Циркониевые сплавы — твердые растворы циркония или других металлов, общая подгруппа, имеющая торговую марку Zircaloy. Цирконий имеет очень низкое сечение поглощения тепловых нейтронов, высокую твердость, пластичность и коррозионную стойкость.
почему выбрали нас
Продвинутое оборудование
Оснащенные оборудованием для плавки, ковки, штамповки, резки, механической обработки и ЧПУ, мы обеспечиваем процессы для конечной продукции.
Богатый опыт
Имея более чем 20-летний опыт, мы достигаем процветания вместе с нашими клиентами.
Контроль качества
От ВИМ до готовой продукции, мы контролируем качество руды.
Комплексное решение
Более 3,000 тонн на складе, и мы оперативно доставляем нашим клиентам.
Преимущества циркониевых сплавов
Высокая температура плавления:Циркониевый сплав имеет высокую температуру плавления, что позволяет использовать его для обработки и применения в условиях высоких температур.
Устойчивость к коррозии:Циркониевые сплавы обладают превосходной коррозионной стойкостью и могут длительное время использоваться в суровых условиях, таких как сильная кислота, сильная щелочь, высокая температура и высокое давление, поэтому они широко используются в химической промышленности, судостроении и атомной промышленности.
Хорошая биосовместимость:Циркониевый сплав не вызывает отторжения при контакте с биологическими тканями и может использоваться при изготовлении медицинских изделий, искусственных суставов и других медицинских материалов, обладая хорошей биосовместимостью.
Хорошие механические свойства:Циркониевый сплав обладает превосходными механическими свойствами, включая высокую прочность, высокую твердость, высокую вязкость и высокую износостойкость и т. д., что позволяет использовать его для изготовления высококачественных механических деталей и инструментов.
Низкое сечение поглощения тепловых нейтронов:Циркониевый сплав имеет очень низкое сечение поглощения тепловых нейтронов, что позволяет использовать его в качестве основного конструкционного материала для ядерных реакторов, например, для оболочек твэлов, напорных труб, стентов и диафрагменных труб.
Для чего используется циркониевый сплав? Ядерная энергетика и многое другое
Атомный номер циркония — 40, символ элемента — Zr. Элемент цирконий имеет вид серебристого металла, а его плотность составляет 6,52 г/см3. Zr имеет очень малое сечение адсорбции нейтронов и относительно высокую температуру плавления (1855 градусов или 3371 градус по Фаренгейту), что делает цирконий отличным материалом для стержней ядерной энергетики. В 1990-х годах около 90% циркония, производимого каждый год, потреблялось ядерной промышленностью. Однако по мере того, как все больше людей знакомятся с Zr и его соединением, находят все больше применений.
Диоксид циркония, или цирконий, является очень важным соединением циркония. ZrO2 может быть сырьем для технической керамики, которая имеет большую твердость и износостойкость. Цирконий может быть также в форме прозрачного кристалла, и он чрезвычайно тверд, как алмаз. Таким образом, элементы циркония также могут быть найдены в иудеях, таких как циркониевые кольца и циркониевые коронки и т. д.
Цирконий металлический и циркониевые сплавы имеют преимущества в специализированных химических средах - в первую очередь уксусной и соляной кислотах. Коррозионная стойкость циркония обусловлена прочно сцепленным оксидом, который образуется почти мгновенно. В результате цирконий используется для изготовления электродных компонентов, фланцевых болтов, труб и стержней для специальных применений. Изделия из циркония также широко применяются в медицинском оборудовании, например, в циркониевых имплантатах.
Также было обнаружено, что материалы на основе циркония обладают некоторыми особыми свойствами. Цирконий использовался для изготовления высокотемпературных сверхпроводящих материалов, а кристаллические стержни Zr часто используются в качестве сырья. Циркониевые сплавы также считаются перспективными материалами для коммерческого аморфного металла, также называемого металлическим стеклом. По сравнению с обычными металлическими материалами, аморфный металл не имеет границ зерен, что приводит к лучшей износостойкости и твердости. Более того, аморфные металлы не имеют коррозии границ зерен и могут быть подвергнуты термической формовке. Чтобы создать аморфное состояние, расплавленные сплавы необходимо быстро охладить. Обычно скорость должна составлять миллионы К/с, недавно разработанные сплавы на основе Zr могут сделать ее около 1 К/с.
Прогнозируется, что спрос на цирконий в ближайшие годы увеличится из-за спроса на атомные электростанции по всему миру. Однако только несколько крупных компаний обладают технологиями, необходимыми для производства циркониевых материалов ядерного уровня, а огромные инвестиции препятствуют выходу новых игроков. Хотя ядерная промышленность по-прежнему потребляет большую часть циркония, производимого каждый год, его применение в других областях, таких как керамика, быстро развивалось в последние десятилетия.
