Cirkonijeve zlitine so trdne raztopine cirkonija ali drugih kovin, skupna podskupina z blagovno znamko Zircaloy. Cirkonij ima zelo nizek absorpcijski presek toplotnih nevtronov, visoko trdoto, duktilnost in odpornost proti koroziji.
Zakaj izbrati nas
Napredna oprema
Opremljeni s taljenjem, kovanjem, žigosanjem, rezanjem, strojno obdelavo in CNC zagotavljamo postopke za končne izdelke.
Bogate izkušnje
Z več kot 20-letnimi izkušnjami skupaj z našimi strankami dosegamo blaginjo.
Kontrola kakovosti
Od VIM do izdelkov nadzorujemo našo kakovost od rud.
Rešitev na enem mestu
Več kot 3 000 ton na zalogah in našim strankam dostavimo takoj.
Prednosti cirkonijevih zlitin
Visoko tališče:Cirkonijeva zlitina ima visoko tališče, ki se lahko uporablja za obdelavo in uporabo v okolju z visoko temperaturo.
Odpornost proti koroziji:Cirkonijeve zlitine imajo odlično odpornost proti koroziji in se lahko dolgo uporabljajo v težkih okoljih, kot so močna kislina, močne alkalije, visoka temperatura in visok tlak, zato se pogosto uporabljajo na področju kemične industrije, pomorske in jedrske industrije.
Dobra biokompatibilnost:Cirkonijeva zlitina ne bo povzročila zavrnitve, ko pride v stik z biološkimi tkivi, in se lahko uporablja pri izdelavi medicinskih pripomočkov in umetnih sklepov ter drugih medicinskih materialov, z dobro biokompatibilnostjo.
Dobre mehanske lastnosti:Cirkonijeva zlitina ima odlične mehanske lastnosti, vključno z visoko trdnostjo, visoko trdoto, visoko žilavostjo in visoko odpornostjo proti obrabi itd., ki se lahko uporabljajo za izdelavo visokokakovostnih mehanskih delov in orodij.
Prerez absorpcije nizkih toplotnih nevtronov:Cirkonijeva zlitina ima zelo nizek presek absorpcije toplotnih nevtronov, ki se lahko uporablja kot osnovni strukturni material za jedrske reaktorje, kot so obloge goriva, tlačne cevi, stenti in cevi z odprtinami.
Za kaj se uporablja cirkonijeva zlitina? Jedrska in več
Cirkonijevo atomsko število je 40, s simbolom elementa Zr. Cirkonijev element ima videz srebrne kovine, gostota pa je 6,52 g/cm3. Zr ima zelo majhen presek adsorpcije nevtronov in razmeroma visoko tališče (1855 stopinj ali 3371 stopinj F), zaradi česar je cirkonij odličen material za jedrske palice. V devetdesetih letih prejšnjega stoletja je približno 90 % cirkonija, proizvedenega vsako leto, porabila jedrska industrija. Ker pa vse več ljudi spoznava Zr in njegovo spojino, je bilo najdenih več aplikacij.
Cirkonijev dioksid ali cirkonijev oksid je zelo pomembna cirkonijeva spojina. ZrO2 je lahko surovina za tehnično keramiko, ki ima visoko trdoto in odpornost proti obrabi. Cirkonij je lahko tudi v obliki prozornega kristala in je izjemno trd, kot diamanti. Tako lahko cirkonijeve elemente najdemo tudi v židih, kot so cirkonijevi prstani in cirkonijeve krone itd.
Kovinski cirkonij in cirkonijeve zlitine imajo prednosti v posebnih kemičnih okoljih - predvsem v ocetni in klorovodikovi kislini. Odpornost cirkonija proti koroziji izhaja iz tesno sprijetega oksida, ki nastane skoraj v trenutku. Posledično se cirkonij uporablja za izdelavo komponent elektrod, prirobničnih vijakov, cevi in palic za posebne namene. Izdelki iz cirkonija imajo široko uporabo tudi v medicinski opremi, kot so cirkonijevi vsadki.
