Aliajele de zirconiu sunt soluții solide de zirconiu sau alte metale, un subgrup comun având marca comercială Zircaloy. Zirconiul are o secțiune transversală de absorbție foarte scăzută a neutronilor termici, duritate mare, ductilitate și rezistență la coroziune.
De ce să ne alegeți
Echipamente avansate
Echipat cu topire, forjare, ștanțare, tăiere, prelucrare și CNC, oferim procese pentru produsele finale.
Experiență bogată
Cu peste 20 de ani de experiență, obținem prosperitate împreună cu clienții noștri.
Control de calitate
De la VIM la produse, ne controlăm calitatea din minereuri.
Soluție unică
Mai mult de 3,000 tone în inventar și livrăm clienților noștri prompt.
Avantajele aliajelor de zirconiu
Punct de topire ridicat:Aliajul de zirconiu are un punct de topire ridicat, care poate fi utilizat pentru prelucrare și aplicare în mediu cu temperatură ridicată.
Rezistență la coroziune:Aliajele de zirconiu au o rezistență excelentă la coroziune și pot fi utilizate pentru o lungă perioadă de timp în medii dure, cum ar fi acidul puternic, alcalii puternici, temperaturile ridicate și presiunea ridicată, deci sunt utilizate pe scară largă în domeniile industriei chimice, industriei maritime și nucleare.
Biocompatibilitate bună:Aliajul de zirconiu nu va provoca respingere atunci când vine în contact cu țesuturile biologice și poate fi utilizat la fabricarea dispozitivelor medicale și a articulațiilor artificiale și a altor materiale medicale, cu o bună biocompatibilitate.
Proprietăți mecanice bune:Aliajul de zirconiu are proprietăți mecanice excelente, inclusiv rezistență ridicată, duritate ridicată, duritate ridicată și rezistență ridicată la uzură etc., care pot fi utilizate pentru fabricarea de piese mecanice și unelte de înaltă calitate.
Secțiune transversală scăzută de absorbție a neutronilor termici:Aliajul de zirconiu are o secțiune transversală foarte scăzută de absorbție a neutronilor termici, care poate fi folosit ca materiale structurale de bază pentru reactoare nucleare, cum ar fi placarea combustibilului, tuburile de presiune, stenturile și tuburile cu orificii.
Pentru ce este folosit aliajul de zirconiu? Nuclear și nu numai
Numărul atomic al zirconiului este 40, cu simbolul elementului Zr. Elementul de zirconiu are un aspect de metal argintiu, iar densitatea este de 6,52 g/cm3. Zr are o secțiune transversală foarte mică de adsorbție a neutronilor și un punct de topire relativ ridicat (1855 grade sau 3371 grade F), făcând zirconiul un material excelent pentru barele de energie nucleară. În anii 1990, aproximativ 90% din zirconiul produs în fiecare an era consumat de industria nucleară. Cu toate acestea, pe măsură ce tot mai mulți oameni se familiarizează cu Zr și compusul său, au fost găsite mai multe aplicații.
Dioxidul de zirconiu, sau zirconiu, este un compus de zirconiu foarte important. ZrO2 poate fi materie primă pentru ceramica tehnică, care are o duritate mare și rezistență la uzură. Zirconia poate fi și sub formă de cristal transparent și este extrem de dur, ca diamantele. Astfel, elementele de zirconiu pot fi găsite și în evrei, precum inele de zirconiu și coroanele de zirconiu etc.
Zirconiul metalic și aliajele de zirconiu au avantaje în medii chimice specializate - în primul rând acizii acetic și clorhidric. Rezistența la coroziune a zirconiului provine dintr-un oxid strâns lipit care se formează aproape instantaneu. Ca rezultat, zirconiul a fost folosit pentru a face componente de electrozi, șuruburi de flanșă, tuburi și tije pentru aplicații speciale. Produsele cu zirconiu au, de asemenea, aplicații largi în echipamentele medicale, cum ar fi implanturile cu zirconiu.
