Zirconiumlegeringer er faste opløsninger af zirconium eller andre metaller, en almindelig undergruppe med varemærket Zircaloy. Zirkonium har et meget lavt absorptionstværsnit af termiske neutroner, høj hårdhed, duktilitet og korrosionsbestandighed.
Hvorfor vælge os
Avanceret udstyr
Udstyret med smeltning, smedning, stempling, opskæring, bearbejdning og CNC leverer vi processer til de endelige produkter.
Rig erfaring
Med mere end 20 års erfaring opnår vi fremgang med vores kunder sammen.
Kvalitetskontrol
Fra VIM til produkter kontrollerer vi vores kvalitet fra malmene.
One-stop løsning
Mere end 3,000 tons på lager, og vi leverer til vores kunder med det samme.
Fordele ved zirkoniumlegeringer
Højt smeltepunkt:Zirkoniumlegering har et højt smeltepunkt, som kan bruges til forarbejdning og anvendelse i højtemperaturmiljø.
Korrosionsbestandighed:Zirkoniumlegeringer har fremragende korrosionsbestandighed og kan bruges i lang tid i barske miljøer som stærk syre, stærk alkali, høj temperatur og højt tryk, så de er meget udbredt inden for kemisk industri, marine og nuklear industri.
God biokompatibilitet:Zirkoniumlegering vil ikke forårsage afstødning, når den kommer i kontakt med biologiske væv, og kan bruges til fremstilling af medicinsk udstyr og kunstige led og andre medicinske materialer med god biokompatibilitet.
Gode mekaniske egenskaber:Zirkoniumlegering har fremragende mekaniske egenskaber, herunder høj styrke, høj hårdhed, høj sejhed og høj slidstyrke osv., som kan bruges til at fremstille mekaniske dele og værktøjer af høj kvalitet.
Lavt termisk neutronabsorptionstværsnit:Zirconiumlegering har et meget lavt termisk neutronabsorptionstværsnit, som kan bruges som kernestrukturmaterialer til atomreaktorer, såsom brændstofbeklædning, trykrør, stenter og åbningsrør.
Hvad bruges zirkoniumlegering til? Nuklear og mere
Zirconiums atomnummer er 40, med grundstofsymbolet Zr. Zirconium-element har et udseende af sølvfarvet metal, og densiteten er 6,52 g/cm3. Zr har et meget lille neutronadsorptionstværsnit og et relativt højt smeltepunkt (1855 grader eller 3371 grader F), hvilket gør zirconium til et fantastisk materiale til atomkraftstænger. I 1990'erne blev omkring 90% af zirconium produceret hvert år forbrugt af atomindustrien. Men efterhånden som flere og flere mennesker bliver fortrolige med Zr og dets sammensætning, er der blevet fundet flere anvendelser.
Zirconiumdioxid eller zirconiumoxid er en meget vigtig zirconiumforbindelse. ZrO2 kan være råmaterialer til teknisk keramik, som har stor hårdhed og slidstyrke. Zirconia kan også være i form af gennemsigtig krystal, og det er ekstremt hårdt, ligesom diamanter. Således kan zirkoniumelementer også findes i jøder, såsom zirkoniumringe og zirkoniumkroner mv.
Zirconiummetal og Zirconiumlegeringer har fordele i specialiserede kemiske miljøer - primært eddikesyre og saltsyre. Zirconiums korrosionsbestandighed kommer fra et tæt vedhæftet oxid, der dannes næsten øjeblikkeligt. Som et resultat er zirkonium blevet brugt til at fremstille elektrodekomponenter, flangebolte, rør og stænger til specielle applikationer. Zirkoniumprodukter har også brede anvendelsesmuligheder i medicinsk udstyr, såsom zirconiumimplantater.
