。
2. 杂质含量：合金中的杂质含量也会对铌锆合金的熔点产生影响。
杂质的存在会导致合金晶界的强化和晶界融化的困难，从而提高合金的熔点。
3. 热处理工艺：热处理工艺对铌锆合金的熔点也有一定影响。
合理的热处理工艺可以提高合金的结晶度和晶界结合力，从而提高合金的熔点。
三、铌锆合金的应用铌锆合金由于其良好的耐热性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、能源和化工等领域。
在航空航天领域，铌锆合金常用于制造高温部件，如发动机涡轮叶片、燃烧室等。
在能源领域，铌锆合金可用于制造核反应堆中的燃料元件和结构材料。
在化工领域，铌锆合金可用于制造耐腐蚀设备和管道。
四、铌锆合金的优势1. 耐热性能：铌锆合金具有良好的耐热性能，可以在高温环境下长时间稳定工作。
2. 耐腐蚀性能：铌锆合金具有优异的耐腐蚀性能，能够抵抗酸、碱等强腐蚀介质的侵蚀。
3. 机械性能：铌锆合金具有较高的强度和韧性，能够承受较大的载荷和变形。
4. 加工性能：铌锆合金具有良好的加工性能，可以通过热加工和冷加工等工艺进行成型和加工。
五、总结铌锆合金是一种重要的高温结构材料，具有优良的耐热性能和耐腐蚀性能。
铌锆合金的熔点取决于合金中铌和锆的含量，以及杂质含量和热处理工艺等因素。
铌锆合金广泛应用于航空航天、能源和化工等领域，具有耐热性能、耐腐蚀性能、机械性能和加工性能等优势。
随着科技的不断发展，铌锆合金在各个领域的应用前景将更加广阔。
锆铌中间合金
锆铌中间合金是一种重要的高温合金材料，通常由锆和铌两种金属元素按一定比例混合而成。
这种合金具有许多优异的性能特点，适用于高温、腐蚀等恶劣环境下的应用。
以下是关于锆铌中间合金的一些特点和应用领域：
1. 耐高温性能：锆铌中间合金具有优异的高温稳定性，可在高温环境下保持材料的强度和硬度，不易发生变形或熔化，适用于高温工作条件下的材料选择。
2. 耐腐蚀性能：锆铌中间合金具有较好的耐腐蚀性能，能够抵抗氧化、硫化、盐水等腐蚀介质的侵蚀，适用于化工、航空航天等领域对材料耐腐蚀性能要求较高的场合。
3. 高强度和硬度：锆铌中间合金具有较高的抗拉强度和硬度，具备良好的机械性能，不易变形或断裂，在高负荷、高应力情况下表现出色。
4. 良好的加工性能：锆铌中间合金具有较好的加工性能，可以进行热压缩、锻造、轧制等加工工艺，制成各种形状的零部件和构件。
5. 应用领域：锆铌中间合金广泛应用于航空航天、航空发动机、化工装备、核能领域等高温、腐蚀性要求较高的领域，如涡轮叶片、高
温管道、反应容器等关键部件。
总的来说，锆铌中间合金是一种具有优异性能和广泛应用前景的高温合金材料，在一些特殊工程领域中发挥着重要作用，为解决高温、腐蚀等严苛条件下的工程材料需求提供了有效的解决方案。
锆铌合金ppt课件
锆的合金化——合金元素的选择
• 根据Wagner理论，理论上以锆的同族元素 进行合金化对提高锆合金的耐腐蚀性能有 利。 • Ⅳ族有Ti,Zr,Hf;C,Si,Ge,Sn,Pb. • Ⅴ族有V,Nb,Ta;N,P,As,Sb,Bi. • Ⅵ族有Cr,Mo,W;O,S,Se,Te. • Ⅷ族有Fe,Ni.