Materialele pe bază de zirconiu au, de asemenea, unele proprietăți speciale. Zirconiul a fost folosit pentru a face materiale supraconductoare la temperatură înaltă, iar barele de cristal Zr sunt adesea folosite ca materie primă. Aliajele de zirconiu sunt, de asemenea, considerate materiale promițătoare pentru metalul amorf comercial, numit și sticlă metalică. În comparație cu materialele metalice obișnuite, metalul amorf nu are granițe, ceea ce duce la o mai bună rezistență la uzură și duritate. Mai mult decât atât, metalele amorfe nu au coroziune la granulă și pot fi formate la căldură. Pentru a face starea amorfă, aliajele topite trebuie să fie răcite rapid. De obicei, viteza trebuie să fie de milioane de K/s, aliajele recent dezvoltate pe bază de Zr ar putea fi de aproximativ 1K/s.
Se estimează că cererea de zirconiu va crește în următorii ani din cauza cererii de centrale nucleare la nivel mondial. Cu toate acestea, doar câteva companii mari posedă tehnologia necesară pentru a produce materiale de zirconiu la nivel nuclear, iar investiția uriașă împiedică intrarea de noi jucători. Deși industria nucleară încă consumă o mare parte din zirconiu produs în fiecare an, aplicațiile în alte domenii, precum ceramica, s-au dezvoltat rapid în ultimele decenii.
Zirconiul pur este un metal de tranziție strălucitor, alb-gri, puternic, care seamănă într-o măsură mai mică cu hafniul și titanul. Zirconiul este folosit în principal ca refractar și opacizant, deși cantități mici sunt utilizate ca agent de aliere pentru rezistența sa puternică la coroziune. Zirconiul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă ca înveliș pentru combustibilii reactoarelor nucleare. Zirconiul aliat cu niobiu sau staniu are proprietăți excelente de coroziune.
Rezistența ridicată la coroziune a aliajelor de zirconiu rezultă din formarea naturală a unui oxid dens și stabil pe suprafața metalului. Acest film se autovindecă. Crește lent la temperaturi de până la aproximativ 550 de grade (1020 de grade F) și rămâne strâns aderentă. Proprietatea dorită a acestor aliaje este, de asemenea, o secțiune transversală scăzută de captare a neutronilor. Dezavantajele zirconiului sunt proprietățile de rezistență scăzută și rezistența scăzută la căldură, care pot fi eliminate, de exemplu, prin aliaje cu niobiu.
Aliaje de zirconiu – niobiu. Aliajele de zirconiu cu niobiu sunt utilizate ca învelișuri ale elementelor de combustibil ale reactoarelor VVER și RBMK. Aceste aliaje sunt materialul de bază al canalului de asamblare al reactorului RBMK. Aliajul Zr + 1% Nb de tip N-1 E{-110 este utilizat pentru placarea elementelor de combustibil, iar aliajul Zr + 2,5% Nb de tip E{{5 }} se aplică pentru tuburile canalelor de asamblare.
Zirconiu – Aliaje de staniu. Aliajele de zirconiu, în care staniul este elementul de aliere de bază, asigură îmbunătățirea proprietăților lor mecanice și au o răspândire largă în SUA. Un subgrup comun are marca comercială Zircaloy. În cazul aliajelor de zirconiu-staniu, rezistența la coroziune în apă și abur este scăzută, rezultând necesitatea unei aliaje suplimentare.
Materialul de placare pentru noile modele de combustibil 17×17 se bazează, de asemenea, pe aliajele de zirconiu-niobiu (de exemplu, materialul ZIRLO optimizat), care s-a demonstrat că au o rezistență la coroziune îmbunătățită în comparație cu materialele anterioare de placare cu combustibil. Nivelul optimizat de staniu asigură o rată de coroziune redusă, menținând în același timp beneficiile rezistenței mecanice și rezistenței la coroziune accelerată din condiții chimice anormale.
Costurile zirconiului
În ceea ce privește costul, aceste aliaje sunt adesea materialele de alegere pentru schimbătoarele de căldură și sistemele de conducte pentru industria de prelucrare chimică și nucleară. Zirconiul este un produs secundar al exploatării și procesării mineralelor de titan și exploatării staniului. Din 2003 până în 2007, în timp ce prețurile zirconului mineral au crescut constant de la 360 USD la 840 USD pe tonă, prețul zirconului metalului neprelucrat a scăzut de la 39.900 USD la 22.700 USD pe tonă. Zirconiul metalic este mult mai scump decât zirconul deoarece procesele de reducere sunt costisitoare. Toate costurile variază semnificativ cu o anumită puritate.
