Цирконієві сплави — це тверді розчини цирконію або інших металів, загальна підгрупа яких має торгову марку Zircaloy. Цирконій має дуже низький переріз поглинання теплових нейтронів, високу твердість, пластичність і стійкість до корозії.
Чому обирають нас?
Сучасне обладнання
Обладнані плавленням, куванням, штампуванням, різанням, механічною обробкою та ЧПУ, ми забезпечуємо процеси для кінцевих продуктів.
Багатий досвід
Маючи понад 20 років досвіду, ми разом досягаємо процвітання з нашими клієнтами.
Контроль якості
Від VIM до продуктів ми контролюємо якість руд.
Універсальне рішення
На складі більше 3000 тонн, і ми швидко доставляємо клієнтам.
Переваги цирконієвих сплавів
Висока температура плавлення:Цирконієвий сплав має високу температуру плавлення, що може бути використано для обробки та застосування у високотемпературному середовищі.
Стійкість до корозії:Цирконієві сплави мають чудову стійкість до корозії та можуть використовуватися протягом тривалого часу в суворих середовищах, таких як сильна кислота, сильний луг, висока температура та високий тиск, тому вони широко використовуються в галузях хімічної промисловості, морської та ядерної промисловості.
Хороша біосумісність:Цирконієвий сплав не викликає відторгнення при контакті з біологічними тканинами, і може використовуватися у виробництві медичних пристроїв і штучних суглобів та інших медичних матеріалів, з хорошою біосумісністю.
Хороші механічні властивості:Цирконієвий сплав має відмінні механічні властивості, включаючи високу міцність, високу твердість, високу в'язкість і високу зносостійкість тощо, які можуть бути використані для виготовлення високоякісних механічних деталей та інструментів.
Низький переріз поглинання теплових нейтронів:Цирконієвий сплав має дуже низький поперечний переріз поглинання теплових нейтронів, тому його можна використовувати як конструкційний матеріал серцевини для ядерних реакторів, наприклад оболонки палива, напірні труби, стенти та діафрагмові труби.
Для чого використовується цирконієвий сплав? Ядерна та інше
Атомний номер цирконію 40 із символом елемента Zr. Цирконієвий елемент має вигляд сріблястого металу, а щільність становить 6,52 г/см3. Zr має дуже малий поперечний переріз адсорбції нейтронів і відносно високу температуру плавлення (1855 градусів або 3371 градусів за Фаренгейтом), що робить цирконій чудовим матеріалом для ядерних стрижнів. У 1990-х роках близько 90% щорічно виробленого цирконію споживалося атомною промисловістю. Однак у міру того, як все більше і більше людей знайомляться з Zr і його сполукою, знайшлося більше застосувань.
Діоксид цирконію, або діоксид цирконію, є дуже важливою сполукою цирконію. ZrO2 може бути сировиною для технічної кераміки, яка має високу твердість і зносостійкість. Цирконій також може бути у формі прозорого кристала і надзвичайно твердий, як алмаз. Таким чином, цирконієві елементи також можна знайти в єврейських виробах, таких як цирконієві каблучки та цирконієві коронки тощо.
Металевий цирконій і цирконієві сплави мають переваги в спеціалізованих хімічних середовищах - насамперед оцтової та соляної кислот. Корозійна стійкість цирконію забезпечується щільно зчепленим оксидом, який утворюється майже миттєво. У результаті цирконій використовувався для виготовлення компонентів електродів, фланцевих болтів, трубок і стрижнів спеціального застосування. Вироби з цирконію також знаходять широке застосування в медичному обладнанні, наприклад цирконієві імплантати.
Також було встановлено, що матеріали на основі цирконію мають деякі особливі властивості. Цирконій використовується для виготовлення високотемпературних надпровідних матеріалів, а кристалічні бруски Zr часто використовуються як сировина. Цирконієві сплави також вважаються перспективними матеріалами для комерційного аморфного металу, який також називають металевим склом. У порівнянні зі звичайними металевими матеріалами аморфний метал не має меж зерен, що забезпечує кращу зносостійкість і твердість. Більше того, аморфні метали не піддаються корозії меж зерен і можуть піддаватися термічному формуванню. Щоб перейти в аморфний стан, розплавлені сплави потрібно швидко охолодити. Зазвичай швидкість має становити мільйони К/с, нещодавно розроблені сплави на основі Zr можуть досягти її близько 1 К/с.
Прогнозується, що попит на цирконій зросте в найближчі роки через попит на атомні електростанції в усьому світі. Однак лише кілька великих компаній володіють технологіями, необхідними для виробництва цирконієвих матеріалів ядерного рівня, і величезні інвестиції перешкоджають входженню нових гравців. Незважаючи на те, що атомна промисловість все ще споживає значну частину цирконію, що виробляється щороку, останні десятиліття швидко розвиваються застосування в інших галузях, таких як кераміка.