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★锆的合金化——合金元素在锆合金 中的作用——Sn
• 虽然锆合金在不含Sn的情况下整体的腐蚀率比较低，但是其局 部会出现腐蚀加速。 • 虽然锡会增加锆合金的整体腐蚀率．但是同时在高LiOH以及冷 却剂异常化学成份情况下，它却能够保护锆合金免遭更强的腐 蚀。高压实验以及堆内运行经验已经证明了这一点。 • ZIRLO合金是在权衡锡对锆合金腐蚀率正负影响的基础上开发出 来的。下图给出了在浓度为70ppm的LiOH溶液中，金属锡的含 量与ZIRLO合金腐蚀率的关系。 • 从图中可以看出，在锡含量大于l％时，腐蚀率趋于平稳，但是 较高的锡含量会导致锆合金的整体腐蚀率增加，为了取得一个 比较理想的折衷结果，ZIRLO合金中的锡含量定为1％。
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锆的合金化——★合金元素的选择— —锆腐蚀机理——Wagner假说
• 因此，任何外来的间隙阳离子都会减少阴离子空位 数目，降低氧离子的扩散。 • 但是，低于四价锆的置换阳离子和高于二价氧的阴 离子都会使阴离子空位数增多，加速腐蚀。
• 锆位于ⅣB族，如果加入ⅣB 或Ⅴ或Ⅵ或Ⅷ族元素作 为合金元素，当它们进入氧化膜时，将增加氧化膜 内的电子浓度，减少膜中阴离子空位，从而能抑制 氧离子的扩撒，降低腐蚀速度，例如FeCrNi可能与 此有关。
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锆铌合金膝关节假体在全膝关节置换中的应用
锆铌合金膝关节假体在全膝关节置换中的应用杨德育;王月娥;黄东海;吕宏升;尤瑞金【摘要】目的探讨锆铌合金膝关节假体应用于全膝关节置换中的临床疗效.方法将锆铌合金膝关节假体应用于26例全膝关节置换术患者.对患者进行影像学和临床评估.结果术后未出现假体金属过敏、深静脉血栓、深部感染病例.患者均获得随访,时间15～58(34.2±6.3)个月.随访期间影像学评估:X线片提示下肢力线正常,均未出现吸收性骨反应征及假体松动.临床评估:最大伸膝角度术前为1° ～18°(5.73°±3.96°),末次随访为-2°～5°(0.56° ±2.08°);最大屈膝角度术前为61° ～106°(83.23° ±19.71°),末次随访为93°～151°(118.33° ±12.26°);HSS评分术前为32～45(39.82±3.75)分,末次随访为85～99(90.36±4.37)分;末次随访膝关节伸屈角度及HSS评分均较术前明显改善(P<0.001).结论锆铌合金膝关节假体是全膝关节置换的理想假体,能够有效缓解疼痛和改善膝关节功能,减少假体松动及周围骨吸收,临床和影像学评估证实疗效良好.【期刊名称】《临床骨科杂志》【年(卷),期】2019(022)004【总页数】4页(P430-433)【关键词】关节成形术,置换,膝;骨关节炎,膝;锆铌合金膝关节假体【作者】杨德育;王月娥;黄东海;吕宏升;尤瑞金【作者单位】解放军联勤保障部队第910医院骨科,福建泉州362000;解放军联勤保障部队第910医院骨科,福建泉州362000;解放军联勤保障部队第910医院骨科,福建泉州362000;解放军联勤保障部队第910医院骨科,福建泉州362000;解放军联勤保障部队第910医院骨科,福建泉州362000【正文语种】中文【中图分类】R684.3;R687.42假体摩擦界面是影响膝关节置换后假体寿命并导致最终失败的重要因素[1]。
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金属的腐蚀机理
• 腐蚀产物一般指氧化膜（氧化产物）。 • 致密的氧化膜能阻碍金属的氧化；疏松的， 以及气态和液态的氧化产物会让腐蚀继续 • ★氧化膜有几种生长规律：立方，抛物线， 线性。 • ★氧化规律的转折：抛物线-线性。
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★ ★ 锆合金的腐蚀——均匀腐蚀
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β-Zr，β-Nb
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★锆的合金化——合金元素在锆合金 中的作用——Nb
• Zr-2.5Nb淬火时效后，从过饱和α-Zr中析出 β-Nb沉淀相，呈细小均匀分布时对提高耐 蚀性有利。 • Nb可消除C,Ti,Al等杂志对锆耐蚀性的危害， 并减少吸氢量。
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对锆的腐 蚀有害
同 锆 相 差 大 ， 不 易 溶 于 αβ αβ 锆 晶 胞 钻 石 立 方 结 构 ， 原 子 半 径
熔 点 低 熔 点 低
对锆的腐蚀有害
熔 点 低