Producția de zirconiu
Producția de zirconiu metal necesită tehnici speciale datorită proprietăților chimice speciale ale zirconiului. Majoritatea metalului Zr este produs din zircon (ZrSiO4) prin reducerea clorurii de zirconiu cu magneziu metal în procesul Kroll. Caracteristica cheie a procesului Kroll este reducerea clorurii de zirconiu la zirconiu metalic de către magneziu. Zirconiul de calitate nenucleară comercială conține de obicei 1–5% hafniu, a cărui secțiune transversală de absorbție a neutronilor este de 600 ori mai mare decât a zirconiului. Hafniul trebuie îndepărtat aproape în întregime (redus la < 0,02% din aliaj) pentru aplicații în reactor.
Aliaje de zirconiu în industria nucleară
Învelișul de combustibil are de obicei o rază interioară de rZr, 2=0,408 cm și o rază exterioară rZr,1=0,465 cm.
Învelișul de combustibil este stratul exterior al barelor de combustibil, care se află între lichidul de răcire al reactorului și combustibilul nuclear (adică, peleți de combustibil). Este realizat dintr-un material rezistent la coroziune cu o secțiune transversală de absorbție scăzută pentru neutroni termici (~ 0.18 × 10–24 cm2), de obicei aliaj de zirconiu. Învelișul de combustibil are de obicei o rază interioară de rZr,2=0,408 cm și o rază exterioară rZr,1=0,465 cm. În comparație cu peletul de combustibil, aproape nu există generare de căldură în placarea combustibilului (placa este ușor încălzită prin radiație). Toată căldura generată în combustibil trebuie să fie transferată prin conducție prin placare; prin urmare, suprafața interioară este mai fierbinte decât suprafața exterioară.
O compoziție tipică a aliajelor de zirconiu de calitate nucleară este mai mult de 95% zirconiu și mai puțin de 2% din staniu, niobiu, fier, crom, nichel și alte metale, care sunt adăugate pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice și rezistența la coroziune. Până în prezent, aliajul cel mai frecvent utilizat în PWR a fost Zircaloy 4. Cu toate acestea, în prezent, acesta este înlocuit cu noi aliaje pe bază de zirconiu-niobiu, care prezintă o rezistență mai bună la coroziune. Temperatura maximă la care aliajele de zirconiu pot fi utilizate în reactoarele răcite cu apă depinde de rezistența lor la coroziune. Cele mai comune aliaje de zirconiu, Zircaloy-2 și Zircaloy{-4, conțin stabilizatorii puternici staniu și oxigen, plus stabilizatorii fier, crom și nichel.
Aliajele de tip Zircalloy, în care staniul este elementul de aliere de bază care le îmbunătățește proprietățile mecanice, au o răspândire largă în întreaga lume. Totuși, în acest caz, are loc scăderea rezistenței la coroziune în apă și abur, rezultând necesitatea unei aliere suplimentare. Îmbunătățirea adusă de aditivul niobiu implică probabil un mecanism diferit. Rezistența ridicată la coroziune a metalelor aliate cu niobiu în apă și abur la temperaturi de 400-550 de grade este cauzată de capacitatea lor de pasivare cu formarea de pelicule protectoare.
Oxidarea aliajelor de zirconiu
Oxidarea aliajelor de zirconiu este unul dintre cele mai studiate procese din industria nucleară. Reacția oxidativă a zirconiului cu apa eliberează hidrogen gazos, care difuzează parțial în aliaj și formează hidruri de zirconiu. Hidrururile sunt mai puțin dense și sunt mai slabe mecanic decât aliajul; formarea lor are ca rezultat formarea de vezicule și fisurarea învelișului – un fenomen cunoscut sub numele de fragilizare prin hidrogen. Deși multe dintre aceste rapoarte sunt scrise pentru a aborda reacția combustibilului și aburului cu aliajele de zirconiu în cazul unui accident nuclear, există încă un număr substanțial de rapoarte care se ocupă de oxidarea aliajelor de zirconiu la temperaturi moderate de aproximativ 800 K și mai jos. .