Zirconium-baserede materialer har også vist sig at have nogle særlige egenskaber. Zirconium er blevet brugt til at fremstille højtemperatur-superledende materialer, og Zr-krystalstænger bruges ofte som råmateriale. Zirkoniumlegeringer anses også for at være lovende materialer til kommercielt amorft metal, også kaldet metallisk glas. Sammenlignet med almindelige metalmaterialer har amorft metal ingen korngrænser, hvilket fører til bedre slidstyrke og hårdhed. Hvad mere er, amorfe metaller har ingen korngrænsekorrosion og kan varmedannes. For at lave den amorfe tilstand skal de smeltede legeringer køles hurtigt ned. Normalt skal hastigheden være millioner af K/s, de nyligt udviklede Zr-baserede legeringer kunne få det til at være omkring 1K/s.
Efterspørgslen efter zirconium forventes at stige i de kommende år på grund af efterspørgslen efter atomkraftværker på verdensplan. Det er dog kun få store virksomheder, der besidder den teknologi, der skal til for at fremstille zirkoniummaterialer på nukleart niveau, og den enorme investering hindrer nye aktørers indtog. Selvom den nukleare industri stadig forbruger en stor del af zirconium produceret hvert år, er applikationer inden for andre områder, såsom keramik, blevet udviklet hurtigt i de seneste årtier.
Ren zirconium er et skinnende, gråhvidt, stærkt overgangsmetal, der i mindre grad minder om hafnium og titanium. Zirkonium bruges hovedsageligt som et ildfast og uigennemsigtigt middel, selvom små mængder bruges som legeringsmiddel på grund af dets stærke korrosionsbestandighed. Zirconium og dets legeringer bruges i vid udstrækning som beklædning til atomreaktorbrændsler. Zirconium legeret med niobium eller tin har fremragende korrosionsegenskaber.
Den høje korrosionsbestandighed af zirconiumlegeringer skyldes den naturlige dannelse af et tæt stabilt oxid på overfladen af metallet. Denne film er selvhelbredende. Den vokser langsomt ved temperaturer op til cirka 550 grader (1020 grader F) og forbliver tæt vedhæftende. Den ønskede egenskab ved disse legeringer er også et lavt neutronfangst tværsnit. Ulemperne ved zirconium er lave styrkeegenskaber og lav varmebestandighed, som kan elimineres for eksempel ved legering med niobium.
Zirconium - Niobium legeringer. Zirkoniumlegeringer med niobium bruges som beklædning af brændselselementer i VVER- og RBMK-reaktorer. Disse legeringer er det grundlæggende materiale i samlingskanalen til RBMK-reaktoren. Zr + 1% Nb-legeringen af type N-1 E-110 bruges til brændselselementbeklædninger, og Zr + 2,5% Nb-legeringen af type E{{5 }} anvendes til rør af samlingskanaler.
Zirkonium – Tinlegeringer. Zirkoniumlegeringer, hvor tin er det grundlæggende legeringselement, forbedrer deres mekaniske egenskaber og har en bred udbredelse i USA. En fælles undergruppe har varemærket Zircaloy. I tilfælde af zirconium-tin-legeringer er korrosionsbestandigheden i vand og damp nedsat, hvilket resulterer i behov for yderligere legering.
Beklædningsmaterialet til de nye 17×17 brændstofdesigner er også baseret på zirconium-niobium legeringer (f.eks. Optimized ZIRLO materiale), som har vist sig at have forbedret korrosionsbestandighed sammenlignet med tidligere brændstofbeklædningsmaterialer. Det optimerede tinniveau giver en reduceret korrosionshastighed og bibeholder samtidig fordelene ved mekanisk styrke og modstandsdygtighed over for accelereret korrosion fra unormale kemiske forhold.
Omkostninger til zirkonium
Med hensyn til omkostninger er disse legeringer ofte de foretrukne materialer til varmevekslere og rørsystemer til den kemiske proces og nukleare industri. Zirconium er et biprodukt af minedrift og forarbejdning af titaniummineraler og tinminedrift. Fra 2003 til 2007, mens priserne for mineralet zirkon steg støt fra $360 til $840 per ton, faldt prisen for ubearbejdet zirconiummetal fra $39.900 til $22.700 per ton. Zirconiummetal er meget dyrere end zircon, fordi reduktionsprocesserne er dyre. Alle omkostninger varierer betydeligt med en vis renhed.