Ugotovljeno je bilo tudi, da imajo materiali na osnovi cirkonija nekatere posebne lastnosti. Cirkonij je bil uporabljen za izdelavo visokotemperaturnih superprevodnih materialov, kristalne palice Zr pa se pogosto uporabljajo kot surovina. Cirkonijeve zlitine veljajo tudi za obetavne materiale za komercialno amorfno kovino, imenovano tudi kovinsko steklo. V primerjavi z običajnimi kovinskimi materiali amorfna kovina nima meja zrn, kar vodi do boljše odpornosti proti obrabi in trdote. Še več, amorfne kovine nimajo korozije na mejah zrn in jih je mogoče toplotno oblikovati. Za pridobitev amorfnega stanja je treba staljene zlitine hitro ohladiti. Običajno mora biti hitrost na milijone K/s, nedavno razvite zlitine na osnovi Zr bi jo lahko dosegle približno 1K/s.
Povpraševanje po cirkoniju naj bi se v prihodnjih letih povečalo zaradi povpraševanja po jedrskih elektrarnah po vsem svetu. Vendar pa ima le nekaj velikih podjetij tehnologijo, potrebno za izdelavo cirkonijevih materialov na jedrski ravni, ogromne naložbe pa ovirajo vstop novih igralcev. Čeprav jedrska industrija še vedno vsako leto porabi velik del proizvedenega cirkonija, so se v zadnjih desetletjih hitro razvile aplikacije na drugih področjih, kot je keramika.
Čisti cirkonij je sijoča, sivo-bela, močna prehodna kovina, ki je v manjši meri podobna hafniju in titanu. Cirkonij se v glavnem uporablja kot ognjevarno sredstvo in sredstvo za motnjenje, čeprav se majhne količine uporabljajo kot zlitinsko sredstvo zaradi njegove močne odpornosti proti koroziji. Cirkonij in njegove zlitine se pogosto uporabljajo kot obloge za goriva jedrskih reaktorjev. Cirkonij, legiran z niobijem ali kositrom, ima odlične korozijske lastnosti.
Visoka korozijska odpornost cirkonijevih zlitin je posledica naravne tvorbe gostega stabilnega oksida na površini kovine. Ta film se zdravi sam. Počasi raste pri temperaturah do približno 550 stopinj (1020 stopinj F) in ostane tesno pritrjena. Želena lastnost teh zlitin je tudi nizek presek zajetja nevtronov. Slabosti cirkonija so nizke trdnostne lastnosti in nizka toplotna odpornost, ki jih je mogoče odpraviti na primer z zlitino z niobijem.
Zlitine cirkonija in niobija. Cirkonijeve zlitine z niobijem se uporabljajo kot obloge gorivnih elementov reaktorjev VVER in RBMK. Te zlitine so osnovni material montažnega kanala reaktorja RBMK. Za obloge gorivnih elementov se uporablja Zr + 1% Nb zlitina tipa N-1 E-110, Zr + 2.5% Nb zlitina tipa E{{5 }} se uporablja za cevi montažnih kanalov.
Zlitine cirkonija in kositra. Cirkonijeve zlitine, v katerih je kositer osnovni legirni element, zagotavljajo izboljšanje njihovih mehanskih lastnosti in so široko razširjene v ZDA. Skupna podskupina ima blagovno znamko Zircaloy. Pri zlitinah cirkonij-kositer se korozijska odpornost v vodi in pari zmanjša, kar povzroči potrebo po dodatnem legiranju.
Material obloge za nove zasnove goriva 17×17 prav tako temelji na cirkonijevo-niobijevih zlitinah (npr. Optimizirani material ZIRLO), za katere je bilo dokazano, da imajo izboljšano odpornost proti koroziji v primerjavi s prejšnjimi materiali obloge goriva. Optimizirana raven kositra zagotavlja zmanjšano stopnjo korozije, hkrati pa ohranja prednosti mehanske trdnosti in odpornosti na pospešeno korozijo zaradi nenormalnih kemičnih pogojev.
Stroški cirkonija
Z vidika stroškov so te zlitine pogosto izbrani materiali za toplotne izmenjevalnike in cevne sisteme za kemično predelovalno in jedrsko industrijo. Cirkonij je stranski produkt rudarjenja in predelave titanovih mineralov in kositra. Od leta 2003 do 2007, medtem ko so cene minerala cirkona vztrajno naraščale s 360 USD na 840 USD na tono, se je cena neobdelane kovine cirkonija znižala z 39.900 USD na 22.700 USD na tono. Kovinski cirkonij je veliko dražji od cirkona, ker so postopki redukcije dragi. Vsi stroški se bistveno razlikujejo z določeno čistostjo.