Potențialul viitor și dezvoltarea aliajului de zirconiu
Pe măsură ce industriile Zirconiu și Produse din aliaje de zirconiu depășesc limitele, aliajul de zirconiu apare ca un jucător cheie în modelarea viitorului aplicațiilor industriale. Cu rezistența sa excepțională la coroziune și stabilitatea la temperaturi ridicate, aliajele de zirconiu deschid calea pentru inovații revoluționare în diferite sectoare.
Eforturile continue de cercetare și dezvoltare în tehnologia aliajelor de zirconiu alimentează progresele în industria aerospațială, nucleară și de procesare chimică. Inginerii explorează noi modalități de a spori rezistența și durabilitatea aliajelor de zirconiu, deschizând uși pentru aplicații și mai diverse.
Pe lângă proprietățile sale mecanice, biocompatibilitatea aliajului de zirconiu îl face o opțiune atractivă pentru implanturi și dispozitive medicale. Potențialul de creștere în continuare în acest domeniu este promițător, pe măsură ce cercetătorii aprofundează în optimizarea aliajelor de zirconiu în scopuri biomedicale.
Cu îmbunătățiri și descoperiri continue la orizont, viitorul aliajului de zirconiu arată strălucitor, deoarece continuă să revoluționeze procesele industriale și să conducă inovația înainte.
Utilizarea produselor din aliaje de zirconiu în aplicații industriale oferă o multitudine de beneficii care îl fac un material extrem de dorit pentru diverse industrii. Cu rezistența excepțională la coroziune, rezistența la temperatură ridicată și biocompatibilitatea, aliajele de zirconiu sunt gata să joace un rol din ce în ce mai important în modelarea viitorului producției industriale și tehnologiei.
Pe măsură ce progresele continuă să fie făcute în dezvoltarea și aplicarea produselor din aliaje de zirconiu, ne putem aștepta să vedem inovații și progrese și mai mari în industrii, de la aerospațial și asistență medicală până la generarea de energie nucleară. Versatilitatea și fiabilitatea aliajelor de zirconiu le fac un atu valoros în depășirea limitelor a ceea ce este posibil în cadrul proceselor industriale.
Valorificând proprietățile unice ale aliajelor de zirconiu, producătorii pot îmbunătăți performanța, îmbunătățirea eficienței, reducerea costurilor de întreținere și, în cele din urmă, să conducă succesul în domeniile lor respective. Pe măsură ce privim spre viitor, este clar că produsele din aliaje de zirconiu vor continua să fie în fruntea aplicațiilor industriale de ultimă oră la nivel mondial.
Aliaje de zirconiu pentru a satisface cerințele materialelor în fuziune
Materiale și proiectare a reactorului de fuziune
Fuziunea nucleară a fost investigată pe larg în ultimii ani datorită capacității sale de a crea energie curată fără proliferarea produselor secundare radioactive. În fuziune, două elemente sunt topite împreună pentru a elibera energie. În prezent, cel mai bun candidat pentru fuziune este o reacție deuteriu-tritiu. Deuteriul și tritiul sunt doi izotopi ai hidrogenului, care atunci când sunt fuzionați creează heliu, neutroni liberi și energie. În prezent, proiectele care se evaluează pentru reactoarele de fuziune sunt DEMO, STEP și ITER.
Într-un reactor de fuziune, provocările privind eficiența neutronilor sunt diferite de reacțiile de fisiune. Tritiul trebuie completat în mod constant pentru a menține eficiența pe termen lung a reacției de fuziune. Acest lucru se realizează prin reproducerea tritiului prin împrăștiere inelastică a neutronilor. Deoarece reacțiile au loc la temperaturi ridicate și sunt supuse fluajului termic, sunt necesare materiale care pot funcționa bine la temperaturi ridicate, menținând în același timp o secțiune transversală scăzută a neutronilor termici.
Selectarea materialelor cu proprietăți structurale și termice superioare este esențială pentru proiectarea sigură și optimă a componentelor reactorului de fuziune. Un element cheie al proiectării reactorului de fuziune este pătura generatoare, care protejează instrumentele reactorului de radiații. Păturile breeder sunt compuse dintr-un set de module care acoperă interiorul vasului reactorului de fuziune și trebuie să reziste la temperaturi extreme și fluxuri intense de neutroni. În plus, asigură eficiența maximă a reactorului.
