Zirkoniumlegeringer er faste løsninger av zirkonium eller andre metaller, en vanlig undergruppe som har varemerket Zircaloy. Zirkonium har svært lavt absorpsjonstverrsnitt av termiske nøytroner, høy hardhet, duktilitet og korrosjonsbestandighet.
hvorfor velge oss
Avansert utstyr
Utstyrt med smelting, smiing, stempling, slitsing, maskinering og CNC, tilbyr vi prosesser for sluttproduktene.
Rik erfaring
Med mer enn 20 års erfaring oppnår vi velstand med våre kunder sammen.
Kvalitetskontroll
Fra VIM til produkter kontrollerer vi kvaliteten fra malmene.
One-stop løsning
Mer enn 3,000 tonn i beholdning, og vi leverer til kundene våre raskt.
Fordeler med zirkoniumlegeringer
Høyt smeltepunkt:Zirkoniumlegering har et høyt smeltepunkt, som kan brukes til prosessering og påføring i høytemperaturmiljø.
Korrosjonsbestandighet:Zirkoniumlegeringer har utmerket korrosjonsbestandighet og kan brukes i lang tid i tøffe miljøer som sterk syre, sterk alkali, høy temperatur og høyt trykk, så de er mye brukt innen kjemisk industri, marin og kjernefysisk industri.
God biokompatibilitet:Zirkoniumlegering vil ikke forårsake avvisning når den kommer i kontakt med biologisk vev, og kan brukes i produksjon av medisinsk utstyr og kunstige ledd og andre medisinske materialer, med god biokompatibilitet.
Gode mekaniske egenskaper:Zirkoniumlegering har utmerkede mekaniske egenskaper, inkludert høy styrke, høy hardhet, høy seighet og høy slitestyrke, etc., som kan brukes til å produsere høykvalitets mekaniske deler og verktøy.
Lavt termisk nøytronabsorpsjonstverrsnitt:Zirkoniumlegering har et svært lavt termisk nøytronabsorpsjonstverrsnitt, som kan brukes som kjernekonstruksjonsmaterialer for atomreaktorer, som brennstoffkledning, trykkrør, stenter og åpningsrør.
Hva brukes zirkoniumlegering til? Atomkraft og mer
Zirkoniums atomnummer er 40, med grunnstoffsymbolet Zr. Zirkoniumelement har et utseende av sølvfarget metall, og tettheten er 6,52 g/cm3. Zr har et veldig lite nøytronadsorpsjonstverrsnitt og et relativt høyt smeltepunkt (1855 grader eller 3371 grader F), noe som gjør zirkonium til et flott materiale for kjernekraftstaver. På 1990-tallet ble omtrent 90 % av zirkonium produsert hvert år konsumert av atomindustrien. Men etter hvert som flere og flere mennesker blir kjent med Zr og dets sammensetning, har flere bruksområder blitt funnet.
Zirkoniumdioksid, eller zirkoniumoksid, er en svært viktig zirkoniumforbindelse. ZrO2 kan være råmateriale for teknisk keramikk, som har stor hardhet og slitestyrke. Zirconia kan også være i form av gjennomsiktig krystall, og det er ekstremt hardt, som diamanter. Dermed kan zirkoniumelementer også finnes i jøder, som zirkoniumringer og zirkoniumkroner, etc.
Zirkoniummetall og Zirkoniumlegeringer har fordeler i spesialiserte kjemiske miljøer - først og fremst eddiksyre og saltsyre. Korrosjonsmotstanden til zirkonium kommer fra et tett vedheftet oksid som dannes nesten øyeblikkelig. Som et resultat har zirkonium blitt brukt til å lage elektrodekomponenter, flensbolter, rør og stenger for spesielle bruksområder. Zirkoniumprodukter har også brede bruksområder i medisinsk utstyr, for eksempel zirkoniumimplantater.
