锆铪及其合金ppt课件.ppt

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1、西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件1稀有金属王国中的姊妹花稀有金属王国中的姊妹花西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件2锆的属性概述锆的属性概述西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件3锆及锆合金的应用锆及锆合金的应用锆合金锆合金反应堆堆型反应堆堆型用途用途Zr-2Zr-2沸水堆（沸水堆（BWRBWR）燃料包壳管及其他结构材料燃料包壳管及其他结构材料Zr-4Zr-4压水堆（压水堆（PWRPWR），坎杜堆），坎杜堆（PHWRPHWR），低温供热堆），低温供热

2、堆燃料包壳管、控制棒导向管、测量管、燃料包壳管、控制棒导向管、测量管、定位隔架、端塞、元件盒等定位隔架、端塞、元件盒等Zr-1NbZr-1Nb俄式压水堆（俄式压水堆（VVER-400VVER-400、VVER-1000VVER-1000）和沸水堆（）和沸水堆（RBMKRBMK）燃料包壳管及其他结构材料燃料包壳管及其他结构材料Zr-2.5NbZr-2.5NbZr-2.5Nb-0.5CuZr-2.5Nb-0.5CuPHWRPHWRRBMKRBMK压力管、工艺管、元件盒、隔环压力管、工艺管、元件盒、隔环Zr702、Zr704、Zr705和和Zr706；热交换器、洗提塔、反应器、泵和腐蚀介质管道等；热

3、交换器、洗提塔、反应器、泵和腐蚀介质管道等；对锆材表面进行氧化预膜、喷涂或电镀其他金属，是提高锆对锆材表面进行氧化预膜、喷涂或电镀其他金属，是提高锆的耐蚀性的有效方法。的耐蚀性的有效方法。 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件4作贮氢材料作贮氢材料 ；在电气、电子工业中用作吸气剂、栅极和电容器；在电气、电子工业中用作吸气剂、栅极和电容器；武器中可作炸药、爆燃剂、引信和热电池发射材料等；武器中可作炸药、爆燃剂、引信和热电池发射材料等；利用锆的高熔点和高发射能力，锆还被用作等离子切割电利用锆的高熔点和高发射能力，锆还被用作等离子切割电极；极；冶金工业

4、中，锆作为合金添加剂，可以改善合金性能；冶金工业中，锆作为合金添加剂，可以改善合金性能；锆及肌肉、骨骼和脑组织相容性好，可用来制作外科手术锆及肌肉、骨骼和脑组织相容性好，可用来制作外科手术用的各种医疗器械和其他生物医用材料；用的各种医疗器械和其他生物医用材料；锆及锆合金还被用来制做各种首饰以及高档装饰品。锆及锆合金还被用来制做各种首饰以及高档装饰品。ZrO2陶瓷用作狄索尔内燃发动机零件；陶瓷用作狄索尔内燃发动机零件；ZrO2陶瓷硬度高、耐腐蚀性好、无磁、不导电，在现代刀具、陶瓷硬度高、耐腐蚀性好、无磁、不导电，在现代刀具、磨具、医疗器械、人造关节、骨胳方面都取得广泛应用；磨具、医疗器械、人造关

5、节、骨胳方面都取得广泛应用；在军事上在军事上ZrO2被用来制作防弹盔甲，在加工工业中，被用来制作防弹盔甲，在加工工业中，ZrO2已用已用来制作陶瓷轧辊等。来制作陶瓷轧辊等。西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件5锆铪分离技术锆铪分离技术熔盐精馏法生产原子能级海绵锆工艺熔盐精馏法生产原子能级海绵锆工艺 熔剂萃取分离工艺制取原子能级海绵锆熔剂萃取分离工艺制取原子能级海绵锆西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件6锆的合金化原理锆的合金化原理 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与

6、 加 工 课 件7合金元素应该保证该合金制作的堆芯结构件在反应堆整个运行寿期合金元素应该保证该合金制作的堆芯结构件在反应堆整个运行寿期内的耐蚀性能；内的耐蚀性能；锆合金化对合金成分的要求锆合金化对合金成分的要求 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件8 Zr-O系平衡相图系平衡相图 Zr-H系平衡相图系平衡相图 锆合金二元系平衡相图锆合金二元系平衡相图 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件9合金元素在锆中的作用合金元素在锆中的作用 合金元素对锆的二元合金在合金元素对锆的二元合金在20 C和和500 C