Materialele care au fost explorate ca candidate pentru proiectarea păturii de reproducere includ vanadiu, fier, siliciu și aliaje și compozite pe bază de crom. Studii recente au demonstrat că zirconiul (Zr) este un candidat avantajos dacă este utilizat ca material structural în primul perete al unei pături de ameliorare într-un reactor de tip DEMO.
Avantajele zirconiului
Zirconiul a fost deja folosit ca material în aplicațiile reactoarelor de fisiune de aproximativ șase decenii. Astăzi, multe aliaje de zirconiu sunt folosite ca învelișuri și ansambluri de combustibil în reactoarele de fisiune cu apă ușoară. Aliajele comune includ Zr-2.5, ZIRLOTM și Zircaloy-2 și –4. Succesul acestor aliaje s-a datorat în mare măsură secțiunii transversale mici a absorbției lor de neutroni termici, în raport cu alte elemente de material structural.
Avantajul unei secțiuni transversale mici de absorbție a neutronilor termici este că permite o disponibilitate mai mare a neutronilor, ceea ce susține criticitatea reacției de fisiune. Alte materiale necesită îmbogățire suplimentară, ceea ce poate fi costisitor din punct de vedere financiar. Cu toate acestea, deoarece reacțiile de fuziune au loc la temperaturi ridicate și există un fluaj termic inerent care are loc în timpul funcționării, aliajele actuale de zirconiu sunt insuficiente.
Investigarea aliajelor actuale de zirconiu și abordarea problemelor
În studiul publicat în Journal of Nuclear Materials, autorii au investigat mai multe aliaje de zirconiu disponibile în prezent comercial, inclusiv aliaje binare, cum ar fi aliajele Zr-V și Zr-Si, precum și aliaje de ordin superior, cum ar fi Zr-Nb-Ti și Zr-Mo-Sn. S-a ajuns la concluzia că, cu cercetări suplimentare, aliajele de ordin superior ar putea prezenta proprietăți termice și structurale avantajoase (cum ar fi rezistența și ductilitatea), menținând în același timp o secțiune transversală scăzută a neutronilor termici.
Cu toate acestea, în prezent, există date incomplete despre performanța acestor aliaje la temperaturi ridicate care apar în timpul funcționării. Într-un reactor de fuziune, temperaturile ar putea atinge cu ușurință până la 500-700 oC. Orice material structural compus din aliaje de zirconiu ar fi de așteptat să prezinte proprietăți termice și mecanice superioare atunci când este utilizat în metal lichid sau pături de reproducere răcite cu heliu.
Investigand aliajele de zirconiu disponibile în prezent, autorii au ajuns la concluzia că utilizarea Zr-4 ca material structural pentru pătură de reproducere ar îmbunătăți semnificativ raportul de reproducere a tritiului. Deși acest lucru este semnificativ mai bun decât alți candidați, cum ar fi V-4Cr-4Ti, există încă probleme cu rezistența, rezistența la fluaj termic și proprietățile la oboseală la temperaturi ridicate. Mai mult decât atât, impuritățile pot cauza probleme de fragilizare, facilitând nevoia de acoperiri de barieră.
Fabrica noastra
Situată în Baoji, provincia Shaanxi, cunoscută sub numele de Valea Titanului din China, Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) a fost înființată în 2019, cu un capital social de 60 de milioane de yuani. Compania a fost fuzionată cu Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. și Baoji Overflow Industrial Co., Ltd, ambele companii au o experiență de peste 20 de ani în industria titanului. În 2019, afacerea Baoji West Titanium Materials Co., Ltd, înființată în comun, acoperă procesarea și vânzarea de metale rare, cum ar fi bobina de titan, plăci, bare, sârmă și forjare de titan.
FAQ
Fiind unul dintre cei mai profesioniști producători și furnizori de aliaje de zirconiu din China, suntem prezentați prin produse de calitate și preț competitiv. Fiți liber să cumpărați aliaj de zirconiu pentru vânzare aici și să obțineți o ofertă de la fabrica noastră. Contactați-ne pentru servicii personalizate.
bară unghiulară de titan, M8 Șuruburi de titan, Extragerea metalelor neferoase