Proizvodnja cirkonija
Proizvodnja kovinskega cirkonija zahteva posebne tehnike zaradi posebnih kemičnih lastnosti cirkonija. Večina kovine Zr se proizvede iz cirkona (ZrSiO4) z redukcijo cirkonijevega klorida s kovino magnezija v postopku Kroll. Ključna značilnost Krollovega postopka je redukcija cirkonijevega klorida v kovinski cirkonij z magnezijem. Komercialni nejedrski cirkonij običajno vsebuje 1–5 % hafnija, katerega presek absorpcije nevtronov je 600x presek cirkonija. Za uporabo v reaktorjih je treba hafnij skoraj v celoti odstraniti (zmanjšati na < 0,02 % zlitine).
Cirkonijeve zlitine v jedrski industriji
Obloga goriva ima običajno notranji polmer rZr,2=0,408 cm in zunanji polmer rZr,1=0,465 cm.
Plašč goriva je zunanja plast gorivnih palic, ki stoji med hladilno tekočino reaktorja in jedrskim gorivom (tj. gorivne kroglice). Izdelan je iz materiala, odpornega proti koroziji, z nizkim absorpcijskim presekom toplotnih nevtronov (~ 0,18 × 10–24 cm2), običajno iz cirkonijeve zlitine. Obloga goriva ima običajno notranji polmer rZr,2=0,408 cm in zunanji polmer rZr,1=0,465 cm. V primerjavi s kurljivimi peleti v gorivnem ovoju skoraj ni toplote (oplašča se rahlo segreva). Vsa toplota, proizvedena v gorivu, se mora prenesti s prevodnostjo skozi ovoj; zato je notranja površina bolj vroča od zunanje površine.
Tipična sestava cirkonijevih zlitin jedrske kakovosti je več kot 95 odstotkov cirkonija in manj kot 2 % kositra, niobija, železa, kroma, niklja in drugih kovin, ki so dodane za izboljšanje mehanskih lastnosti in odpornosti proti koroziji. Do danes je bila najpogosteje uporabljena zlitina v PWR Zircaloy 4. Vendar pa jo trenutno nadomeščajo nove zlitine na osnovi cirkonija in niobija, ki kažejo boljšo odpornost proti koroziji. Najvišja temperatura, pri kateri se lahko uporabljajo cirkonijeve zlitine v vodno hlajenih reaktorjih, je odvisna od njihove odpornosti proti koroziji. Najpogostejše cirkonijeve zlitine, cirkaloj-2 in cirkaloj-4, vsebujejo močna stabilizatorja kositer in kisik ter stabilizatorje železo, krom in nikelj.
Zlitine tipa Zircalloy, v katerih je kositer osnovni legirni element, ki izboljšuje njihove mehanske lastnosti, so široko razširjene po vsem svetu. Vendar pa v tem primeru pride do zmanjšanja korozijske odpornosti v vodi in pari, kar povzroči potrebo po dodatnem legiranju. Izboljšanje, ki ga je povzročil dodatek niobija, verjetno vključuje drugačen mehanizem. Visoka korozijska odpornost kovin, legiranih z niobijem, v vodi in pari pri temperaturah 400–550 stopinj je posledica njihove sposobnosti pasivacije s tvorbo zaščitnih filmov.
Oksidacija cirkonijevih zlitin
Oksidacija cirkonijevih zlitin je eden najbolj raziskanih procesov v jedrski industriji. Pri oksidativni reakciji cirkonija z vodo se sprošča plin vodik, ki delno difundira v zlitino in tvori cirkonijeve hidride. Hidridi so manj gosti in mehansko šibkejši od zlitine; njihova tvorba povzroči nastajanje mehurčkov in pokanje obloge – pojav, znan kot vodikova krhkost. Medtem ko je veliko teh poročil napisanih za obravnavo reakcije goriva in pare s cirkonijevimi zlitinami v primeru jedrske nesreče, še vedno obstaja precejšnje število poročil, ki obravnavajo oksidacijo cirkonijevih zlitin pri zmernih temperaturah okoli 800 K in manj. .