Чистий цирконій — блискучий, сіро-білий, міцний перехідний метал, меншою мірою схожий на гафній і титан. Цирконій в основному використовується як вогнетрив і заглушувач, хоча невеликі кількості використовуються як легуючий агент для його високої стійкості до корозії. Цирконій і його сплави широко використовуються як оболонки для палива ядерних реакторів. Цирконій, легований ніобієм або оловом, має чудові антикорозійні властивості.
Висока корозійна стійкість цирконієвих сплавів є результатом природного утворення щільного стабільного оксиду на поверхні металу. Цей фільм самовідновлюється. Він повільно росте при температурах приблизно до 550 градусів (1020 градусів F) і залишається щільно зчепленим. Бажаною властивістю цих сплавів також є низький поперечний переріз захоплення нейтронів. Недоліками цирконію є низькі міцнісні властивості і низька термостійкість, які можна усунути, наприклад, легуванням ніобієм.
Цирконієво-ніобієві сплави. Сплави цирконію з ніобієм використовуються як оболонки тепловиділяючих елементів реакторів ВВЕР і РБМК. Ці сплави є основним матеріалом монтажного каналу реактора РБМК. Для оболонок паливних елементів використовується сплав Zr + 1% Nb типу N-1 E-110, а для оболонок паливних елементів — сплав Zr + 2.5% Nb типу E{{5 }} застосовується для труб монтажних швелерів.
Сплави цирконію і олова. Цирконієві сплави, в яких основним легуючим елементом є олово, забезпечують поліпшення їх механічних властивостей і мають широке поширення в США. Загальну підгрупу має торгова марка Zircaloy. У випадку цирконієво-олов'яних сплавів корозійна стійкість у воді та парі знижується, що призводить до необхідності додаткового легування.
Матеріал оболонки для нових конструкцій палива 17×17 також базується на цирконієво-ніобієвих сплавах (наприклад, оптимізований матеріал ZIRLO), які, як було продемонстровано, мають покращену стійкість до корозії порівняно з попередніми матеріалами оболонок палива. Оптимізований рівень олова забезпечує знижену швидкість корозії, зберігаючи переваги механічної міцності та стійкості до прискореної корозії в аномальних хімічних умовах.
Вартість цирконію
З точки зору вартості, ці сплави часто є матеріалами вибору для теплообмінників і систем трубопроводів для хімічної та ядерної промисловості. Цирконій є побічним продуктом видобутку та переробки титанових мінералів і видобутку олова. З 2003 по 2007 рік, коли ціни на мінерал циркон стабільно зростали з 360 до 840 доларів за тонну, ціна на необроблений металевий цирконій знизилася з 39 900 доларів до 22 700 доларів за тонну. Металевий цирконій набагато дорожчий, ніж циркон, оскільки процеси відновлення є дорогими. Всі витрати істотно відрізняються при певній чистоті.
Виробництво цирконію
Виробництво металевого цирконію вимагає спеціальних технологій через особливі хімічні властивості цирконію. Більшість металевого Zr виробляється з циркону (ZrSiO4) шляхом відновлення хлориду цирконію металевим магнієм у процесі Кролла. Ключовою особливістю процесу Кролла є відновлення хлориду цирконію до металевого цирконію магнієм. Комерційний неядерний цирконій зазвичай містить 1–5% гафнію, поперечний переріз поглинання нейтронів якого в 6{6}}0 разів перевищує поперечний переріз цирконію. Гафній повинен бути майже повністю видалений (зменшений до < 0,02% сплаву) для застосування в реакторах.
Цирконієві сплави в атомній промисловості
Оболонка паливного палива зазвичай має внутрішній радіус rZr, 2=0,408 см і зовнішній радіус rZr, 1=0,465 см.
Оболонка палива — це зовнішній шар паливних стрижнів, що стоїть між теплоносієм реактора та ядерним паливом (тобто паливними таблетками). Він виготовлений із корозійностійкого матеріалу з низьким перетином поглинання теплових нейтронів (~ 0,18 × 10–24 см2), як правило, зі сплаву цирконію. Оболонка паливного палива зазвичай має внутрішній радіус rZr,2=0.408 см і зовнішній радіус rZr,1=0.465 см. Порівняно з паливними гранулами тепловиділення в оболонці палива майже не відбувається (оболонка трохи нагрівається випромінюванням). Все тепло, що виділяється в паливі, повинно передаватися через теплопровідність через оболонку; тому внутрішня поверхня гарячіша за зовнішню.