7、时机械性能的影响时机械性能的影响 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件10含锡量对锆合金耐腐蚀性能的影响（海绵含锡量对锆合金耐腐蚀性能的影响（海绵锆含锆含0.006%N，电弧熔炼），电弧熔炼）160，86天；天；2315，162天；天；3315，44天。天。 以以Zr-1.8%Sn为基含有为基含有Fe、Cr或或Ni的三的三元合金的耐蚀性能元合金的耐蚀性能 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件11合金元素对锆吸氢量（在水和蒸汽中试验合金元素对锆吸氢量（在水和蒸汽中试验3000h所释放的总氢量）的影响所

8、释放的总氢量）的影响 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件12杂质元素在锆中的作用杂质元素在锆中的作用 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件13热处理及其显微组织热处理及其显微组织 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件14 uZr-2合金在合金在1010（相区）以上锻造，并立即淬火，再经相区）以上锻造，并立即淬火，再经处理和一系列加工再处理和一系列加工再结晶处理，可使第二相粒子呈点状弥散分布，蒸汽中腐蚀增重减少结晶处理，可使第二相粒子呈点状弥散分布，蒸

9、汽中腐蚀增重减少1520%，吸氢量，吸氢量降低降低40%，机械性能也得到改善。这种工艺在，机械性能也得到改善。这种工艺在Zr-2和和Zr-4合金的加工中广泛应用。合金的加工中广泛应用。uZr-2、Zr-4合金淬火的临界冷却速度约为合金淬火的临界冷却速度约为50/秒。秒。Zr-4合金的性能对合金的性能对淬火比淬火比Zr-2合金更敏感，而合金更敏感，而处理能产生这些效应主要是含铁的缘故。处理能产生这些效应主要是含铁的缘故。 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件15Zr-1Nb合金的退火温度为合金的退火温度为580，退火，退火组织为接近完全再结晶的组织

10、为接近完全再结晶的-Zr，细小弥散，细小弥散的的-Nb沉淀在沉淀在-Zr晶粒边界和基体内。这晶粒边界和基体内。这种不含种不含-Zr的组织有高的抗腐蚀性能。的组织有高的抗腐蚀性能。西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件16淬火温度,晶粒尺寸,m80048506890169001309502501000750Zr-2.5Nb合金的晶粒度合金的晶粒度与淬火温度的关系与淬火温度的关系 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件17冷却速度力学性能，20转变生成的产物的形态及尺寸0.2,MPab,MPa,%硬度，HV

11、200/S（冰水）7208654.0262孪晶孪晶结构，针状晶粒宽结构，针状晶粒宽0.51.5m,长长310m200/S（水）7388763.5268同上同上400/S6828065.4249孪晶孪晶结构及非孪晶结构及非孪晶小片，宽小片，宽0.20.6m，长，长25m。300/S6798406.3245非孪晶大的薄片宽非孪晶大的薄片宽0.52.0m,长长310m。25/S空气48656310225相同类型的相同类型的小片，宽小片，宽0.25m，长，长510m。Zr-2.5Nb合金的力学性能和组织与合金的力学性能和组织与相淬火速度的关系相淬火速度的关系 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金

12、属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件18热处理制度试验温度,0.2,MPab,MPa,%,%880淬火+500/24h20780870136330053058014759601000淬火+500时效3004805801370自800缓冷2041053027533002103102767自700速冷+20%冷加工2063073015513004104801555不同热处理的不同热处理的Zr-2.5Nb合金的力学性能合金的力学性能 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件19西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加

13、工 课 件20分析方法热处理第二相晶体点阵成分EM退火5-9%Fe, 0-2%Cr4-9%Ni, 1-5%Sn, ZrTEM(TF)EDAX600C-4hbct, a=0.65nm, c=0.55nmZr, Ni, FeTEM(TF)800C-2hhex ZrCr2点阵, a=0.501nm, c=0.822nmfcc ZrCr2点阵, a=0.719nmTEM STEM (TF及R)700C-2hhex ZrCr2点阵, a=0.51nm, c=0.83nmZrCr1.1 Fe0.9四方Zr2Ni, a=0.659nm, c=0.53nmZr2 Ni0.4 Fe0.6TEM(R) EDAX急

14、冷+750C-7hhexZrCr1.3 Fe0.7SEM-TEMEDAX580C-2.5hhex ZrCr2点阵, a=0.508nm, c=0.828nmZrCr1 Fe1(Sn,Ni)化合物急冷fcc ZrCr2点阵, a=0.721nmZrCr1 Fe1正交, a=0.745,b=0.582, c=0.516ZrSnhex, a=0.846nm, c=0.578nmZr5 Sn3Sn金属西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件21方法热处理沉淀晶体点阵成分TEM(TF)EDAX800C-3hhex ZrCr2点阵a=0.5076nm, c=0.

