[发明专利]一种高强韧耐蚀锆钴二元合金及其制备方法

说明书

本发明为一种高强韧耐蚀锆钴二元合金。该合金为锆‑钴合金，两种元素所占原子比分别为：Zr 98～99.5％，Co 0.5～2％，杂质忽略不计。所述的锆钴二元合金的硬度为273.6～336.3HV，弹性模量为43.76～49.22GPa，屈服强度为321.1～412.8MPa，点蚀电位为0.57～1.42V。本发明解决了锆合金技术中存在的不足和所面临的一些问题，所研究的合金具有良好的综合性能且成本相对较低。

技术领域

本发明属于锆合金领域，特别涉及一种高强度高韧性的锆钴二元合金及其制备方法，可广泛用于锆钴系合金的实验研究。

背景技术

具有较高强度以及较高延展性是工程材料选择的基本准则之一。为使工程材料在各种领域的使用过程中具有较高安全系数，选择材料时要求材料具有较高强度和较高延展性。

锆合金有着众多的优点，例如：热膨胀系数和热中子吸收截面积低、具有良好的机械加工性、生物相容性和稳定的尺寸效应。但其也有不足，例如：强度低、易点蚀。根据现有的研究，锆合金已经广泛应用于国民经济、国防建设的许多领域，因为其具有良好的机械加工性和生物相容性，所以在生物医学领域上有应用，而且锆的密度小，具有稳定的尺寸效应，在航空航天领域也有一定的应用。特别是在核工业和化工生产中具有十分重要的用途。然而，由于锆合金较差的力学性能，造成其应用范围较窄，应用效果还不深入，目前在高强韧锆合金方面的研究还处于发展阶段。但高强韧锆合金已经表现出优异的综合性能和巨大的应用潜力，所以如何提升锆合金的强度和耐腐蚀性能就成为了其能成功应用于更多应用范围的关键环节。

工业规模生产的核级锆合金有锆锡系和锆铌系两类。前者合金牌号有Zr-2、Zr-4，后者的典型代表是Zr-2.5Nb。在锆锡系合金中，合金元素锡、铁、铬、镍可提高材料的强度、耐蚀性和耐蚀膜的导热性，降低表面状态对腐蚀的敏感性。锆-2合金中的镍具有加速吸氢脆化的作用，为克服锆-2合金中的氢脆倾向，发展出锆-4合金，它不含镍，含铁量比锆-2合金高。除了吸氢性能外，锆-4合金与锆-2合金性能相似。Nb元素具有热中子吸收截面小的特点，不仅降低了合金对氢的吸收量，同时可以消除在冶炼和加工过程中Ti、C、Al等杂质元素对锆合金的耐腐蚀性的损害。

大量研究表明，具有简单立方结构的合金已得到广泛应用。由IVA族元素和VIII元素组成的具有简单立方结构的TiCo和HfCo合金可作为功能材料或结构材料。另外，研究发现这类合金既具有功能材料特征，也具有工程结构材料特征。近几年来的研究表明，Co是一种适合于B2相Zr基合金低温稳定的合金元素，此外，少量Co的加入也降低了马氏体相变温度，从而影响了B2相的形状记忆行为。

为找到一种可以提高锆合金强韧性的研究方法，本发明探究了添加少量Co元素的加入对锆合金的力学性能和耐腐蚀性性能的研究，同时也为锆钴功能材料和工程材料特征提供数据和实验支持。

发明内容

本发明的目的是找到一种提高锆合金强韧性的办法，提供一种新型的高强韧的锆基合金及其制备方法。通过实验和数据表明，加入少量的Co元素就可以提升锆合金的强韧性，该合金以纯锆作为基础，加入少量元素Co，在恰当的工艺参数下，制得一种高强韧耐腐蚀的锆钴二元合金。本发明解决了锆合金技术中存在的不足和所面临的一些问题，所研究的合金具有良好的综合性能且成本相对较低。

本发明的技术方案为：

一种高强韧耐蚀锆钴二元合金，该合金为锆-钴合金，两种元素所占原子比分别为：Zr98～99.5％，Co 0.5～2％，杂质忽略不计。

所述的锆钴二元合金的硬度为273.6～336.3HV，弹性模量为43.76～49.22GPa，屈服强度为321.1～412.8MPa，点蚀电位为0.57～1.42V。

所述的锆钴二元合金，硬度、弹性模量和屈服强度随着Co含量的增加，呈现出先上升后下降的趋势，在1.5％达到峰值；耐腐蚀性随Co的含量增加而增长。