Типовий склад цирконієвих сплавів ядерного класу містить понад 95 відсотків цирконію та менше 2 % олова, ніобію, заліза, хрому, нікелю та інших металів, які додаються для покращення механічних властивостей і стійкості до корозії. На сьогоднішній день найбільш часто використовуваним сплавом у PWR був Zircaloy 4. Однак наразі його замінюють нові сплави на основі цирконію та ніобію, які виявляють кращу стійкість до корозії. Максимальна температура, при якій цирконієві сплави можуть використовуватися в реакторах з водяним охолодженням, залежить від їх корозійної стійкості. Найпоширеніші сплави цирконію, Zircaloy-2 і Zircaloy-4, містять сильні стабілізатори олово та кисень, а також стабілізатори залізо, хром і нікель.
Сплави типу Zircalloy, в яких олово є основним легуючим елементом, що покращує їх механічні властивості, широко поширені в усьому світі. Однак у цьому випадку відбувається зниження корозійної стійкості у воді та парі, що призводить до необхідності додаткового легування. Поліпшення, викликане добавкою ніобію, ймовірно, передбачає інший механізм. Висока корозійна стійкість легованих ніобієм металів у воді та парі при температурах 400–550 градусів зумовлена їх здатністю до пасивації з утворенням захисних плівок.
Окислення цирконієвих сплавів
Окислення цирконієвих сплавів є одним із найбільш досліджених процесів в атомній промисловості. Окислювальна реакція цирконію з водою виділяє газоподібний водень, який частково дифундує в сплав і утворює гідрид цирконію. Гідриди менш щільні і механічно слабші, ніж сплав; їх утворення призводить до утворення пухирів і розтріскування оболонки – явище, відоме як воднева крихкість. Хоча багато з цих звітів написані для розгляду реакції палива та пари з цирконієвими сплавами у випадку ядерної аварії, все ще є значна кількість звітів, що стосуються окислення цирконієвих сплавів при помірних температурах близько 800 K і нижче. .
Майбутній потенціал і розвиток цирконієвого сплаву
У міру того, як галузь виробництва цирконію та цирконієвих сплавів розширює кордони, сплав цирконію стає ключовим гравцем у формуванні майбутнього промислового застосування. Завдяки своїй винятковій стійкості до корозії та високотемпературній стабільності цирконієві сплави прокладають шлях для новаторських інновацій у різних секторах.
Постійні дослідження та розробки технології цирконієвих сплавів сприяють розвитку аерокосмічної, ядерної енергетики та хімічної промисловості. Інженери досліджують нові шляхи підвищення міцності та довговічності цирконієвих сплавів, відкриваючи двері для ще більш різноманітних застосувань.
Окрім механічних властивостей, біосумісність цирконієвого сплаву робить його привабливим варіантом для медичних імплантатів і пристроїв. Потенціал для подальшого зростання в цій галузі є перспективним, оскільки дослідники глибше заглиблюються в оптимізацію цирконієвих сплавів для біомедичних цілей.
З постійними вдосконаленнями та відкриттями на горизонті майбутнє цирконієвого сплаву виглядає яскравим, оскільки він продовжує революціонізувати промислові процеси та рухати вперед інновації.
Використання виробів зі сплаву цирконію в промислових цілях дає безліч переваг, які роблять його дуже бажаним матеріалом для різних галузей промисловості. Завдяки своїй винятковій стійкості до корозії, високотемпературній міцності та біосумісності цирконієві сплави готові відігравати все більш важливу роль у формуванні майбутнього промислового виробництва та технологій.
У міру прогресу в розробці та застосуванні виробів зі сплаву цирконію ми можемо очікувати ще більших інновацій і прогресу в галузях промисловості, починаючи від аерокосмічної та охорони здоров’я до виробництва атомної енергії. Універсальність і надійність цирконієвих сплавів робить їх цінним активом у розширенні меж можливого в промислових процесах.
Використовуючи унікальні властивості цирконієвих сплавів, виробники можуть покращити продуктивність, підвищити ефективність, зменшити витрати на технічне обслуговування та, зрештою, досягти успіху у своїх галузях. Дивлячись у майбутнє, стає очевидним, що вироби з цирконієвих сплавів залишатимуться в авангарді передових промислових застосувань у всьому світі.
Цирконієві сплави для задоволення потреб матеріалів у термоядерному синтезі
Матеріали та дизайн термоядерного реактора
Ядерний синтез був широко досліджений в останні роки через його здатність створювати чисту енергію без розповсюдження радіоактивних побічних продуктів. У термоядерному синтезі два елементи зливаються разом для вивільнення енергії. В даний час найкращим кандидатом на термоядерний синтез є дейтерій-тритієва реакція. Дейтерій і тритій - це два ізотопи водню, які при злитті утворюють гелій, вільні нейтрони та енергію. В даний час оцінюються проекти термоядерних реакторів DEMO, STEP і ITER.