Prihodnji potencial in razvoj cirkonijeve zlitine
Medtem ko industrija cirkonija in izdelkov iz cirkonijevih zlitin premika meje, se cirkonijeva zlitina pojavlja kot ključni akter pri oblikovanju prihodnosti industrijskih aplikacij. S svojo izjemno odpornostjo proti koroziji in visokotemperaturno stabilnostjo cirkonijeve zlitine utirajo pot prelomnim inovacijam v različnih sektorjih.
Stalna prizadevanja za raziskave in razvoj v tehnologiji cirkonijeve zlitine spodbujajo napredek v vesoljski industriji, industriji jedrske energije in kemični predelovalni industriji. Inženirji raziskujejo nove načine za izboljšanje trdnosti in vzdržljivosti cirkonijevih zlitin, kar odpira vrata še bolj raznolikim aplikacijam.
Poleg mehanskih lastnosti je cirkonijeva zlitina zaradi svoje biokompatibilnosti privlačna možnost za medicinske vsadke in pripomočke. Potencial za nadaljnjo rast na tem področju je obetaven, saj se raziskovalci poglabljajo v optimizacijo cirkonijevih zlitin za biomedicinske namene.
Z nenehnimi izboljšavami in odkritji na obzorju je prihodnost cirkonijeve zlitine videti svetla, saj še naprej spreminja industrijske procese in spodbuja inovacije.
Uporaba izdelkov iz cirkonijeve zlitine v industrijskih aplikacijah ponuja številne prednosti, zaradi katerih je zelo zaželen material za različne industrije. S svojo izjemno odpornostjo proti koroziji, visokotemperaturno trdnostjo in biokompatibilnostjo so cirkonijeve zlitine pripravljene igrati vse pomembnejšo vlogo pri oblikovanju prihodnosti industrijske proizvodnje in tehnologije.
Ker se razvoj in uporaba izdelkov iz cirkonijeve zlitine še naprej napredujeta, lahko pričakujemo še večje inovacije in napredek v panogah, ki segajo od vesoljske in zdravstvene oskrbe do proizvodnje jedrske energije. Zaradi vsestranskosti in zanesljivosti so cirkonijeve zlitine dragocena prednost pri premikanju meja možnega v industrijskih procesih.
Z izkoriščanjem edinstvenih lastnosti cirkonijevih zlitin lahko proizvajalci povečajo zmogljivost, izboljšajo učinkovitost, zmanjšajo stroške vzdrževanja in na koncu dosežejo uspeh na svojih področjih. Ko gledamo v prihodnost, je jasno, da bodo izdelki iz cirkonijeve zlitine še naprej v ospredju najsodobnejših industrijskih aplikacij po vsem svetu.
Cirkonijeve zlitine za izpolnjevanje zahtev materialov v fuziji
Materiali in zasnova fuzijskega reaktorja
Jedrska fuzija je bila v zadnjih letih obsežno raziskana zaradi njene zmožnosti ustvarjanja čiste energije brez širjenja radioaktivnih stranskih produktov. Pri fuziji sta dva elementa spojena skupaj, da sprostita energijo. Trenutno je najboljši kandidat za fuzijo reakcija devterij-tritij. Devterij in tritij sta dva izotopa vodika, ki pri spajanju ustvarjata helij, proste nevtrone in energijo. Trenutno se ocenjujejo načrti za fuzijske reaktorje DEMO, STEP in ITER.
V fuzijskem reaktorju se izzivi nevtronske učinkovitosti razlikujejo od fisijskih reakcij. Tritij je treba nenehno dopolnjevati, da se ohrani dolgoročna učinkovitost fuzijske reakcije. To se doseže z razmnoževanjem tritija z neelastičnim sipanjem nevtronov. Ker se reakcije odvijajo pri povišanih temperaturah in so podvržene termičnemu lezenju, so potrebni materiali, ki se lahko dobro obnesejo pri povišanih temperaturah, hkrati pa ohranjajo nizek presek toplotnih nevtronov.
Izbira materialov z vrhunskimi strukturnimi in toplotnimi lastnostmi je bistvena za varno in optimalno zasnovo komponent fuzijskih reaktorjev. Ključni element zasnove fuzijskega reaktorja je oplaščevalna odeja, ki ščiti reaktorske instrumente pred sevanjem. Odeje za razmnoževanje so sestavljene iz niza modulov, ki pokrivajo notranjost posode fuzijskega reaktorja in morajo vzdržati ekstremne temperature in intenzivne nevtronske tokove. Poleg tega zagotavlja maksimalno učinkovitost reaktorja.
