Zirkoniumlegeringar är fasta lösningar av zirkonium eller andra metaller, en vanlig undergrupp som har varumärket Zircaloy. Zirkonium har mycket låg absorptionstvärsnitt av termiska neutroner, hög hårdhet, duktilitet och korrosionsbeständighet.
varför välja oss
Avancerad utrustning
Utrustade med smältning, smide, stämpling, skärning, bearbetning och CNC tillhandahåller vi processer för slutprodukterna.
Rik erfarenhet
Med mer än 20 års erfarenhet uppnår vi välstånd med våra kunder tillsammans.
Kvalitetskontroll
Från VIM till produkter kontrollerar vi vår kvalitet från malmerna.
One-stop-lösning
Mer än 3,000 ton i lager, och vi levererar till våra kunder omgående.
Fördelar med zirkoniumlegeringar
Hög smältpunkt:Zirkoniumlegering har en hög smältpunkt, som kan användas för bearbetning och applicering i högtemperaturmiljö.
Korrosionsbeständighet:Zirkoniumlegeringar har utmärkt korrosionsbeständighet och kan användas under lång tid i tuffa miljöer som stark syra, stark alkali, hög temperatur och högt tryck, så de används ofta inom kemisk industri, marin och kärnkraftsindustri.
Bra biokompatibilitet:Zirkoniumlegering kommer inte att orsaka avstötning när den kommer i kontakt med biologiska vävnader, och kan användas vid tillverkning av medicinsk utrustning och konstgjorda leder och andra medicinska material, med god biokompatibilitet.
Goda mekaniska egenskaper:Zirkoniumlegering har utmärkta mekaniska egenskaper, inklusive hög hållfasthet, hög hårdhet, hög seghet och hög slitstyrka, etc., som kan användas för att tillverka mekaniska delar och verktyg av hög kvalitet.
Tvärsnitt med låg termisk neutronabsorption:Zirkoniumlegering har ett mycket lågt tvärsnitt av termisk neutronabsorption, som kan användas som kärnstrukturmaterial för kärnreaktorer, såsom bränslekapsling, tryckrör, stentar och öppningsrör.
Vad används zirkoniumlegering till? Nukleär och mer
Zirkoniums atomnummer är 40, med grundämnessymbolen Zr. Zirkoniumelement har ett utseende av silverfärgad metall och densiteten är 6,52 g/cm3. Zr har ett mycket litet neutronadsorptionstvärsnitt och en relativt hög smältpunkt (1855 grader eller 3371 grader F), vilket gör zirkonium till ett utmärkt material för kärnkraftsstavar. På 1990-talet förbrukades cirka 90 % av zirkonium som producerades varje år av kärnkraftsindustrin. Men eftersom fler och fler människor blir bekanta med Zr och dess sammansättning, har fler tillämpningar hittats.
Zirkoniumdioxid, eller zirkoniumoxid, är en mycket viktig zirkoniumförening. ZrO2 kan vara råmaterial för teknisk keramik, som har stor hårdhet och slitstyrka. Zirkoniumoxid kan också vara i form av transparent kristall och det är extremt hårt, som diamanter. Således kan zirkoniumelement också finnas i judarna, såsom zirkoniumringar och zirkoniumkronor, etc.
Zirkoniummetall och Zirkoniumlegeringar har fördelar i specialiserade kemiska miljöer - främst ättiksyra och saltsyra. Korrosionsbeständigheten hos zirkonium kommer från en tätt vidhäftad oxid som bildas nästan omedelbart. Som ett resultat har zirkonium använts för att tillverka elektrodkomponenter, flänsbultar, rör och stavar för speciella applikationer. Zirkoniumprodukter har också breda tillämpningar i medicinsk utrustning, såsom zirkoniumimplantat.