Zirkoniumbaserte materialer har også vist seg å ha noen spesielle egenskaper. Zirkonium har blitt brukt til å lage superledende materialer med høy temperatur, og Zr-krystallstenger brukes ofte som råmateriale. Zirkoniumlegeringer anses også for å være lovende materialer for kommersielt amorft metall, også kalt metallisk glass. Sammenlignet med vanlige metallmaterialer har amorft metall ingen korngrenser, noe som fører til bedre slitestyrke og hardhet. Dessuten har amorfe metaller ingen korngrensekorrosjon og kan varmedannes. For å gjøre den amorfe tilstanden, må de smeltede legeringene kjøles ned raskt. Vanligvis må hastigheten være millioner av K/s, de nylig utviklede Zr-baserte legeringene kan gjøre det til omtrent 1K/s.
Etterspørselen etter zirkonium er spådd å øke i de kommende årene på grunn av etterspørselen etter atomkraftverk over hele verden. Imidlertid er det bare noen få store selskaper som besitter teknologien som trengs for å lage zirkoniummaterialer på kjernefysisk nivå, og den enorme investeringen hindrer nye aktørers inntog. Selv om atomindustrien fortsatt forbruker en stor del av zirkonium som produseres hvert år, har applikasjoner innen andre felt, for eksempel keramikk, blitt utviklet raskt de siste tiårene.
Rent zirkonium er et skinnende, gråhvitt, sterkt overgangsmetall som i mindre grad minner om hafnium og titan. Zirkonium brukes hovedsakelig som et ildfast og ugjennomsiktig middel, selv om små mengder brukes som legeringsmiddel for sin sterke korrosjonsbestandighet. Zirkonium og dets legeringer er mye brukt som kledning for atomreaktorbrensel. Zirkonium legert med niob eller tinn har utmerkede korrosjonsegenskaper.
Den høye korrosjonsmotstanden til zirkoniumlegeringer er et resultat av naturlig dannelse av et tett stabilt oksid på overflaten av metallet. Denne filmen er selvhelbredende. Den vokser sakte ved temperaturer opp til omtrent 550 grader (1020 grader F) og forblir tett vedheftende. Den ønskede egenskapen til disse legeringene er også et lavt nøytronfangst-tverrsnitt. Ulempene med zirkonium er lave styrkeegenskaper og lav varmebestandighet, som kan elimineres for eksempel ved å legere med niob.
Zirkonium – nioblegeringer. Zirkoniumlegeringer med niob brukes som kledning av brenselelementer til VVER- og RBMK-reaktorer. Disse legeringene er det grunnleggende materialet i monteringskanalen til RBMK-reaktoren. Zr + 1% Nb-legeringen av type N-1 E-110 brukes til brenselelementkledning, og Zr + 2.5% Nb-legeringen av type E{{5 }} brukes for rør med monteringskanaler.
Zirkonium – Tinnlegeringer. Zirkoniumlegeringer, hvor tinn er det grunnleggende legeringselementet, gir forbedring av deres mekaniske egenskaper og har en bred distribusjon i USA. En vanlig undergruppe har varemerket Zircaloy. Når det gjelder zirkonium-tinnlegeringer, reduseres korrosjonsmotstanden i vann og damp, noe som resulterer i behov for ytterligere legering.
Kledningsmaterialet for de nye 17×17 drivstoffdesignene er også basert på zirkonium-niob-legeringer (f.eks. Optimized ZIRLO-materiale), som har vist seg å ha forbedret korrosjonsbestandighet sammenlignet med tidligere drivstoffkledningsmaterialer. Det optimaliserte tinnnivået gir en redusert korrosjonshastighet samtidig som fordelene med mekanisk styrke og motstand mot akselerert korrosjon fra unormale kjemiske forhold opprettholdes.
Kostnader for zirkonium
Når det gjelder kostnader, er disse legeringene ofte de valgte materialene for varmevekslere og rørsystemer for kjemisk prosess- og kjernefysisk industri. Zirkonium er et biprodukt fra gruvedrift og prosessering av titanmineraler og tinndrift. Fra 2003 til 2007, mens prisene for mineralet zirkon stadig økte fra $360 til $840 per tonn, sank prisen for ubearbeidet zirkoniummetall fra $39.900 til $22.700 per tonn. Zirkoniummetall er mye dyrere enn zirkon fordi reduksjonsprosessene er kostbare. Alle kostnader varierer betydelig med en viss renhet.