15、8279nmZrCr0.6 Fe1.4TEM(TF)急冷+700C-6h多晶形结构hex ZrCr2结构fcc ZrCr2结构EM-SEM800C23天ZrCr0.7 Fe1.3830C59天ZrCr0.8 Fe1.2SEM-EDAX(R及TF)多种结构(FeZr)-(FeCrSnZr) (FeSnZr)-(FeCrZr)TEM(TF)从慢冷Zr(Cr,Fe)2, hexZr3 Fe从850C急冷+退火Zr(Cr,Fe)2, fccTEM EDAX700C-6hhexZrCr0.7 Fe1.3SEM-EDAXTEM (TF及R)600C-2hhexZrCr0.6 Fe1.4四方Sn金属+急冷f

16、cc ZrCr2相四方Sn金属西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件22锆合金锆合金 西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件23西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件24合金名义成分/%（质量）备注SnNbFeCrNiOZirLo1.01.00.1-西屋公司E6351.21.00.4-俄罗斯M5-1.0-0.12法玛通ELS0.8 和 PCA0.8-0.3-0.2-西门子NDA1.00.10.270.16日本MDA0.80.50.20.1日本NZ21.00.

17、30.30.1中国NZ81.01.00.3中国西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件25西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件26西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件27西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件28西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件29铪的属性概述铪的属性概述西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件30铪

18、在核电工业中的应用铪在核电工业中的应用西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件31铪在非核工业中的应用铪在非核工业中的应用西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件32铪化合物在先进陶瓷中的应用铪化合物在先进陶瓷中的应用(1)氧化铪氧化铪西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件33(2) 硼化铪硼化铪西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件34(3) 碳化铪碳化铪西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工

19、课 件与 加 工 课 件35(4) 铪化合物光学陶瓷铪化合物光学陶瓷1850 烧结烧结6 h的的Ln2Hf2O7 ( Ln=La, Gd)透明陶瓷的透过率曲线透明陶瓷的透过率曲线西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件36塑性变形及热处理对钽铪合金管组织性能的影响塑性变形及热处理对钽铪合金管组织性能的影响1、铪的加入对钽铪合金组织的影响、铪的加入对钽铪合金组织的影响钽铪合金管坯的热挤压组织钽铪合金管坯的热挤压组织(a)及其在及其在1200,1 h 热处理后的再结晶组织热处理后的再结晶组织(b)西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工

20、 课 件与 加 工 课 件372、冷轧变形量对钽铪合金组织的影响、冷轧变形量对钽铪合金组织的影响变形量变形量53钽铪合金钽铪合金管轧制态管轧制态(a)和再结晶和再结晶退火态退火态(b)组织形貌组织形貌变形量变形量61钽铪合金钽铪合金管轧制态管轧制态(a)和再结晶和再结晶退火态退火态(b)组织形貌组织形貌西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件383、热处理制度对钽铪合金管材机械性能的影响、热处理制度对钽铪合金管材机械性能的影响不同的热处理制不同的热处理制度下钽铪合金管度下钽铪合金管材的纵向机械性材的纵向机械性能能西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀

21、有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件39钽铪合金管材横向机械性能及爆破压力钽铪合金管材横向机械性能及爆破压力西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件40ZrHf密度密度/(g.cm-3) 20 6.5113.090.01熔点熔点/ 185220222220相转变温度相转变温度/ 862176035熵熵/J.mol-1(25 )38.830.1745.60比热比热/(J/g. )25 0.27550.1463弹性模量弹性模量/Gpa晶条锆晶条锆97.3海绵锆海绵锆8.96室温室温 140260 118317 96.8泊松比泊松比晶条锆晶条锆0.33海绵锆海绵锆0.350.328（退火状态）（退火状态）热中子吸收截面热中子吸收截面/10-28m20.181055热中子散射截面热中子散射截面/10-28m28 1锆铪性能比较锆铪性能比较西北工业大学西北工业大学稀有金属材料稀有金属材料与 加 工 课 件与 加 工 课 件41