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★锆的合金化 ——合金元素在锆合金中的作用
• • • • • Sn在锆合金中的作用（跳到“影响腐蚀的因素”小节） ★★Nb在锆合金中的作用 Fe，Cr，Ni在锆合金中的作用 O在锆合金中的作用 杂质元素C,N对锆合金的影响
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锆的合金化——对锆合金化的要求
• • • • 热中子吸收截面小 耐腐蚀性 在各种工况下力学性能稳定可靠 不应具有感生放射性
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锆的合金化——★合金元素的选择——锆腐蚀 机理——Wagner假说
• Wagner认为，氧化膜成长理论是： • 氧离子沿着膜中阴离子空位扩散，穿过氧化膜到达金属表 面； • Zr失去四个电子成为Zr4+，而电子从金属表面向外运动， 使氧化膜在金属和氧化膜边界处生长。 • 两者平衡速度或氧离子与氧化膜中空位的置换速度是腐蚀 速度的控制因素。 • 在新生成的氧离子附近产生阴离子空位。在金属/氧化膜 处阴离子空位浓度最大，在氧化膜/气体处阴离子空位最 小，所以阴离子将移动到金属表面来填充这些空位。于是 氧离子通过空位不断扩散至金属层。
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★锆合金的腐蚀 ——热处理——β淬火
• • • • • • • • 第二相的尺寸依赖于锆合金制造过程中的β相(>950℃)淬火 相 淬火的速率和随后α相 ℃ 淬火 相 退火的温度(<800℃)和时间。 退火的温度 ℃ β淬火对疖状腐蚀的影响程度依赖于冷却速率。Zr-2，Zr-4合金的临界冷却速 度约50℃/s。Zr-4合金的淬火速度对其腐蚀性能的影响很大。 淬火速率较快时，得到带有孪晶和位错的马氏体结构， 淬火速率较快 较慢时则得到带有变形的a-Zr和第二相的魏氏体结构。 淬火速率对晶粒变化的影响不大，表明β相晶粒尺寸由退火温度决定，随β淬 火温度的升高，淬火后的晶粒尺寸增加，锆合金腐蚀不受β淬火温度影响， 但淬火速率较慢时，由于形成了第二相，基体中Nb、Fe、Cr的过饱和含量减 少，从而提高了合金的抗均匀腐蚀性能， 可见增大基体中过饱和固溶Nb、Fe、Cr含量将使均匀腐蚀速率更快。 可见增大基体中过饱和固溶 、 、 含量将使均匀腐蚀速率更快。 含量将使均匀腐蚀速率更快 然而，并不希望锆合金在β淬火时形成第二相，因为β淬火是为使合金元素固 溶于基体。要获得良好的均匀性，通常要在淬火后进行退火热处理，使Fe、 Cr合金元素在过饱和固溶的a相中析出并长大，并均匀分布。
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为什么锆要合金化
• 纯锆的耐蚀性好，但易受杂质影响。 • 微量的杂质元素即会造成锆腐蚀行为极大 的差异。NCTi都是有害杂质，尤以N为甚。 • 碘化法制备高纯锆的成本高，工艺要求苛 刻，其中高温强度，杂质含量加工后的表 面状态，表面玷污等因素均有碍其进一步 使用。
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★锆合金的腐蚀 ——热处理——β淬火
• Zr在862℃具有α→β的同素异构转变。 • α相为密排六方结构，β相为体心立方结构。
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★锆合金的腐蚀 ——热处理——β淬火
• Zr-Sn合金淬火的目的是使锻造冷却过程中形成的第二相 重新溶入β相，使Nb、Fe、Cr这些 稳定元素在 相中过 这些β稳定元素在 使 、 、 这些 稳定元素在β相中过 饱和， 饱和，快速冷却后合金元素过饱和固溶在α相中。 • 这样，一方面，可以使合金元素分布均匀化， • 另一方面，又可以使成品管材的抗疖状腐蚀性能提高。 • β淬火能够改善疖状腐蚀的性能，因为β淬火处理时在β 相区的保温能够使合金元素固溶并均匀化，立方结构的 β相经过急速冷却后贝氏体转变为针状的α相，平均晶粒 不到0.5μm，晶界上均匀分布着直径为20-25nm的颗粒属 间化合物的颗粒，呈网状，网状的金属间化合物会保持 氧化膜的电导，从而防止疖状腐蚀的发生。
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★锆的合金化——合金元素在锆合金中的作 用——Fe，Cr，Ni
