Els aliatges de zirconi són solucions sòlides de zirconi o altres metalls, un subgrup comú que té la marca comercial Zircaloy. El zirconi té una secció transversal d'absorció molt baixa de neutrons tèrmics, alta duresa, ductilitat i resistència a la corrosió.
Per què escollir-nos
Equipament avançat
Equipats amb fusió, forja, estampació, tall, mecanitzat i CNC, oferim processos per als productes finals.
Rica experiència
Amb més de 20 anys d'experiència, aconseguim prosperitat amb els nostres clients junts.
Control de qualitat
Des del VIM fins als productes, controlem la nostra qualitat a partir dels minerals.
Solució única
Més de 3,000 tones d'inventari i entreguem als nostres clients ràpidament.
Avantatges dels aliatges de zirconi
Alt punt de fusió:L'aliatge de zirconi té un punt de fusió elevat, que es pot utilitzar per processar i aplicar en ambients d'alta temperatura.
Resistencia a la corrosió:Els aliatges de zirconi tenen una excel·lent resistència a la corrosió i es poden utilitzar durant molt de temps en entorns durs, com ara àcid fort, àlcali fort, alta temperatura i alta pressió, de manera que s'utilitzen àmpliament en els camps de la indústria química, la indústria marina i nuclear.
Bona biocompatibilitat:L'aliatge de zirconi no provocarà rebuig quan entri en contacte amb teixits biològics, i es pot utilitzar en la fabricació de dispositius mèdics i articulacions artificials i altres materials mèdics, amb una bona biocompatibilitat.
Bones propietats mecàniques:L'aliatge de zirconi té excel·lents propietats mecàniques, com ara alta resistència, alta duresa, alta tenacitat i alta resistència al desgast, etc., que es poden utilitzar per fabricar peces i eines mecàniques d'alta qualitat.
Secció transversal de baixa absorció de neutrons tèrmics:L'aliatge de zirconi té una secció transversal d'absorció de neutrons tèrmica molt baixa, que es pot utilitzar com a materials estructurals bàsics per a reactors nuclears, com ara revestiment de combustible, tubs de pressió, stents i tubs d'orifici.
Per a què serveix l'aliatge de zirconi? Nuclear i més
El nombre atòmic del zirconi és 40, amb el símbol de l'element Zr. L'element de zirconi té un aspecte de metall platejat i la densitat és de 6,52 g/cm3. El Zr té una secció transversal d'adsorció de neutrons molt petita i un punt de fusió relativament alt (1855 graus o 3371 graus F), fent que el zirconi sigui un gran material per a barres d'energia nuclear. A la dècada de 1990, aproximadament el 90% del zirconi produït cada any era consumit per la indústria nuclear. Tanmateix, a mesura que més i més persones es familiaritzen amb Zr i el seu compost, s'han trobat més aplicacions.
El diòxid de zirconi, o zirconi, és un compost de zirconi molt important. ZrO2 pot ser matèries primeres per a ceràmica tècnica, que té una gran duresa i resistència al desgast. La zirconia també pot tenir forma de cristall transparent i és extremadament dura, com els diamants. Així, els elements de zirconi també es poden trobar als jueus, com ara anells de zirconi i corones de zirconi, etc.
El zirconi metàl·lic i els aliatges de zirconi tenen avantatges en entorns químics especialitzats, principalment àcids acètics i clorhídrics. La resistència a la corrosió del zirconi prové d'un òxid fortament adherit que es forma gairebé instantàniament. Com a resultat, el zirconi s'ha utilitzat per fabricar components d'elèctrodes, cargols de brida, tubs i barres per a aplicacions especials. Els productes de zirconi també tenen àmplies aplicacions en equips mèdics, com ara implants de zirconi.