Produktion af zirconium
Produktionen af zirconiummetal kræver specielle teknikker på grund af zirconiums særlige kemiske egenskaber. Det meste Zr-metal fremstilles af zircon (ZrSiO4) ved at reducere zirconiumchloridet med magnesiummetal i Kroll-processen. Nøgletræk ved Kroll-processen er reduktionen af zirconiumchlorid til metallisk zirconium med magnesium. Kommercielt zirconium af ikke-nuklear kvalitet indeholder typisk 1-5 % hafnium, hvis neutronabsorptionstværsnit er 600x det af zirconium. Hafnium skal fjernes næsten fuldstændigt (reduceret til < 0,02 % af legeringen) til reaktoranvendelser.
Zirkoniumlegeringer i nuklear industri
Brændstofbeklædningen har typisk en indre radius på rZr,2=0.408 cm og ydre radius rZr,1=0.465 cm.
Brændstofbeklædning er det ydre lag af brændstofstavene, der står mellem reaktorkølevæsken og det nukleare brændsel (dvs. brændstofpiller). Den er lavet af korrosionsbestandigt materiale med et lavabsorberende tværsnit for termiske neutroner (~ 0.18 × 10–24 cm2), sædvanligvis zirconiumlegering. Brændstofbeklædningen har typisk en indre radius på rZr,2=0.408 cm og ydre radius rZr,1=0.465 cm. Sammenlignet med brændstofpillen er der næsten ingen varmeudvikling i brændstofbeklædningen (beklædningen opvarmes lidt af stråling). Al varme genereret i brændstoffet skal overføres via ledning gennem beklædningen; derfor er den indre overflade varmere end den ydre overflade.
En typisk sammensætning af nuklear-grade zirconium legeringer er mere end 95 procent zirconium og mindre end 2% af tin, niobium, jern, krom, nikkel og andre metaller, som tilsættes for at forbedre mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed. Til dato har den mest almindeligt anvendte legering i PWR'er været Zircaloy 4. Men i øjeblikket erstattes denne af nye zirconium-niobium-baserede legeringer, der udviser bedre korrosionsbestandighed. Den maksimale temperatur, ved hvilken zirconiumlegeringer kan anvendes i vandkølede reaktorer, afhænger af deres korrosionsbestandighed. De mest almindelige zirkoniumlegeringer, Zircaloy-2 og Zircaloy-4, indeholder de stærke stabilisatorer tin og oxygen plus stabilisatorerne jern, krom og nikkel.
Legeringer af typen Zircalloy, hvor tin er det grundlæggende legeringselement, der forbedrer deres mekaniske egenskaber, har en bred distribution på verdensplan. Men i dette tilfælde sker faldet i korrosionsbestandighed i vand og damp, hvilket resulterer i behovet for yderligere legering. Forbedringen medført af additivet niobium involverer sandsynligvis en anden mekanisme. Den høje korrosionsbestandighed af niobiumlegerede metaller i vand og damp ved temperaturer på 400-550 grader er forårsaget af deres evne til passivering med dannelse af beskyttende film.
Oxidation af zirconiumlegeringer
Oxidationen af zirconiumlegeringer er en af de mest undersøgte processer i den nukleare industri. Den oxidative reaktion af zirconium med vand frigiver brintgas, som delvist diffunderer ind i legeringen og danner zirconiumhydrider. Hydriderne er mindre tætte og er mekanisk svagere end legeringen; deres dannelse resulterer i blærer og revner i beklædningen – et fænomen kendt som brintskørhed. Mens mange af disse rapporter er skrevet for at adressere reaktionen mellem brændstof og damp med zirconiumlegeringer i tilfælde af en nuklear ulykke, er der stadig et betydeligt antal rapporter, der omhandler oxidation af zirconiumlegeringer ved moderate temperaturer på omkring 800 K og derunder. .