Чистый цирконий — блестящий, серо-белый, прочный переходный металл, в меньшей степени напоминающий гафний и титан. Цирконий в основном используется как огнеупор и глушитель, хотя небольшие количества используются как легирующий агент из-за его высокой коррозионной стойкости. Цирконий и его сплавы широко используются в качестве оболочки для ядерного реакторного топлива. Цирконий, легированный ниобием или оловом, обладает превосходными коррозионными свойствами.
Высокая коррозионная стойкость циркониевых сплавов обусловлена естественным образованием плотного устойчивого оксида на поверхности металла. Эта пленка является самовосстанавливающейся. Она медленно растет при температурах примерно до 550 градусов (1020 градусов по Фаренгейту) и остается прочно прикрепленной. Желаемым свойством этих сплавов также является низкое сечение захвата нейтронов. Недостатками циркония являются низкие прочностные свойства и низкая жаропрочность, которые можно устранить, например, путем легирования ниобием.
Сплавы циркония с ниобием. Сплавы циркония с ниобием применяются в качестве оболочек твэлов реакторов ВВЭР и РБМК. Эти сплавы являются основным материалом сборочного канала реактора РБМК. Для оболочек твэлов применяется сплав Zr + 1% Nb типа N-1 E-110, а для труб сборочных каналов — сплав Zr + 2.5% Nb типа E-125.
Сплавы циркония с оловом. Сплавы циркония, в которых олово является основным легирующим элементом, обеспечивают улучшение их механических свойств и имеют широкое распространение в США. Распространенная подгруппа имеет торговую марку Zircaloy. В случае сплавов циркония с оловом снижается коррозионная стойкость в воде и паре, что приводит к необходимости дополнительного легирования.
Материал оболочки для новых конструкций топлива 17×17 также основан на сплавах циркония-ниобия (например, оптимизированный материал ZIRLO), который, как было показано, имеет улучшенную коррозионную стойкость по сравнению с предыдущими материалами оболочки топлива. Оптимизированный уровень олова обеспечивает снижение скорости коррозии, сохраняя при этом преимущества механической прочности и стойкости к ускоренной коррозии из-за аномальных химических условий.
Стоимость циркония
С точки зрения стоимости эти сплавы часто являются материалами выбора для теплообменников и трубопроводных систем для химической и ядерной промышленности. Цирконий является побочным продуктом добычи и переработки титановых минералов и добычи олова. С 2003 по 2007 год, в то время как цены на минеральный циркон неуклонно росли с 360 до 840 долларов за тонну, цена на необработанный металлический цирконий снизилась с 39 900 до 22 700 долларов за тонну. Металлический цирконий намного дороже циркона, поскольку процессы восстановления являются дорогостоящими. Все затраты значительно варьируются в зависимости от определенной чистоты.
Производство циркония
Производство металлического циркония требует специальных методов из-за особых химических свойств циркония. Большая часть металлического Zr производится из циркона (ZrSiO4) путем восстановления хлорида циркония металлическим магнием в процессе Кролла. Ключевой особенностью процесса Кролла является восстановление хлорида циркония до металлического циркония магнием. Коммерческий неядерный цирконий обычно содержит 1–5% гафния, чье сечение поглощения нейтронов в 600 раз больше, чем у циркония. Гафний должен быть почти полностью удален (восстановлен до < 0,02% сплава) для применения в реакторах.
Циркониевые сплавы в атомной промышленности
Оболочка твэла обычно имеет внутренний радиус rZr,2=0.408 см и внешний радиус rZr,1=0.465 см.
Оболочка твэла — это внешний слой топливных стержней, расположенный между теплоносителем реактора и ядерным топливом (т. е. топливными таблетками). Он изготовлен из коррозионно-стойкого материала с низким сечением поглощения тепловых нейтронов (~ 0.18 × 10–24 см2), обычно из циркониевого сплава. Оболочка твэла обычно имеет внутренний радиус rZr,2=0.408 см и внешний радиус rZr,1=0.465 см. По сравнению с топливной таблеткой в оболочке твэла практически нет тепловыделения (оболочка слегка нагревается излучением). Все тепло, вырабатываемое в топливе, должно передаваться посредством теплопроводности через оболочку; поэтому внутренняя поверхность горячее внешней.