També s'ha trobat que els materials a base de zirconi tenen algunes propietats especials. El zirconi s'ha utilitzat per fabricar materials superconductors d'alta temperatura i sovint s'utilitzen barres de cristall Zr com a matèria primera. Els aliatges de zirconi també es consideren materials prometedors per al metall amorf comercial, també anomenat vidre metàl·lic. En comparació amb els materials metàl·lics comuns, el metall amorf no té límits de gra, el que condueix a una millor resistència al desgast i duresa. A més, els metalls amorfs no tenen corrosió del límit del gra i es podrien formar per calor. Per fer l'estat amorf, els aliatges fosos s'han de refredar ràpidament. En general, la velocitat ha de ser de milions de K/s, els aliatges basats en Zr desenvolupats recentment podrien fer que sigui d'uns 1K/s.
Es preveu que la demanda de zirconi augmenti en els propers anys a causa de la demanda de centrals nuclears a tot el món. Tanmateix, només unes poques grans empreses tenen la tecnologia necessària per fabricar materials de zirconi a nivell nuclear, i la gran inversió dificulta l'entrada de nous jugadors. Tot i que la indústria nuclear encara consumeix una gran part del zirconi produït cada any, les últimes dècades s'han desenvolupat ràpidament aplicacions en altres camps, com la ceràmica.
El zirconi pur és un metall de transició brillant, gris-blanc i fort que s'assembla en menor mesura a l'hafni i al titani. El zirconi s'utilitza principalment com a refractari i opacificant, encara que s'utilitzen petites quantitats com a agent d'aliatge per la seva forta resistència a la corrosió. El zirconi i els seus aliatges s'utilitzen àmpliament com a revestiment per als combustibles dels reactors nuclears. El zirconi aliat amb niobi o estany té excel·lents propietats de corrosió.
L'alta resistència a la corrosió dels aliatges de zirconi resulta de la formació natural d'un òxid dens i estable a la superfície del metall. Aquesta pel·lícula és autocurativa. Creix lentament a temperatures de fins a aproximadament 550 graus (1020 graus F) i es manté fortament adherent. La propietat desitjada d'aquests aliatges també és una baixa secció transversal de captura de neutrons. Els desavantatges del zirconi són propietats de baixa resistència i baixa resistència a la calor, que es poden eliminar, per exemple, mitjançant l'aliatge amb niobi.
Aliatges de zirconi – niobi. Els aliatges de zirconi amb niobi s'utilitzen com a revestiments dels elements combustibles dels reactors VVER i RBMK. Aquests aliatges són el material bàsic del canal de muntatge del reactor RBMK. L'aliatge Zr + 1% Nb de tipus N-1 E{-110 s'utilitza per a revestiments d'elements de combustible, i l'aliatge Zr + 2,5% Nb de tipus E{{5 }} s'aplica per a tubs de canals de muntatge.
Zirconi - Aliatges d'estany. Els aliatges de zirconi, en els quals l'estany és l'element bàsic d'aliatge, aporten una millora de les seves propietats mecàniques i tenen una àmplia distribució als EUA. Un subgrup comú té la marca registrada Zircaloy. En el cas dels aliatges de zirconi-estany, la resistència a la corrosió en aigua i vapor es redueix, donant lloc a la necessitat d'un aliatge addicional.
El material de revestiment per als nous dissenys de combustible 17×17 també es basa en els aliatges de zirconi i niobi (per exemple, el material ZIRLO optimitzat), que s'ha demostrat que tenen una resistència a la corrosió millorada en comparació amb els materials de revestiment de combustible anteriors. El nivell d'estany optimitzat proporciona una taxa de corrosió reduïda alhora que manté els beneficis de la resistència mecànica i la resistència a la corrosió accelerada de condicions químiques anormals.
Costos del zirconi
Pel que fa al cost, aquests aliatges solen ser els materials escollits per als intercanviadors de calor i els sistemes de canonades per a les indústries de processament químic i nuclear. El zirconi és un subproducte de la mineria i el processament de minerals de titani i la mineria d'estany. Del 2003 al 2007, mentre que els preus del zircó mineral van augmentar constantment de 360 a 840 dòlars per tona, el preu del zirconi sense forjar va disminuir de 39.900 a 22.700 dòlars per tona. El zirconi metàl·lic és molt més car que el zircó perquè els processos de reducció són costosos. Tots els costos varien significativament amb una certa puresa.