Fremtidigt potentiale og udvikling af zirkoniumlegering
Da industriernes zirconium og zirconium legeringsprodukter flytter grænser, fremstår zirconium legering som en nøglespiller i formningen af fremtiden for industrielle applikationer. Med sin enestående korrosionsbestandighed og højtemperaturstabilitet baner zirkoniumlegeringer vejen for banebrydende innovationer på tværs af forskellige sektorer.
Den igangværende forsknings- og udviklingsindsats inden for zirconiumlegeringsteknologi fremmer fremskridt inden for rumfart, atomkraft og kemisk forarbejdningsindustri. Ingeniører udforsker nye måder at forbedre styrken og holdbarheden af zirkoniumlegeringer, hvilket åbner døre til endnu mere forskelligartede applikationer.
Ud over dens mekaniske egenskaber gør zirconiumlegeringens biokompatibilitet den til en attraktiv mulighed for medicinske implantater og enheder. Potentialet for yderligere vækst på dette område er lovende, efterhånden som forskere dykker dybere ned i optimering af zirconiumlegeringer til biomedicinske formål.
Med kontinuerlige forbedringer og opdagelser i horisonten ser fremtiden for zirconiumlegering lys ud, da den fortsætter med at revolutionere industrielle processer og drive innovation fremad.
Brugen af zirconiumlegeringsprodukter i industrielle applikationer tilbyder en lang række fordele, der gør det til et yderst ønskeligt materiale til forskellige industrier. Med sin enestående korrosionsbestandighed, høje temperaturstyrke og biokompatibilitet er zirconiumlegeringer klar til at spille en stadig vigtigere rolle i at forme fremtiden for industriel fremstilling og teknologi.
Efterhånden som der fortsat sker fremskridt i udviklingen og anvendelsen af zirconiumlegeringsprodukter, kan vi forvente at se endnu større innovation og fremskridt i industrier lige fra rumfart og sundhedspleje til atomkraftproduktion. Alsidigheden og pålideligheden af zirconiumlegeringer gør dem til et værdifuldt aktiv, når det gælder om at skubbe grænserne for, hvad der er muligt inden for industrielle processer.
Ved at udnytte de unikke egenskaber ved zirconiumlegeringer kan producenter forbedre ydeevnen, forbedre effektiviteten, reducere vedligeholdelsesomkostningerne og i sidste ende skabe succes inden for deres respektive områder. Når vi ser mod fremtiden, er det klart, at zirkoniumlegeringsprodukter vil fortsætte med at være på forkant med banebrydende industrielle applikationer verden over.
Zirkoniumlegeringer for at imødekomme kravene til materialer i fusion
Materialer og fusionsreaktordesign
Nuklear fusion er blevet grundigt undersøgt i de senere år på grund af dens evne til at skabe ren energi uden spredning af radioaktive biprodukter. Ved fusion smeltes to elementer sammen for at frigive energi. I øjeblikket er den bedste kandidat til fusion en deuterium-tritium-reaktion. Deuterium og tritium er to isotoper af brint, som når de smelter sammen skaber helium, frie neutroner og energi. I øjeblikket er design, der evalueres for fusionsreaktorer, DEMO, STEP og ITER.
I en fusionsreaktor er udfordringerne med neutroneffektivitet anderledes end fissionsreaktioner. Tritium skal konstant genopfyldes for at opretholde den langsigtede effektivitet af fusionsreaktionen. Dette opnås ved at avle tritium via uelastisk neutronspredning. Da reaktionerne forekommer ved forhøjede temperaturer og er udsat for termisk krybning, kræves der materialer, der kan fungere godt ved forhøjede temperaturer, mens de opretholder et lavt termisk neutrontværsnit.
Valget af materialer med overlegne strukturelle og termiske egenskaber er afgørende for det sikre og optimale design af fusionsreaktorkomponenter. Et nøgleelement i fusionsreaktordesignet er forædlertæppet, som beskytter reaktorinstrumenterne mod stråling. Breeder-tæpper er sammensat af et sæt moduler, der dækker det indre af fusionsreaktorbeholderen og skal modstå ekstreme temperaturer og intense neutronstrømme. Derudover sikrer det maksimal reaktoreffektivitet.