Типичный состав сплавов циркония ядерного качества — более 95 процентов циркония и менее 2% олова, ниобия, железа, хрома, никеля и других металлов, которые добавляются для улучшения механических свойств и коррозионной стойкости. На сегодняшний день наиболее часто используемым сплавом в PWR является Zircaloy 4. Однако в настоящее время его заменяют новыми сплавами на основе циркония и ниобия, демонстрирующими лучшую коррозионную стойкость. Максимальная температура, при которой сплавы циркония могут использоваться в водоохлаждаемых реакторах, зависит от их коррозионной стойкости. Наиболее распространенные сплавы циркония, Zircaloy-2 и Zircaloy-4, содержат сильные стабилизаторы олово и кислород, а также стабилизаторы железо, хром и никель.
Сплавы типа Zircalloy, в которых олово является основным легирующим элементом, улучшающим их механические свойства, имеют широкое распространение во всем мире. Однако в этом случае происходит снижение коррозионной стойкости в воде и паре, что приводит к необходимости дополнительного легирования. Улучшение, вызванное добавкой ниобия, вероятно, имеет другой механизм. Высокая коррозионная стойкость легированных ниобием металлов в воде и паре при температурах 400–550 градусов обусловлена их способностью к пассивации с образованием защитных пленок.
Окисление циркониевых сплавов
Окисление циркониевых сплавов является одним из наиболее изученных процессов в ядерной промышленности. Окислительная реакция циркония с водой выделяет газообразный водород, который частично диффундирует в сплав и образует гидриды циркония. Гидриды менее плотные и механически слабее, чем сплав; их образование приводит к образованию пузырей и трещин на оболочке — явлению, известному как водородная хрупкость. Хотя многие из этих отчетов написаны для рассмотрения реакции топлива и пара с циркониевыми сплавами в случае ядерной аварии, все еще существует значительное количество отчетов, касающихся окисления циркониевых сплавов при умеренных температурах около 800 К и ниже.
Будущий потенциал и развитие циркониевого сплава
Поскольку отрасли циркония и изделий из циркониевых сплавов расширяют границы, циркониевый сплав становится ключевым игроком в формировании будущего промышленных приложений. Благодаря своей исключительной коррозионной стойкости и высокотемпературной стабильности циркониевые сплавы прокладывают путь для новаторских инноваций в различных секторах.
Продолжающиеся исследования и разработки в области технологии циркониевых сплавов стимулируют прогресс в аэрокосмической, ядерной энергетике и химической промышленности. Инженеры изучают новые способы повышения прочности и долговечности циркониевых сплавов, открывая двери для еще более разнообразных применений.
В дополнение к своим механическим свойствам, биосовместимость циркониевого сплава делает его привлекательным вариантом для медицинских имплантатов и устройств. Потенциал дальнейшего роста в этой области является многообещающим, поскольку исследователи все глубже погружаются в оптимизацию циркониевых сплавов для биомедицинских целей.
Благодаря постоянным усовершенствованиям и открытиям будущее циркониевого сплава выглядит блестящим, поскольку он продолжает революционизировать промышленные процессы и продвигать инновации вперед.
Использование изделий из сплава циркония в промышленных приложениях предлагает множество преимуществ, которые делают его весьма желанным материалом для различных отраслей промышленности. Благодаря своей исключительной коррозионной стойкости, высокотемпературной прочности и биосовместимости сплавы циркония готовы играть все более значимую роль в формировании будущего промышленного производства и технологий.
Поскольку в разработке и применении изделий из циркониевых сплавов продолжаются успехи, мы можем ожидать еще больших инноваций и прогресса в различных отраслях: от аэрокосмической и медицинской до атомной энергетики. Универсальность и надежность циркониевых сплавов делают их ценным активом в расширении границ возможного в промышленных процессах.
Используя уникальные свойства циркониевых сплавов, производители могут повысить производительность, эффективность, сократить расходы на техническое обслуживание и, в конечном итоге, добиться успеха в своих областях. Если мы посмотрим в будущее, станет ясно, что изделия из циркониевых сплавов по-прежнему будут занимать лидирующие позиции в передовых промышленных применениях по всему миру.
Циркониевые сплавы удовлетворят потребности в материалах для термоядерной промышленности
Материалы и конструкция термоядерного реактора
Ядерный синтез широко исследовался в последние годы из-за его способности создавать чистую энергию без распространения радиоактивных побочных продуктов. При синтезе два элемента сливаются вместе для высвобождения энергии. В настоящее время лучшим кандидатом для синтеза является реакция дейтерия-трития. Дейтерий и тритий — это два изотопа водорода, которые при слиянии создают гелий, свободные нейтроны и энергию. В настоящее время оцениваются конструкции термоядерных реакторов DEMO, STEP и ITER.