У термоядерному реакторі проблеми нейтронної ефективності відрізняються від реакцій поділу. Тритій необхідно постійно поповнювати, щоб підтримувати довгострокову ефективність термоядерної реакції. Це досягається розмноженням тритію через непружне розсіювання нейтронів. Оскільки реакції відбуваються при підвищених температурах і піддаються термічній повзучості, потрібні матеріали, які можуть добре працювати при підвищених температурах, зберігаючи при цьому низький поперечний переріз теплових нейтронів.
Вибір матеріалів із чудовими структурними та тепловими властивостями має важливе значення для безпечної та оптимальної конструкції компонентів термоядерного реактора. Ключовим елементом конструкції термоядерного реактора є розмножувач, який захищає прилади реактора від радіації. Ковдри розмножувача складаються з набору модулів, які покривають внутрішню частину корпусу термоядерного реактора та повинні витримувати екстремальні температури та інтенсивні потоки нейтронів. Крім того, це забезпечує максимальну ефективність реактора.
Матеріали, які досліджувалися як кандидати на конструкцію селекційної ковдри, включають сплави та композити на основі ванадію, заліза, кремнію та хрому. Нещодавні дослідження показали, що цирконій (Zr) є вигідним кандидатом, якщо використовувати його як конструкційний матеріал у першій стінці ковдри розмножувача в DEMO-подібному реакторі.
Переваги цирконію
Цирконій вже використовується як матеріал для реакторів поділу протягом приблизно шести десятиліть. Сьогодні багато цирконієвих сплавів використовуються як оболонки паливів і вузли в легководних реакторах поділу. Поширені сплави включають Zr-2.5, ZIRLOTM і Zircaloy-2 і –4. Успіх цих сплавів значною мірою пояснюється малим поперечним перерізом поглинання ними теплових нейтронів порівняно з іншими елементами конструкційного матеріалу.
Перевага малого поперечного перерізу поглинання теплових нейтронів полягає в тому, що він забезпечує більшу доступність нейтронів, що підтримує критичність реакції поділу. Інші матеріали потребують подальшого збагачення, що може бути фінансово дорогим. Однак, оскільки реакції термоядерного синтезу відбуваються при підвищених температурах і існує властива термічна повзучість, яка виникає під час роботи, сучасних цирконієвих сплавів недостатньо.
Дослідження сучасних сплавів цирконію та вирішення проблем
У дослідженні, опублікованому в Journal of Nuclear Materials, автори досліджували кілька комерційно доступних цирконієвих сплавів, включаючи бінарні сплави, такі як сплави Zr-V і Zr-Si, а також сплави вищого порядку, такі як Zr-Nb-Ti і Zr-Mo-Sn. Було зроблено висновок, що при подальших дослідженнях сплави вищого порядку можуть демонструвати переваги теплових і структурних властивостей (таких як міцність і пластичність), зберігаючи при цьому низький поперечний переріз теплових нейтронів.
Проте в даний час є неповні дані про експлуатаційні характеристики цих сплавів при підвищених температурах, які виникають під час експлуатації. У термоядерному реакторі температура може легко сягати 500-700 oC. Очікується, що будь-який конструкційний матеріал, що складається з цирконієвих сплавів, демонструватиме чудові термічні та механічні властивості при використанні в рідких металевих або гелієвих охолоджуваних ковдрах.
Досліджуючи наявні на даний момент цирконієві сплави, автори дійшли висновку, що використання Zr-4 як конструкційного матеріалу для розмножувача помітно покращить коефіцієнт розведення тритію. Хоча це значно краще, ніж інші кандидати, такі як V-4Cr-4Ti, все ще існують проблеми з міцністю, опором термічній повзучості та властивостями втоми за підвищених температур. Крім того, домішки можуть спричинити проблеми крихкості, полегшуючи потребу в бар’єрних покриттях.
Наша фабрика
Компанія Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti), розташована в Баодзі, провінція Шеньсі, відома як Титанова долина Китаю, була заснована в 2019 році зі статутним капіталом у 60 мільйонів юанів. Компанію було об’єднано з Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. і Baoji Overflow Industrial Co., Ltd, обидві компанії мають більш ніж 20-річний досвід роботи в титанової промисловості. У 2019 році спільно створена компанія Baoji West Titanium Materials Co., Ltd займається обробкою та продажем рідкісних металів, таких як титанові котушки, пластини, прутки, дріт і титанове кування.
FAQ
Як одного з найпрофесійніших виробників і постачальників цирконієвих сплавів у Китаї, нас відрізняє якість продукції та конкурентоспроможна ціна. Купуйте цирконієвий сплав для продажу тут і отримайте цінову пропозицію від нашого заводу. Зв’яжіться з нами, щоб отримати індивідуальне обслуговування.