Materialer, der er blevet udforsket som kandidater til opdrættetæppedesign, omfatter vanadium, jern, silicium og krombaserede legeringer og kompositter. Nylige undersøgelser har vist, at zirconium (Zr) er en fordelagtig kandidat, hvis det anvendes som et strukturelt materiale i den første væg af et avlertæppe i en DEMO-lignende reaktor.
Fordele ved zirconium
Zirkonium har allerede været brugt som materiale i fissionsreaktorapplikationer i cirka seks årtier. I dag bruges mange zirkoniumlegeringer som brændstofbeklædninger og samlinger i letvandsfissionsreaktorer. Almindelige legeringer omfatter Zr-2.5, ZIRLOTM og Zircaloy-2 og –4. Succesen med disse legeringer har i høj grad været på grund af det lille tværsnit af deres termiske neutronabsorption i forhold til andre strukturelle materialeelementer.
Fordelen ved et lille termisk neutronabsorptionstværsnit er, at det tillader den højere tilgængelighed af neutroner, hvilket opretholder fissionsreaktionens kritikalitet. Andre materialer har brug for yderligere berigelse, hvilket kan være økonomisk dyrt. Men da fusionsreaktioner forekommer ved forhøjede temperaturer, og der er en iboende termisk krybning, der opstår under drift, er nuværende zirconiumlegeringer utilstrækkelige.
Undersøgelse af aktuelle zirkoniumlegeringer og adressering af problemer
I undersøgelsen offentliggjort i Journal of Nuclear Materials har forfatterne undersøgt flere i øjeblikket kommercielt tilgængelige zirconiumlegeringer, herunder binære legeringer såsom Zr-V og Zr-Si legeringer, samt højere-ordens legeringer såsom Zr-Nb-Ti og Zr-Mo-Sn. Det blev konkluderet, at med yderligere forskning kunne legeringer af højere orden vise fordelagtige termiske og strukturelle egenskaber (såsom styrke og duktilitet), mens de bibeholdt et lavt termisk neutrontværsnit.
Men i øjeblikket er der ufuldstændige data om ydeevnen af disse legeringer under forhøjede temperaturer, der opstår under drift. I en fusionsreaktor kan temperaturerne nemt nå op til 500-700 oC. Ethvert strukturelt materiale sammensat af zirconiumlegeringer forventes at udvise overlegne termiske og mekaniske egenskaber, når det bruges i flydende metal eller heliumkølede avlertæpper.
Ved at undersøge de aktuelt tilgængelige zirconiumlegeringer konkluderede forfatterne, at brug af Zr-4 som et forædlertæppestrukturmateriale ville forbedre tritium-forædlingsforholdet markant. Selvom dette er væsentligt bedre end andre kandidater såsom V-4Cr-4Ti, er der stadig problemer med styrke, termisk krybemodstand og træthedsegenskaber under høje temperaturer. Desuden kan urenheder forårsage skørhedsproblemer, hvilket letter behovet for barrierebelægninger.
Vores fabrik
Beliggende i Baoji, Shaanxi-provinsen, kendt som Kinas Titanium Valley, blev Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) etableret i 2019 med en registreret kapital på 60 millioner yuan. Virksomheden blev fusioneret med Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. og Baoji Overflow Industrial Co., Ltd., begge virksomheder har mere end 20 års erfaring i titaniumindustrien. I 2019 dækker den fælles etablerede Baoji West Titanium Materials Co., Ltd forretning forarbejdning og salg af sjældne metaller såsom titanium spole, plade, stang, tråd og titanium smedning.
FAQ
Som en af de mest professionelle zirkoniumlegeringsproducenter og leverandører i Kina er vi kendetegnet ved kvalitetsprodukter og konkurrencedygtige priser. Vær fri til at købe zirkoniumlegering til salg her og få tilbud fra vores fabrik. Kontakt os for skræddersyet service.