В термоядерном реакторе проблемы эффективности нейтронов отличаются от реакций деления. Тритий должен постоянно пополняться для поддержания долгосрочной эффективности реакции синтеза. Это достигается путем воспроизводства трития посредством неупругого рассеяния нейтронов. Поскольку реакции происходят при повышенных температурах и подвержены термической ползучести, требуются материалы, которые могут хорошо работать при повышенных температурах, сохраняя при этом низкое сечение тепловых нейтронов.
Выбор материалов с превосходными структурными и термическими свойствами имеет важное значение для безопасной и оптимальной конструкции компонентов термоядерного реактора. Ключевым элементом конструкции термоядерного реактора является бланкет бридера, который защищает инструменты реактора от радиации. Бланкеты бридера состоят из набора модулей, которые покрывают внутреннюю часть корпуса термоядерного реактора и должны выдерживать экстремальные температуры и интенсивные потоки нейтронов. Кроме того, он обеспечивает максимальную эффективность реактора.
Материалы, которые были исследованы в качестве кандидатов для конструкции бланкета-размножителя, включают сплавы и композиты на основе ванадия, железа, кремния и хрома. Недавние исследования показали, что цирконий (Zr) является выгодным кандидатом, если его использовать в качестве конструкционного материала в первой стенке бланкета-размножителя в реакторе типа DEMO.
Преимущества циркония
Цирконий уже используется в качестве материала в реакторах деления в течение примерно шести десятилетий. Сегодня многие сплавы циркония используются в качестве оболочек и сборок твэлов в легководных реакторах деления. Распространенные сплавы включают Zr-2.5, ZIRLOTM и Zircaloy-2 и –4. Успех этих сплавов во многом обусловлен малым поперечным сечением поглощения ими тепловых нейтронов по сравнению с другими элементами конструкционных материалов.
Преимущество малого сечения поглощения тепловых нейтронов заключается в том, что оно обеспечивает большую доступность нейтронов, что поддерживает критичность реакции деления. Другие материалы требуют дальнейшего обогащения, что может быть финансово затратным. Однако, поскольку реакции синтеза происходят при повышенных температурах и существует внутренняя тепловая ползучесть, которая возникает во время работы, современные циркониевые сплавы недостаточны.
Исследование современных циркониевых сплавов и решение проблем
В исследовании, опубликованном в журнале Journal of Nuclear Materials, авторы изучили несколько коммерчески доступных в настоящее время циркониевых сплавов, включая бинарные сплавы, такие как сплавы Zr-V и Zr-Si, а также сплавы более высокого порядка, такие как Zr-Nb-Ti и Zr-Mo-Sn. Был сделан вывод, что при дальнейших исследованиях сплавы более высокого порядка могут демонстрировать выгодные термические и структурные свойства (такие как прочность и пластичность), сохраняя при этом низкое сечение тепловых нейтронов.
Однако в настоящее время имеются неполные данные о работе этих сплавов при повышенных температурах, возникающих во время работы. В термоядерном реакторе температуры могут легко достигать 500-700 oC. Любой конструкционный материал, состоящий из циркониевых сплавов, как ожидается, будет демонстрировать превосходные термические и механические свойства при использовании в жидкометаллических или охлаждаемых гелием бланкетах бридеров.
Исследуя имеющиеся в настоящее время циркониевые сплавы, авторы пришли к выводу, что использование Zr-4 в качестве конструкционного материала бридерного бланкета значительно улучшит коэффициент воспроизводства трития. Хотя это значительно лучше, чем у других кандидатов, таких как V-4Cr-4Ti, все еще существуют проблемы с прочностью, сопротивлением термической ползучести и усталостными свойствами при повышенных температурах. Более того, примеси могут вызывать проблемы с хрупкостью, что обусловливает необходимость барьерных покрытий.
Наш завод
Расположенная в Баоцзи, провинция Шэньси, известная как Титановая долина Китая, компания Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) была основана в 2019 году с уставным капиталом в 60 миллионов юаней. Компания была объединена с Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. и Baoji Overflow Industrial Co., Ltd., обе компании имеют более 20 лет опыта работы в титановой промышленности. В 2019 году совместно созданный бизнес Baoji West Titanium Materials Co., Ltd охватывает обработку и продажу редких металлов, таких как титановые рулоны, пластины, прутки, проволока и титановые поковки.
Часто задаваемые вопросы
Как один из самых профессиональных производителей и поставщиков циркониевого сплава в Китае, мы отличаемся качеством продукции и конкурентоспособной ценой. Не стесняйтесь покупать циркониевый сплав для продажи здесь и получить предложение от нашего завода. Свяжитесь с нами для индивидуального обслуживания.
Tio2, 4 не железных металлов, железные предметы