Produksjon av zirkonium
Produksjonen av zirkoniummetall krever spesielle teknikker på grunn av de spesielle kjemiske egenskapene til zirkonium. Det meste av Zr-metall produseres fra zirkon (ZrSiO4) ved å redusere zirkoniumkloridet med magnesiummetall i Kroll-prosessen. Nøkkeltrekket i Kroll-prosessen er reduksjonen av zirkoniumklorid til metallisk zirkonium med magnesium. Kommersielt ikke-kjernefysisk zirkonium inneholder vanligvis 1–5 % hafnium, hvis nøytronabsorpsjonstverrsnitt er 600x det av zirkonium. Hafnium må fjernes nesten helt (redusert til < 0,02 % av legeringen) for reaktorapplikasjoner.
Zirkoniumlegeringer i kjernefysisk industri
Drivstoffbelegget har vanligvis en indre radius på rZr,2=0.408 cm og ytre radius rZr,1=0.465 cm.
Drivstoffkledning er det ytre laget av brenselstavene, som står mellom reaktorkjølevæsken og kjernebrenselet (dvs. brenselpellets). Den er laget av korrosjonsbestandig materiale med lavt absorpsjonstverrsnitt for termiske nøytroner (~ 0.18 × 10–24 cm2), vanligvis zirkoniumlegering. Drivstoffbelegget har typisk en indre radius på rZr,2=0.408 cm og ytre radius rZr,1=0.465 cm. Sammenlignet med brenselpelleten er det nesten ingen varmeutvikling i brenselkledningen (kledningen varmes litt opp av stråling). All varme som genereres i drivstoffet må overføres via ledning gjennom kledningen; derfor er den indre overflaten varmere enn den ytre.
En typisk sammensetning av zirkoniumlegeringer av kjernefysisk kvalitet er mer enn 95 prosent zirkonium og mindre enn 2 % av tinn, niob, jern, krom, nikkel og andre metaller, som tilsettes for å forbedre mekaniske egenskaper og korrosjonsbestandighet. Til dags dato har den mest brukte legeringen i PWR vært Zircaloy 4. Men for tiden erstattes denne av nye zirkonium-niob-baserte legeringer, som viser bedre korrosjonsbestandighet. Den maksimale temperaturen som zirkoniumlegeringer kan brukes ved i vannkjølte reaktorer avhenger av deres korrosjonsmotstand. De vanligste zirkoniumlegeringene, Zircaloy-2 og Zircaloy-4, inneholder de sterke stabilisatorene tinn og oksygen, pluss stabilisatorene jern, krom og nikkel.
Legeringer av typen Zircalloy, hvor tinn er det grunnleggende legeringselementet som forbedrer deres mekaniske egenskaper, har en bred distribusjon over hele verden. I dette tilfellet skjer imidlertid reduksjonen av korrosjonsmotstanden i vann og damp, noe som resulterer i behovet for ytterligere legering. Forbedringen forårsaket av tilsetningsstoffet niob involverer sannsynligvis en annen mekanisme. Den høye korrosjonsmotstanden til nioblegerte metaller i vann og damp ved temperaturer på 400–550 grader er forårsaket av deres evne til passivering med dannelse av beskyttende filmer.
Oksidasjon av zirkoniumlegeringer
Oksydasjon av zirkoniumlegeringer er en av de mest studerte prosessene i atomindustrien. Den oksidative reaksjonen av zirkonium med vann frigjør hydrogengass, som delvis diffunderer inn i legeringen og danner zirkoniumhydrider. Hydridene er mindre tette og er svakere mekanisk enn legeringen; deres dannelse resulterer i blemmer og sprekker i kledningen – et fenomen kjent som hydrogensprøhet. Mens mange av disse rapportene er skrevet for å adressere reaksjonen av brensel og damp med zirkoniumlegeringer i tilfelle av en atomulykke, er det fortsatt et betydelig antall rapporter som omhandler oksidasjon av zirkoniumlegeringer ved moderate temperaturer på rundt 800 K og lavere. .