Zirkoniumbaserade material har också visat sig ha vissa speciella egenskaper. Zirkonium har använts för att göra högtemperatursupraledande material och Zr-kristallstänger används ofta som råmaterial. Zirkoniumlegeringar anses också vara lovande material för kommersiell amorf metall, även kallat metalliskt glas. Jämfört med vanliga metallmaterial har amorf metall inga korngränser, vilket leder till bättre slitstyrka och hårdhet. Dessutom har amorfa metaller ingen korngränskorrosion och kan värmebildas. För att göra det amorfa tillståndet måste de smälta legeringarna kylas ner snabbt. Vanligtvis måste hastigheten vara miljontals K/s, de nyligen utvecklade Zr-baserade legeringarna skulle kunna göra det till cirka 1K/s.
Efterfrågan på zirkonium förväntas öka under de kommande åren på grund av efterfrågan på kärnkraftverk över hela världen. Det är dock bara ett fåtal stora företag som har den teknik som behövs för att tillverka zirkoniummaterial på kärnnivå, och den enorma investeringen hindrar nya aktörers inträde. Även om kärnkraftsindustrin fortfarande förbrukar en stor del av zirkonium som produceras varje år, har applikationer inom andra områden, såsom keramik, utvecklats snabbt under de senaste decennierna.
Ren zirkonium är en glänsande, gråvit, stark övergångsmetall som i mindre utsträckning påminner om hafnium och titan. Zirkonium används främst som eldfast och opacifierare, även om små mängder används som legeringsmedel för dess starka korrosionsbeständighet. Zirkonium och dess legeringar används ofta som beklädnad för kärnreaktorbränslen. Zirkonium legerat med niob eller tenn har utmärkta korrosionsegenskaper.
Den höga korrosionsbeständigheten hos zirkoniumlegeringar är resultatet av den naturliga bildningen av en tät, stabil oxid på metallytan. Den här filmen är självläkande. Den växer långsamt vid temperaturer upp till cirka 550 grader (1020 grader F) och förblir tätt vidhäftande. Den önskade egenskapen hos dessa legeringar är också ett lågt neutroninfångande tvärsnitt. Nackdelarna med zirkonium är låga hållfasthetsegenskaper och låg värmebeständighet, som kan elimineras till exempel genom legering med niob.
Zirkonium – nioblegeringar. Zirkoniumlegeringar med niob används som beklädnad av bränsleelement i VVER- och RBMK-reaktorer. Dessa legeringar är grundmaterialet i RBMK-reaktorns monteringskanal. Zr + 1% Nb-legeringen av typ N-1 E-110 används för bränsleelementkapslingar och Zr + 2,5% Nb-legeringen av typ E{{5 }} används för rör av monteringskanaler.
Zirkonium – Tennlegeringar. Zirkoniumlegeringar, där tenn är det grundläggande legeringselementet, ger förbättringar av deras mekaniska egenskaper och har en bred distribution i USA. En vanlig undergrupp har varumärket Zircaloy. När det gäller zirkonium-tennlegeringar minskar korrosionsbeständigheten i vatten och ånga, vilket resulterar i behov av ytterligare legering.
Kapslingsmaterialet för de nya 17×17 bränsledesignerna är också baserat på zirkonium-niob-legeringar (t.ex. Optimized ZIRLO-material), som har visat sig ha förbättrad korrosionsbeständighet jämfört med tidigare bränslekapslingsmaterial. Den optimerade tennnivån ger en reducerad korrosionshastighet samtidigt som fördelarna med mekanisk styrka och motståndskraft mot accelererad korrosion från onormala kemiska förhållanden bibehålls.
Kostnader för zirkonium
Kostnadsmässigt är dessa legeringar ofta de valda materialen för värmeväxlare och rörsystem för den kemiska bearbetnings- och kärnkraftsindustrin. Zirkonium är en biprodukt från brytning och bearbetning av titanmineraler och tennbrytning. Från 2003 till 2007, medan priserna på mineralet zirkon stadigt ökade från 360 USD till 840 USD per ton, minskade priset för obearbetad zirkoniummetall från 39 900 USD till 22 700 USD per ton. Zirkoniummetall är mycket dyrare än zirkon eftersom reduktionsprocesserna är dyra. Alla kostnader varierar avsevärt med viss renhet.