• 锆位于ⅣB族，如果加入ⅣB 或Ⅴ或Ⅵ或Ⅷ族元素作为合金元素，当它 们进入氧化膜时，将增加氧化膜内的电子浓度，减少膜中阴离子空位， 从而能抑制氧离子的扩撒，降低腐蚀速度，例如FeCrNi可能与此有关。 • 随着Fe增加，强度增大，塑性下降，1%原子分数Fe会使锆合金抗蠕变 性能显著提高，随后下降。 • Cr对锆的影响与Fe类似。它们在α-锆中的溶解度都很低。Cr可以提高 锆的强度，在2%原子分数时最大，但比Sn弱。对抗蠕变性能也有改善， 在0.5-1%原子分数时，Zr-Cr合金在500℃下的蠕变抗力最好，随后下降。 0.5-1% Zr-Cr 500 • Ni对锆有一定强化作用。对力学性能影响与Fe类似，加入Ni能改善锆 合金高温蒸汽腐蚀性能，但会增加锆合金的吸氢，引起氢脆。 • 《材料》P33图3-24：在Zr-Sn合金中加入四两的FeCrNi总量0.2-0.3%不 仅能抑制过量Sn的有害作用，还能提高锆的高温耐蚀性能。
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★锆的合金化——合金元素在锆合金中的作 用——Nb
• 铌的稳定氧化物是 2O5，铌离子的化合价是 ，如果 铌的稳定氧化物是Nb 铌离子的化合价是+5， 铌离子以+5价固溶于 并代替+4价的锆离子 价固溶于Zr并代替 价的锆离子， 铌离子以 价固溶于 并代替 价的锆离子，氧离子空 位将减少。氧空位减少可以稳定四方型的ZrO2，阻碍氧 位将减少。氧空位减少可以稳定四方型的 ， 离子的迁移。 离子的迁移。 • Nb对锆有较高的强化作用。淬火时有稳定的β相作用。 Zr-Nb合金强度的增加决定于β固溶体向马氏体（α’相） 的转变。随着Nb含量的增加 含量的增加，更多的β相被固定下来， 含量的增加 强度又随之下降。 • 在Zr-Nb相图中，Nb与β-Zr为连续固溶体，在单析温度 单析温度 (590-610℃)下，α-Zr中的Nb含量为1.1%，而在低温Nb在 ℃ α-Zr中的溶解度很小，因此在Zr-Nb合金中，通过β-α相 变和α-Zr时效处理可以使合金强化。
铌含量对锆合金耐腐蚀性能的影响
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提纲
• 锆的合金化 • ★锆合金的腐蚀机理 • ★★铌含量对锆铌合金耐腐蚀性能的影响 ★★铌含量对锆铌合金耐腐蚀性能的影响 研究 • ☆新锆合金
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锆的合金化
• 为什么锆要合金化 • 对锆合金化的要求 • ★合金元素的选择—锆腐蚀机理—Wagner 假说。 • 合金化元素的选择 • ★合金元素在锆合金中的作用
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锆的合金化——合金元素的选择
• 根据Wagner理论，理论上以锆的同族元素 进行合金化对提高锆合金的耐腐蚀性能有 利。 • Ⅳ族有Ti,Zr Zr,Hf;C,Si,Ge,Sn Sn,Pb. • Ⅴ族有V,Nb Nb,Ta;N,P,As,Sb,Bi. Cr,Mo O • Ⅵ族有Cr Mo,W;O,S,Se,Te. • Ⅷ族有Fe Ni. Fe,Ni
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锆合金的腐蚀——影响腐蚀的因素
• • • • • • • ★合金成分（SnNbFeCrNiO）（前文已述） ★热加工工艺 （淬火退火） 表面状态 ★水化学：硼酸，LiOH，H LiOH H 温度 pH值和热流的影响 其他
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★锆合金的腐蚀 ——热处理
• 锆合金的腐蚀性能与热处理后的显微组织 （如第二相粒子的种类，尺寸和分布）有 关。 • 显微组织取决于加工过程中的淬火条件， 冷加工与中间退火，最终退火等。 • 先介绍热加工工艺， • 后介绍Zr-Sn和Zr-Nb合金的热加工工艺对其 腐蚀行为的影响。
• • • • 《化学》P120，122 《化学》P407，408 《材料》P112，134 《化学》P407图8-4,8-5，锆水反应；抛物线， P407 8-4,8-5 线性，立方，单斜，转折。
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锆合金的腐蚀——疖状腐蚀
• 除了均匀腐蚀，在Zr-Sn合金含氧的300℃沸水中，以及≧450℃ 和≧5MP的高温高压蒸汽中，还会出现局部腐蚀现象，局部厚 氧化膜为圆形疖状斑，即疖状腐蚀。 • 实验证明金属间化合物 金属间化合物Zr(FeCrNi)的尺寸会影响锆合金的腐蚀。 金属间化合物 • 累计退火参数A。A增大意味着在α退火相区时间或温度的增加， 所以累计退火参数与沉淀相大小有关，是影响疖状腐蚀性能的 参数。 • 累积退火参数A小于10-19 h，获得的第二相细小，绝大部分小于 0．1μm，并且数量很多，其抗疖状腐蚀通常较好，但有相对较 高的均匀腐蚀速率； • 累积退火参数小于10-18 h时，第二相变大，其包壳一般具有非 常小的抗疖状腐蚀性能，但具有较好的抗均匀腐蚀性能。 • 因此，工艺上获得累积退火参数小于10-19h的包壳用于BWR，压 水堆用燃料包壳管的累积退火参数一般为10-18 ～10-17h