[发明专利]一种耐腐蚀锆钽铌铪合金及其制备方法

说明书

一种耐腐蚀锆铌钽铪合金，其化学成分包括以下重量百分比的组分：钽0.1～10％、铌0.5～3％、铪0.1～5％，余量为锆；上述耐腐蚀锆钽铌铪合金的制备方法主要是：按照锆合金材料的配比，将经过破碎的工业级海绵锆、锆钽中间合金和锆铌中间合金压制成型，得到单块电极；将单块电极组焊成自耗电极；对自耗电极进行真空自耗熔炼，真空自耗熔炼的电压为33V，真空自耗熔炼的真空度为5×10^‑3Pa，真空自耗熔炼的电流为185A，真空自耗熔炼的熔化系数为0.95kg/(kA·min)，熔炼2～3次，得到耐腐蚀锆铌钽合金。本发明制备方法简单，制得的耐腐蚀锆铌钽铪合金的力学性能明显高于目前具有较高力学性能的Zr‑2.5Nb合金；耐蚀性能明显高于著名的Ti6Al4V合金。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种锆钽铌铪合金及其制备方法。

背景技术

目前，核材料及核废料贮存容器的制作材料为不锈钢和钛合金，但是不锈钢和钛合金的耐高温和耐腐蚀性能还存在一些问题，使得核材料及核废料贮存容器的寿命受到影响，需定期更换，因此延长其更换周期一直是该行业永恒的追求目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的耐腐蚀性能和力学性能的耐腐蚀锆铌钽铪合金及其制备方法。

本发明的耐腐蚀锆钽铌铪合金，其化学成分包括以下重量百分比的组分：钽0.1～10％、铌0.5～3％、铪0.1～5％，余量为锆。

上述耐腐蚀锆钽铌铪合金的制备方法包括以下步骤：

(1)根据锆合金材料的配比，将经过破碎的工业级海绵锆、锆钽中间合金和锆铌中间合金压制成型，得到单块电极；

(2)将所述步骤(1)得到的单块电极组焊成自耗电极；

(3)对所述步骤(2)得到的自耗电极进行真空自耗熔炼，真空自耗熔炼的电压为33V，真空自耗熔炼的真空度为5×10^-3Pa，真空自耗熔炼的电流为185A，真空自耗熔炼的熔化系数为0.95kg/(kA·min)，熔炼2～3次，得到耐腐蚀锆铌钽合金。

Zr属于IVB元素，Zr合金由于具有中子吸收截面积小、优异的抗辐射性能、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、密度低、热膨胀系数小和良好的机械加工性能，作为结构材料和耐腐蚀材料应用于核工业与化工行业中。以锆为基础制备出具有更加优异耐蚀性且具有高强度硬度具有积极意义；

Ta属于VB族元素，能在表面生成稳定的五氧化二钽(Ta2O5)保护膜，具有极高的抗腐蚀性，无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应，所以在Zr基合金基础上添加Ta元素会进一步提高合金的耐腐蚀性；

Nb元素属于VB族，对热中子的捕获截面很低，同时能够形成第二相粒子，对Zr有强化作用，添加Nb元素可消除C、Ti、Al等杂质元素对Zr耐腐蚀性能的危害，并减少吸氢量。

Hf与Zr同属ⅣB族元素，在室温下无限固溶，起到固溶强化作用，同时能提高锆高温耐腐蚀性。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

制备方法简单，制得的耐腐蚀锆铌钽铪合金的力学性能明显高于目前具有较高力学性能的Zr-2.5Nb合金；耐蚀性能明显高于著名的Ti6Al4V合金。

附图说明

图1为实施例1制得的耐腐蚀锆合金和Ti-6Al-4V合金经过5mol/L HCl溶液室温浸泡后失重变化曲线图。

具体实施方式

实施例1

(1)按照锆铌钽铪的重量百分比，钽：0.1％、铌：0.5％、铪：0.1％，余量的锆将工业级海绵锆、锆钽中间合金和锆铌中间合金压制成型，得到单块电极；