Tillverkning av zirkonium
Produktionen av zirkoniummetall kräver speciella tekniker på grund av zirkoniums speciella kemiska egenskaper. Den mesta Zr-metallen framställs av zirkon (ZrSiO4) genom att reducera zirkoniumkloriden med magnesiummetall i Kroll-processen. Det viktigaste i Kroll-processen är reduktionen av zirkoniumklorid till metalliskt zirkonium med magnesium. Kommersiellt icke-nukleärt zirkonium innehåller typiskt 1–5 % hafnium, vars neutronabsorptionstvärsnitt är 600x det för zirkonium. Hafnium måste avlägsnas nästan helt (reduceras till < 0,02 % av legeringen) för reaktorapplikationer.
Zirkoniumlegeringar inom kärnkraftsindustrin
Bränslekapseln har vanligtvis en inre radie på rZr,2=0.408 cm och en yttre radie rZr,1=0.465 cm.
Bränslekapsling är det yttre lagret av bränslestavarna, som står mellan reaktorns kylvätska och kärnbränslet (dvs. bränslepellets). Den är gjord av korrosionsbeständigt material med ett lågabsorberande tvärsnitt för termiska neutroner (~ 0.18 × 10–24 cm2), vanligtvis zirkoniumlegering. Bränslekapseln har vanligtvis en inre radie på rZr,2=0.408 cm och en yttre radie rZr,1=0.465 cm. Jämfört med bränslepelleten sker nästan ingen värmeutveckling i bränslekapslingen (beklädnaden värms något upp av strålning). All värme som genereras i bränslet måste överföras via ledning genom kapslingen; därför är den inre ytan varmare än den yttre ytan.
En typisk sammansättning av nukleära zirkoniumlegeringar är mer än 95 procent zirkonium och mindre än 2% av tenn, niob, järn, krom, nickel och andra metaller, som tillsätts för att förbättra mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet. Hittills har den vanligaste legeringen i PWR varit Zircaloy 4. Men för närvarande ersätts denna av nya zirkonium-niob-baserade legeringar, som uppvisar bättre korrosionsbeständighet. Den maximala temperaturen vid vilken zirkoniumlegeringar kan användas i vattenkylda reaktorer beror på deras korrosionsbeständighet. De vanligaste zirkoniumlegeringarna, Zircaloy-2 och Zircaloy-4, innehåller de starka stabilisatorerna tenn och syre, plus stabilisatorerna järn, krom och nickel.
Legeringar av typ Zircalloy, där tenn är det grundläggande legeringselementet som förbättrar deras mekaniska egenskaper, har en bred spridning över hela världen. Men i detta fall sker minskningen av korrosionsbeständigheten i vatten och ånga, vilket resulterar i behovet av ytterligare legering. Den förbättring som tillsatsen niob åstadkommer involverar förmodligen en annan mekanism. Den höga korrosionsbeständigheten hos nioblegerade metaller i vatten och ånga vid temperaturer på 400–550 grader orsakas av deras förmåga till passivering med bildandet av skyddsfilmer.
Oxidation av zirkoniumlegeringar
Oxidation av zirkoniumlegeringar är en av de mest studerade processerna inom kärnkraftsindustrin. Den oxidativa reaktionen av zirkonium med vatten frigör vätgas, som delvis diffunderar in i legeringen och bildar zirkoniumhydrider. Hydriderna är mindre täta och är mekaniskt svagare än legeringen; deras bildning resulterar i blåsor och sprickbildning i beklädnaden – ett fenomen som kallas väteförsprödning. Även om många av dessa rapporter är skrivna för att behandla reaktionen mellan bränsle och ånga med zirkoniumlegeringar i fallet med en kärnkraftsolycka, finns det fortfarande ett stort antal rapporter som handlar om oxidation av zirkoniumlegeringar vid måttliga temperaturer på cirka 800 K och lägre .
