一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金及其制备方法技术

一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金及其制备方法，属于乏燃料后处理材料领域，本发明专利技术提供了一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金，包括：Pd 0.02

【技术实现步骤摘要】
一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于乏燃料后处理材料领域，具体涉及一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]核电凭借高能效、污染小、环境友好、单机容量大、发电量稳定等优势，将成为未来基荷能源的重要组成部分。但随着核能的发展，大量的乏燃料被产生，如何处理这些乏燃料是当前亟待解决的重点。商用的乏燃料后处理主要采用具有强氧化性的硝酸来溶解乏燃料，在此过程中还伴随着高温、放射性，因此对该环境中使用材料的耐蚀性有很高的要求。
[0003]在应用环境极其苛刻的乏燃料后处理领域，以Ti
‑
5Ta和Ti
‑
5Ta
‑
1.8Nb为代表的钛合金展示出非常优异的耐蚀性，在国外后处理厂中拥有广泛的使用经验。但鉴于钛合金在乏燃料后处理苛刻环境下优异的耐蚀性和良好的力学性能，目前欧美等后处理发达国家均在积极研发高耐蚀、高强度的钛合金。
[0004]合金化是提高钛合金耐蚀性能和力学性能的重要方法之一。铂族金属元素Pd作为重要的耐蚀元素，少量添加就可显著改善纯钛或钛合金的耐蚀性能。Zr在α
‑
Ti和β
‑
Ti中均有较大的溶解度，可起到补充强化效果，也能显著提高钛合金的耐热性。Zr的氧化物ZrO2具有非常优异的化学稳定性，在高温硝酸中具有较低的溶解速率。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对现在技术中存在的上述不足之处，提供一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金及其制备方法，本专利技术制备的合金不仅具有较高的硬度，而且在高温硝酸环境中，表现出优秀的耐蚀性能，能够满足使用的要求。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金，按质量百分含量计包括：Pd 0.02
‑
0.08wt.％、Zr 1
‑
7wt.％，余量为钛和不可避免的杂质。
[0008]在一个或多个实施例中，所述钛合金，按质量百分含量计包括：Pd 0.04
ꢀ‑
0.06wt.％、Zr 1
‑
6wt.％，余量为钛和不可避免的杂质。
[0009]在一个优选的实施例中，所述钛合金，按质量百分含量计包括：Pd 0.04wt.％、Zr 3wt.％，余量为钛和不可避免的杂质。
[0010]在一个或多个实施例中，所述钛合金，不可避免的杂质元素含量要求：H<0.0125wt.％、O<0.13wt.％，N<0.05wt.％，C<0.08wt.％。
[0011]本专利技术还提出一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金的制备方法，包括如下制作步骤：
[0012]步骤1：将原材料按配比混合均匀；
[0013]步骤2：采用真空自耗熔炼方式将混合料熔炼，得到铸锭；
[0014]步骤3：将铸锭进行压制，得到合金电极；
[0015]步骤4：将合金电极进行焊接，焊接后的电极进行预热处理；
[0016]步骤5：采用水冷铜坩埚对预热处理后的焊接电极进行多次熔炼。
[0017]进一步地，步骤2中所述真空自耗熔炼的方式制备合金，铸锭的重量为50Kg～3000Kg；
[0018]进一步地，步骤2中得到的铸锭可直接加工成耐腐蚀构件，也可以进行锻造、轧制后加工成棒、丝和板材进行使用，锻造温度为1000℃
‑
1200℃，轧制温度为850℃
‑
1050℃。
[0019]进一步地，步骤3中所述压制合金电极，采用1000Kg～5000Kg压机压制合金电极，单个电极重量为5Kg～30Kg；
[0020]进一步地，步骤4中所述电极焊接，在真空手套箱对电极进行焊接，焊接后的电极进行预热处理，预热温度为50℃～150℃；
[0021]进一步地，步骤5中采用水冷铜坩埚对焊接后的电极进行2～5次熔炼，铸锭的尺寸为50mm～1000mm；
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术通过在钛合金中添加不同比例的Pd和Zr元素，同时提高钛合金的耐高温硝酸腐蚀性能和力学性能，研发一种适合于乏燃料后处理设备用的材料。本专利技术的适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金配方科学、合理，其制备方法简单、易行，在高温硝酸环境里表现出好的力学性能和耐蚀性能。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1
‑
3制备的钛合金在100℃，含V
5+
、Cr
6+
、Ce
4+
浓硝酸溶液中电化学腐蚀试验的动电位极化曲线；
[0025]图2为本专利技术实施例1
‑
3制备的钛合金在室温下的维氏硬度图。
具体实施方式
[0026]下面，结合本专利技术的附图，对本专利技术多个实施例中的技术方案进行清晰、详细地阐述。
[0027]实施例1
[0028]本实施例公开了一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金，其各组分的质量百分比为：0.04wt.％Pd、1wt.％Zr，不可避免的杂质元素含量要求：H<0.0125wt.％、O<0.13wt.％，N<0.05wt.％，C<0.08wt.％，余量为Ti。
[0029]一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金的生产工艺，包括以下步骤：
[0030]步骤1：将原材料按配比采用布料机混合均匀；
[0031]步骤2：将得到的熔炼料采用真空自耗熔炼的方式制备合金，铸锭的重量为50Kg；
[0032]步骤3：采用1000Kg压机压制步骤2中得到的铸锭，得到合金电极，单个电极重量为5Kg；
[0033]步骤4：在真空手套箱对步骤3中得到的电极进行焊接，焊接后的电极进行预热处理，预热温度为100℃；
[0034]步骤5：采用水冷铜坩埚对焊接后的电极进行5次熔炼，铸锭的尺寸为50mm；
[0035]由图1电化学腐蚀试验的动电位极化曲线结果表明，本实施例1中适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金具有明显的钝化区，在钝化电位1.5V下钝化电流密度为5.638
×
10
‑5A/cm2，电流密度小，耐高温硝酸腐蚀性能强。由图2室温下的维氏硬度结果表明，本实施例1中的适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金维氏硬度为155HV1，具有优良的力学性能。
[0036]实施例2
[0037]本实施例公开了一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金，其各组分的质量百分比为：0.04wt.％Pd、3wt.％Zr，不可避免的杂质元素含量要求：H<0.0125wt.％、O<0.13wt.％，N<0.05wt.％，C&本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金，其特征在于，按质量百分含量计包括：Pd 0.02
‑
0.08wt.％、Zr 1
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7wt.％，余量为钛和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金，其特征在于，按质量百分含量计包括：Pd 0.04
‑
0.06wt.％、Zr 1
‑
6wt.％，余量为钛和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金，其特征在于，按质量百分含量计包括：Pd 0.04wt.％、Zr 3wt.％，余量为钛和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的一种适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金，其特征在于，不可避免的杂质元素含量要求：H<0.0125wt.％、O<0.13wt.％，N<0.05wt.％，C<0.08wt.％。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的适用于乏燃料后处理高温硝酸环境的钛合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将原材料按配比混合均匀；步骤2：将得到的熔炼料采用真空自耗熔炼方式，得到铸锭；步骤3：将铸锭进行压制，得到合金电极；步骤4：对合金电极进行焊接，焊接后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连民，刘晨晨，任德春，刘政，谭珂迪，马爱利，郑玉贵，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：