Materiali, ki so bili raziskani kot kandidati za oblikovanje plemenske odeje, vključujejo zlitine in kompozite na osnovi vanadija, železa, silicija in kroma. Nedavne študije so pokazale, da je cirkonij (Zr) ugoden kandidat, če se uporablja kot strukturni material v prvi steni oplaščene odeje v DEMO podobnem reaktorju.
Prednosti cirkonija
Cirkonij se že približno šest desetletij uporablja kot material v aplikacijah fisijskih reaktorjev. Danes se številne cirkonijeve zlitine uporabljajo kot obloge goriva in sklopi v lahkovodnih fisijskih reaktorjih. Pogoste zlitine vključujejo Zr-2.5, ZIRLOTM in Zircaloy-2 in –4. Uspeh teh zlitin je v veliki meri posledica majhnega preseka njihove absorpcije toplotnih nevtronov v primerjavi z drugimi elementi strukturnega materiala.
Prednost majhnega preseka absorpcije toplotnih nevtronov je v tem, da omogoča večjo razpoložljivost nevtronov, kar ohranja kritičnost cepitvene reakcije. Druge materiale je treba dodatno obogatiti, kar je lahko finančno drago. Ker pa se fuzijske reakcije odvijajo pri povišanih temperaturah in je prisotno termično lezenje, ki se pojavi med delovanjem, so trenutne cirkonijeve zlitine nezadostne.
Raziskovanje trenutnih cirkonijevih zlitin in obravnavanje težav
V študiji, objavljeni v Journal of Nuclear Materials, so avtorji raziskali več trenutno komercialno dostopnih cirkonijevih zlitin, vključno z binarnimi zlitinami, kot so zlitine Zr-V in Zr-Si, kot tudi zlitine višjega reda, kot sta Zr-Nb-Ti in Zr-Mo-Sn. Ugotovljeno je bilo, da bi lahko z nadaljnjimi raziskavami zlitine višjega reda pokazale ugodne toplotne in strukturne lastnosti (kot sta trdnost in duktilnost), hkrati pa ohranile nizek presek toplotnih nevtronov.
Vendar trenutno obstajajo nepopolni podatki o učinkovitosti teh zlitin pri povišanih temperaturah, ki se pojavijo med delovanjem. V fuzijskem reaktorju lahko temperature zlahka dosežejo 500-700 oC. Pričakuje se, da bo kateri koli strukturni material, sestavljen iz cirkonijevih zlitin, pokazal vrhunske toplotne in mehanske lastnosti, če se uporablja v tekočih kovinah ali s helijem hlajenih plehkih odejah.
Pri raziskovanju trenutno razpoložljivih cirkonijevih zlitin so avtorji ugotovili, da bi uporaba Zr-4 kot oplaščenega strukturnega materiala opazno izboljšala razmerje razmnoževanja tritija. Čeprav je to znatno boljše od drugih kandidatov, kot je V-4Cr-4Ti, še vedno obstajajo težave s trdnostjo, odpornostjo proti termičnemu lezenju in lastnostmi utrujenosti pri povišanih temperaturah. Poleg tega lahko nečistoče povzročijo težave s krhkostjo, zaradi česar so potrebni pregradni premazi.
Naša tovarna
Podjetje Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) s sedežem v Baojiju v provinci Shaanxi, znanem kot Kitajska dolina titana, je bilo ustanovljeno leta 2019 z registriranim kapitalom 60 milijonov juanov. Podjetje je bilo združeno z Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. in Baoji Overflow Industrial Co., Ltd. Obe podjetji imata več kot 20 let izkušenj v industriji titana. Leta 2019 skupno ustanovljeno podjetje Baoji West Titanium Materials Co., Ltd pokriva predelavo in prodajo redkih kovin, kot so titanove tuljave, plošče, palice, žice in titanovi kovani izdelki.
pogosta vprašanja
Kot enega najbolj profesionalnih proizvajalcev in dobaviteljev cirkonijeve zlitine na Kitajskem nas odlikujejo kakovostni izdelki in konkurenčna cena. Kupite cirkonijevo zlitino za prodajo tukaj in pridobite ponudbo iz naše tovarne. Kontaktirajte nas za prilagojeno storitev.
