一种低成本高强耐蚀锆铝铬合金及其制备方法技术

本发明专利技术为一种低成本高强耐蚀锆铝铬合金及其制备方法。该合金为锆

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高强耐蚀锆铝铬合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锆合金领域，特别涉及一种低成本高强耐蚀锆铝铬合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]材料是社会进步和人类文明的物质基础与先导。美国旧金山的金门大桥、法国巴黎的埃菲尔铁塔、中国的万里长城等都依赖于既强又韧的结构材料；跨入信息时代，无所不在的手机、云端海底的互联网、追逐彗星的罗塞塔号探测器等，都得益于功能强大的高技术材料。随着社会的进步，人们在耗费大量材料来制造产品、工具以满足日益丰富的生活需求的同时，结构、机构服役的环境越来越苛刻，对结构材料的性能要求也越来越高。传统的结构材料，如镁合金、铝合金、钛合金及钢铁材料在面对空间低温、交变温度、辐照(包括电子、质子和γ射线等)和原子氧侵蚀等苛刻环境下，都不能很好的满足性能要求。
[0003]锆合金因为其优异的耐蚀性、较低的热中子吸收截面(仅为0.18
×
10
‑
28
cm2)、较低的密度和较小的热膨胀系数、较好的尺寸稳定性在核工业有着广泛的应用，这也使得锆被称为“原子时代第一金属”。研究表明,在锆合金中引入锡(Sn)、钽(Ta)、铌(Nb)等元素能有效地减少海绵锆中杂质对该合金的腐蚀且不会严重损害锆合金的热中子经济性。因此锆锡系合金得到了大量研究,以其为材料来生产包括燃料包壳管、控制棒导向管、压力管、元件盒以及一些结构材料。各国科学家相继对核用锆合金进行了研究,其中Zr
‑
2,Zr
‑
4合金已得到应用。除了锆锡系合金外,锆铌系合金也被广泛的应用于核电工业,其中Zr
–
2.5Nb合金因具有较好的耐腐性、尺寸稳定性和力学性能,作为压力管和元件盒壳体板材广泛的应用于反应堆。
[0004]另外，锆是一种钝化型金属,其表面生成一层致密的氧化膜,能够抵抗大多数有机酸、无机酸、强碱、熔盐、高温水和液态金属的腐蚀。目前,应用于化工行业的耐蚀性锆合金主要为Zr702、Zr704、Zr705和Zr706合金。其中Zr702合金加入了少量的O、H和N等元素,成分接近于纯锆。该合金的耐蚀性能较高,但力学性能较低,主要应用于含有FeCl3的硫酸介质中,作为化工管道使用。Zr705合金为锆铌合金,其力学性能是Zr702合金的2倍,主要应用在栅栏式换热器等化工设备。
[0005]正因为锆的这些优异的特性，让其在苛刻环境中作为结构材料有着广阔的前景。然而，传统的锆合金力学性能不足，很难将其直接作为结构材料来应用。所以开发新型高强耐蚀锆合金，拓宽其应用有着很大的意义与价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种低成本高强韧耐蚀锆铝铬合金的制备方法。该合金是在纯锆中引入铝、铬元素，通过调节Al元素的含量，来获得综合性能优良的锆合金。本专利技术得到的合金与纯锆相比，本专利技术中锆铝铬三元合金表现出较高的力学性能与耐蚀性能，除以上外，本专利技术合金还具有生产工艺简单、性价比高等特点。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种低成本高强韧耐蚀锆铝铬合金，该合金为锆
‑
铝
‑
铬合金，三种元素所占原子比分别为：Zr 83.2～95.2at％，Cr 1.8at％，Al 3～15at％，余量为不可避免的杂质。
[0009]所述的一种高强韧耐蚀锆铝铬合金的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将纯锆、纯铝和纯铬分别清洗后，按照设计比例进行配料；
[0011](2)将所配好的物料置于非自耗真空电弧熔炼炉的坩埚中，关闭阀门，抽高真空至4.0～4.5
×
10
‑3Pa；
[0012](3)向电弧炉腔体内充入0.04MPa
‑
0.06MPa的高纯氩气，然后进行引弧熔炼；每次熔炼4
‑
6分钟，反复熔炼及翻转铸锭5
‑
7次，得到铸锭合金；