Fremtidig potensial og utvikling av zirkoniumlegering
Ettersom industriens zirkonium og zirkoniumlegeringsprodukter forskyver grenser, fremstår zirkoniumlegering som en nøkkelaktør i å forme fremtiden for industrielle applikasjoner. Med sin eksepsjonelle korrosjonsbestandighet og høytemperaturstabilitet baner zirkoniumlegeringer vei for banebrytende innovasjoner på tvers av ulike sektorer.
Den pågående forsknings- og utviklingsinnsatsen innen zirkoniumlegeringsteknologi gir næring til fremskritt innen luftfart, kjernekraft og kjemisk prosessindustri. Ingeniører utforsker nye måter å forbedre styrken og holdbarheten til zirkoniumlegeringer, og åpner dører til enda flere forskjellige bruksområder.
I tillegg til de mekaniske egenskapene, gjør zirkoniumlegeringens biokompatibilitet den til et attraktivt alternativ for medisinske implantater og enheter. Potensialet for ytterligere vekst på dette området er lovende ettersom forskere går dypere inn i optimalisering av zirkoniumlegeringer for biomedisinske formål.
Med kontinuerlige forbedringer og oppdagelser i horisonten ser fremtiden for zirkoniumlegering lys ut ettersom den fortsetter å revolusjonere industrielle prosesser og drive innovasjon fremover.
Bruken av zirkoniumlegeringsprodukter i industrielle applikasjoner gir en rekke fordeler som gjør det til et svært ønskelig materiale for ulike bransjer. Med sin eksepsjonelle korrosjonsbestandighet, høytemperaturstyrke og biokompatibilitet er zirkoniumlegeringer klar til å spille en stadig viktigere rolle i å forme fremtiden for industriell produksjon og teknologi.
Ettersom det fortsetter å gjøres fremskritt i utviklingen og anvendelsen av zirkoniumlegeringsprodukter, kan vi forvente å se enda større innovasjon og fremgang i bransjer som spenner fra romfart og helsevesen til kjernekraftproduksjon. Allsidigheten og påliteligheten til zirkoniumlegeringer gjør dem til en verdifull ressurs når det gjelder å flytte grensene for hva som er mulig innenfor industrielle prosesser.
Ved å utnytte de unike egenskapene til zirkoniumlegeringer kan produsenter forbedre ytelsen, forbedre effektiviteten, redusere vedlikeholdskostnadene og til slutt drive suksess på sine respektive felt. Når vi ser mot fremtiden, er det klart at zirkoniumlegeringsprodukter vil fortsette å være i forkant av banebrytende industrielle applikasjoner over hele verden.
Zirkoniumlegeringer for å møte kravene til materialer i fusjon
Materialer og fusjonsreaktordesign
Kjernefysisk fusjon har blitt grundig undersøkt de siste årene på grunn av dens evne til å skape ren energi uten spredning av radioaktive biprodukter. Ved fusjon blir to elementer smeltet sammen for å frigjøre energi. For øyeblikket er den beste kandidaten for fusjon en deuterium-tritium-reaksjon. Deuterium og tritium er to isotoper av hydrogen, som når de smelter sammen skaper helium, frie nøytroner og energi. For tiden er design som vurderes for fusjonsreaktorer DEMO, STEP og ITER.
I en fusjonsreaktor er nøytroneffektivitetsutfordringene forskjellige fra fisjonsreaksjoner. Tritium må hele tiden etterfylles for å opprettholde den langsiktige effektiviteten til fusjonsreaksjonen. Dette oppnås ved å avle tritium via uelastisk nøytronspredning. Siden reaksjonene skjer ved forhøyede temperaturer og er utsatt for termisk krypning, kreves materialer som kan yte godt ved forhøyede temperaturer samtidig som de opprettholder et lavt termisk nøytrontverrsnitt.
Valget av materialer med overlegne strukturelle og termiske egenskaper er avgjørende for sikker og optimal utforming av fusjonsreaktorkomponenter. Et sentralt element i design av fusjonsreaktorer er oppdretterteppet, som beskytter reaktorinstrumentene mot stråling. Oppdrettertepper er sammensatt av et sett med moduler som dekker det indre av fusjonsreaktorbeholderen og må tåle ekstreme temperaturer og intense nøytronflukser. I tillegg sikrer det maksimal reaktoreffektivitet.