Framtida potential och utveckling av zirkoniumlegering
Eftersom industrierna zirkonium och zirkoniumlegeringar tänjer på gränser, framstår zirkoniumlegeringar som en nyckelspelare i att forma framtiden för industriella tillämpningar. Med sin exceptionella korrosionsbeständighet och hög temperaturstabilitet banar zirkoniumlegeringar vägen för banbrytande innovationer inom olika sektorer.
De pågående forsknings- och utvecklingsinsatserna inom zirkoniumlegeringsteknik driver på framsteg inom flyg-, kärnkrafts- och kemisk processindustri. Ingenjörer undersöker nya sätt att förbättra styrkan och hållbarheten hos zirkoniumlegeringar, vilket öppnar dörrar för ännu fler olika applikationer.
Förutom dess mekaniska egenskaper gör zirkoniumlegeringens biokompatibilitet den till ett attraktivt alternativ för medicinska implantat och apparater. Potentialen för ytterligare tillväxt inom detta område är lovande när forskare går djupare in i att optimera zirkoniumlegeringar för biomedicinska ändamål.
Med kontinuerliga förbättringar och upptäckter i horisonten ser framtiden för zirkoniumlegering ljus ut eftersom den fortsätter att revolutionera industriella processer och driva innovation framåt.
Användningen av zirkoniumlegeringsprodukter i industriella applikationer erbjuder en mängd fördelar som gör det till ett mycket önskvärt material för olika industrier. Med sin exceptionella korrosionsbeständighet, hög temperaturhållfasthet och biokompatibilitet är zirkoniumlegeringar redo att spela en allt viktigare roll för att forma framtiden för industriell tillverkning och teknologi.
Eftersom framsteg fortsätter att göras i utvecklingen och tillämpningen av zirkoniumlegeringsprodukter kan vi förvänta oss att se ännu större innovation och framsteg inom industrier som sträcker sig från flyg- och hälsovård till kärnkraftsproduktion. Mångsidigheten och tillförlitligheten hos zirkoniumlegeringar gör dem till en värdefull tillgång för att tänja på gränserna för vad som är möjligt inom industriella processer.
Genom att utnyttja de unika egenskaperna hos zirkoniumlegeringar kan tillverkare förbättra prestanda, förbättra effektiviteten, minska underhållskostnaderna och i slutändan driva framgång inom sina respektive områden. När vi blickar mot framtiden är det tydligt att zirkoniumlegeringsprodukter kommer att fortsätta att ligga i framkant av banbrytande industriella tillämpningar över hela världen.
Zirkoniumlegeringar för att möta kraven på material i fusion
Material och fusionsreaktordesign
Kärnfusion har undersökts omfattande under de senaste åren på grund av dess förmåga att skapa ren energi utan spridning av radioaktiva biprodukter. Vid fusion smälts två element samman för att frigöra energi. För närvarande är den bästa kandidaten för fusion en deuterium-tritium-reaktion. Deuterium och tritium är två isotoper av väte, som när de smälts skapar helium, fria neutroner och energi. För närvarande är konstruktioner som utvärderas för fusionsreaktorer DEMO, STEP och ITER.
I en fusionsreaktor skiljer sig utmaningarna med neutroneffektivitet från fissionsreaktioner. Tritium måste ständigt fyllas på för att upprätthålla den långsiktiga effektiviteten av fusionsreaktionen. Detta åstadkoms genom att odla tritium via oelastisk neutronspridning. Eftersom reaktionerna sker vid förhöjda temperaturer och utsätts för termisk krypning, krävs material som kan prestera bra vid förhöjda temperaturer samtidigt som de bibehåller ett lågt termiskt neutrontvärsnitt.
Valet av material med överlägsna strukturella och termiska egenskaper är avgörande för säker och optimal design av fusionsreaktorkomponenter. En viktig del av fusionsreaktordesignen är uppfödarfilten, som skyddar reaktorinstrumenten från strålning. Uppfödarfiltar är sammansatta av en uppsättning moduler som täcker det inre av fusionsreaktorkärlet och måste tåla extrema temperaturer och intensiva neutronflöden. Dessutom säkerställer det maximal reaktoreffektivitet.