[0013]其中，第一遍熔炼电流为70～90A,剩下熔炼电流为190～230A；
[0014](4)将铸锭放入真空管式炉中，经过2～4次洗气过程后，氩气氛围、1000～1050℃下保温退火4～6小时，随炉冷却，得到高强韧耐蚀锆铝铬合金。
[0015]所述的步骤(4)中的每次洗气过程为：用真空泵进行抽真空，抽到
‑
0.1MPa，关闭真空泵，再通入氩气；所述的氩气氛围是
‑
0.05MPa。
[0016]上述的纯锆为工业级海绵锆，纯铝的纯度为99％，纯铬的纯度为99.9％。
[0017]本专利技术的实质性特点为：
[0018]本专利技术通过引入Al、Cr元素，有效的提升锆合金的耐腐蚀性能及力学性能，从而获得具有高强度高韧性和耐腐蚀性的三元合金。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]1、相比较纯合金，通过引入适量的Cr、Al元素，所制得的锆铝铬三元合金具有耐蚀性好等特点；
[0021]2、Al、Cr元素的引入，利用Al、Cr元素间扩散的相互作用，更有利于调控合金的微观组织；
[0022]3、相比于纯锆，本专利技术中所有锆铝铬合金的耐蚀性得到很大提升，相对对比材料提升了20
‑
30％。
[0023]4、相比于纯锆相比，本专利技术中锆铝铬合金硬度显著提升，相比对比材料提升了41
‑
171％。
[0024]5、本专利技术得到的合金性价比较高，相对于纯锆等，价格略升，但是性能好；相比于其他的Zr
‑
Sn系合金又便宜。
附图说明
[0025]图1为对比例1制得的纯锆合金的金相光学显微图；
[0026]图2为实施例1制得的锆铝铬合金的金相光学显微图；
[0027]图3为实施例2制得的锆铝铬合金的金相光学显微图；
[0028]图4为实施例3制得的锆铝铬合金的金相光学显微图；
[0029]图5为实施例4制得的锆铝铬合金的金相光学显微图；
[0030]图6为实施例5制得的锆铝铬合金的金相光学显微图；
[0031]图7为对比例1、实例1
‑
5锆铬铝合金xrd图谱；
具体实施方式
[0032]以下对本专利技术中实施方式做进一步地详细描述以使本专利技术的技术、专利技术目的和专利技术优点更加清楚。
[0033]一种高强韧耐蚀锆铝铬合金，该合金为锆
‑
铝
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铬合金，三种元素所占原子比分别为：Zr83.2～95.2at％，Cr 1.8at％，Al 3～15at％，余量为不可避免的杂质。
[0034]本专利技术所引入的Cr和Al元素，利用两者之间的扩散作用，易于调控合金的微观组织。另一方面，一定含量的Al元素可以改善合金的力学性能，提升合金的强度与延展性；
[0035]本专利技术还提供了本专利技术提供了一种高强韧耐蚀锆铝铬合金及其制备方法，包括以下步骤：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本高强韧耐蚀锆铝铬合金，其特征为该合金为锆
‑
铝
‑
铬合金，三种元素所占原子比分别为：Zr 83.2～95.2at％、Cr 1.8at％、Al 3～15at％，余量为不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的低成本高强韧耐蚀锆铝铬合金的制备方法，其特征为包括以下步骤：(1)将纯锆、纯铝和纯铬分别清洗后，按照设计比例进行配料；(2)将所配好的物料置于非自耗真空电弧熔炼炉的坩埚中，关闭阀门，抽高真空至4.0～4.5
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‑3Pa；(3)向电弧炉腔体内充入0.04MPa
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0.06MPa的高纯氩气，然后进行引弧熔炼；每次熔炼4
‑
6分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏超群，宋天朔，李强，吴鑫雨，杨泰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：