Materialer som har blitt utforsket som kandidater for oppdretterteppedesign inkluderer vanadium, jern, silisium og krombaserte legeringer og kompositter. Nyere studier har vist at zirkonium (Zr) er en fordelaktig kandidat hvis det brukes som et strukturelt materiale i den første veggen av et oppdrettsteppe i en DEMO-lignende reaktor.
Fordeler med zirkonium
Zirkonium har allerede blitt brukt som materiale i fisjonsreaktorapplikasjoner i omtrent seks tiår. I dag brukes mange zirkoniumlegeringer som brenselkledning og sammensetninger i lettvannsfisjonsreaktorer. Vanlige legeringer inkluderer Zr-2.5, ZIRLOTM og Zircaloy-2 og –4. Suksessen til disse legeringene har i stor grad vært på grunn av det lille tverrsnittet av deres termiske nøytronabsorpsjon, i forhold til andre strukturelle materialelementer.
Fordelen med et lite termisk nøytronabsorpsjonstverrsnitt er at det tillater høyere tilgjengelighet av nøytroner, noe som opprettholder fisjonsreaksjonens kritikalitet. Andre materialer trenger ytterligere berikelse, noe som kan være økonomisk kostbart. Ettersom fusjonsreaksjoner oppstår ved forhøyede temperaturer og det er en iboende termisk krypning som oppstår under drift, er dagens zirkoniumlegeringer utilstrekkelige.
Undersøkelse av gjeldende zirkoniumlegeringer og adressering av problemer
I studien publisert i Journal of Nuclear Materials har forfatterne undersøkt flere for tiden kommersielt tilgjengelige zirkoniumlegeringer inkludert binære legeringer som Zr-V og Zr-Si legeringer, samt høyere-ordens legeringer som Zr-Nb-Ti og Zr-Mo-Sn. Det ble konkludert med at med videre forskning kunne legeringer av høyere orden vise fordelaktige termiske og strukturelle egenskaper (som styrke og duktilitet) samtidig som de opprettholder et lavt termisk nøytrontverrsnitt.
For øyeblikket er det imidlertid ufullstendige data om ytelsen til disse legeringene under forhøyede temperaturer som oppstår under drift. I en fusjonsreaktor kan temperaturene lett nå så høye som 500-700 oC. Ethvert strukturelt materiale sammensatt av zirkoniumlegeringer vil forventes å vise overlegne termiske og mekaniske egenskaper når det brukes i flytende metall eller heliumkjølte oppdrettstepper.
Ved å undersøke de for øyeblikket tilgjengelige zirkoniumlegeringene, konkluderte forfatterne med at bruk av Zr-4 som et strukturelt materiale for oppdretterteppe ville forbedre tritiumavlsforholdet markant. Selv om dette er betydelig bedre enn andre kandidater som V-4Cr-4Ti, er det fortsatt problemer med styrke, termisk krypemotstand og tretthetsegenskaper under høye temperaturer. Dessuten kan urenheter forårsake sprøhetsproblemer, noe som letter behovet for barrierebelegg.
Vår fabrikk
Ligger i Baoji, Shaanxi-provinsen, kjent som Kinas Titanium Valley, ble Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) etablert i 2019 med en registrert kapital på 60 millioner yuan. Selskapet ble slått sammen med Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. og Baoji Overflow Industrial Co., Ltd., begge selskapene har mer enn 20 års erfaring i titanindustrien. I 2019 dekker den felles etablerte Baoji West Titanium Materials Co., Ltd-virksomheten behandling og salg av sjeldne metaller som titanspiral, plate, stang, wire og titansmiing.
FAQ
Som en av de mest profesjonelle produsentene og leverandørene av zirkoniumlegeringer i Kina, er vi kjennetegnet av kvalitetsprodukter og konkurransedyktig pris. Vær fri til å kjøpe zirkoniumlegering for salg her og få tilbud fra fabrikken vår. Kontakt oss for tilpasset service.