Material som har utforskats som kandidater för uppfödarfiltdesign inkluderar vanadin, järn, kisel och krombaserade legeringar och kompositer. Nyligen genomförda studier har visat att zirkonium (Zr) är en fördelaktig kandidat om det används som ett strukturmaterial i den första väggen av en uppfödarfilt i en DEMO-liknande reaktor.
Fördelar med zirkonium
Zirkonium har redan använts som material i fissionsreaktorapplikationer i ungefär sex decennier. Idag används många zirkoniumlegeringar som bränslebeklädnader och sammansättningar i lätta vattenklyvningsreaktorer. Vanliga legeringar inkluderar Zr-2.5, ZIRLOTM och Zircaloy-2 och –4. Framgången för dessa legeringar har till stor del berott på det lilla tvärsnittet av deras termiska neutronabsorption, i förhållande till andra strukturella materialelement.
Fördelen med ett litet tvärsnitt av termisk neutronabsorption är att det tillåter högre tillgänglighet av neutroner, vilket upprätthåller fissionsreaktionens kritikalitet. Andra material behöver ytterligare berikas, vilket kan bli ekonomiskt kostsamt. Men eftersom fusionsreaktioner inträffar vid förhöjda temperaturer och det finns en inneboende termisk krypning som uppstår under drift, är nuvarande zirkoniumlegeringar otillräckliga.
Undersöker aktuella zirkoniumlegeringar och åtgärdar problem
I studien publicerad i Journal of Nuclear Materials har författarna undersökt flera för närvarande kommersiellt tillgängliga zirkoniumlegeringar inklusive binära legeringar som Zr-V och Zr-Si legeringar, såväl som högre ordningens legeringar som Zr-Nb-Ti och Zr-Mo-Sn. Man drog slutsatsen att med ytterligare forskning kunde legeringar av högre ordning uppvisa fördelaktiga termiska och strukturella egenskaper (såsom hållfasthet och duktilitet) samtidigt som de bibehöll ett lågt termiskt neutrontvärsnitt.
Men för närvarande finns det ofullständiga data om prestandan hos dessa legeringar under förhöjda temperaturer som uppstår under drift. I en fusionsreaktor kan temperaturen lätt nå så höga som 500-700 oC. Alla strukturella material som består av zirkoniumlegeringar skulle förväntas uppvisa överlägsna termiska och mekaniska egenskaper när de används i flytande metall eller heliumkylda uppfödarfiltar.
Genom att undersöka de för närvarande tillgängliga zirkoniumlegeringarna drog författarna slutsatsen att användningen av Zr-4 som ett strukturmaterial för uppfödarfilt skulle markant förbättra tritiumförädlingsförhållandet. Även om detta är betydligt bättre än andra kandidater som V-4Cr-4Ti, finns det fortfarande problem med styrka, termisk krypmotstånd och utmattningsegenskaper under förhöjda temperaturer. Dessutom kan föroreningar orsaka sprödhetsproblem, vilket underlättar behovet av barriärbeläggningar.
Vår fabrik
Beläget i Baoji, Shaanxi-provinsen, känd som Kinas Titanium Valley, grundades Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) 2019 med ett registrerat kapital på 60 miljoner yuan. Företaget slogs samman med Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. och Baoji Overflow Industrial Co., Ltd, båda företagen har mer än 20 års erfarenhet av titanindustrin. Under 2019 täcker den gemensamt etablerade Baoji West Titanium Materials Co., Ltd-verksamheten bearbetning och försäljning av sällsynta metaller som titanspole, plåt, stång, tråd och titansmide.
FAQ
Som en av de mest professionella tillverkarna och leverantörerna av zirkoniumlegeringar i Kina, presenteras vi av kvalitetsprodukter och konkurrenskraftiga priser. Var fri att köpa zirkoniumlegering till salu här och få offert från vår fabrik. Kontakta oss för skräddarsydd service.
Värmebehandling av icke -järnmetaller, titanspole, järnhaltig och icke järnhaltig mineraler