Producció de zirconi
La producció de zirconi metàl·lic requereix tècniques especials a causa de les particulars propietats químiques del zirconi. La majoria del metall Zr es produeix a partir de zircó (ZrSiO4) reduint el clorur de zirconi amb metall de magnesi en el procés Kroll. La característica clau del procés Kroll és la reducció del clorur de zirconi a zirconi metàl·lic mitjançant magnesi. El zirconi de grau comercial no nuclear normalment conté entre l'1 i el 5% d'hafni, la secció transversal d'absorció de neutrons és 600 vegades la del zirconi. L'hafni s'ha d'eliminar gairebé completament (reduir-se a < 0,02% de l'aliatge) per a aplicacions al reactor.
Aliatges de zirconi a la indústria nuclear
El revestiment del combustible té normalment un radi interior de rZr, 2=0,408 cm i un radi exterior rZr,1=0,465 cm.
El revestiment de combustible és la capa exterior de les barres de combustible, que es troba entre el refrigerant del reactor i el combustible nuclear (és a dir, pellets de combustible). Està fet de material resistent a la corrosió amb una secció transversal de baixa absorció per als neutrons tèrmics (~ 0,18 × 10–24 cm2), normalment aliatge de zirconi. El revestiment del combustible té normalment un radi interior de rZr,2=0,408 cm i un radi exterior rZr,1=0,465 cm. En comparació amb el pellet de combustible, gairebé no hi ha generació de calor al revestiment del combustible (el revestiment s'escalfa lleugerament per radiació). Tota la calor generada en el combustible s'ha de transferir per conducció a través del revestiment; per tant, la superfície interior és més calenta que la superfície exterior.
Una composició típica dels aliatges de zirconi de grau nuclear és més del 95% de zirconi i menys del 2% d'estany, niobi, ferro, crom, níquel i altres metalls, que s'afegeixen per millorar les propietats mecàniques i la resistència a la corrosió. Fins ara, l'aliatge més utilitzat en els PWR ha estat el Zircaloy 4. No obstant això, actualment, aquest està sent substituït per nous aliatges basats en zirconi-niobi, que presenten una millor resistència a la corrosió. La temperatura màxima a la qual els aliatges de zirconi es poden utilitzar en reactors refrigerats per aigua depèn de la seva resistència a la corrosió. Els aliatges de zirconi més comuns, Zircaloy-2 i Zircaloy{-4, contenen els estabilitzadors forts estany i oxigen, a més dels estabilitzadors ferro, crom i níquel.
Els aliatges del tipus Zircalloy, en què l'estany és l'element bàsic d'aliatge que millora les seves propietats mecàniques, tenen una àmplia distribució a tot el món. No obstant això, en aquest cas, es produeix una disminució de la resistència a la corrosió en aigua i vapor, el que resulta en la necessitat d'un aliatge addicional. La millora provocada per l'additiu niobi probablement implica un mecanisme diferent. L'alta resistència a la corrosió dels metalls aliats de niobi en aigua i vapor a temperatures de 400-550 graus és causada per la seva capacitat de passivació amb la formació de pel·lícules protectores.
Oxidació d'aliatges de zirconi
L'oxidació d'aliatges de zirconi és un dels processos més estudiats a la indústria nuclear. La reacció oxidativa del zirconi amb l'aigua allibera gas hidrogen, que es difon parcialment a l'aliatge i forma hidrurs de zirconi. Els hidrurs són menys densos i són més febles mecànicament que l'aliatge; la seva formació dóna lloc a butllofes i esquerdes del revestiment, un fenomen conegut com a fragilitat per hidrogen. Tot i que molts d'aquests informes estan escrits per abordar la reacció del combustible i el vapor amb aliatges de zirconi en el cas d'un accident nuclear, encara hi ha un nombre substancial d'informes que tracten de l'oxidació d'aliatges de zirconi a temperatures moderades d'uns 800 K i per sota. .
Potencial futur i desenvolupament de l'aliatge de zirconi
A mesura que les indústries del zirconi i els productes d'aliatge de zirconi van superar els límits, l'aliatge de zirconi emergeix com un actor clau en la configuració del futur de les aplicacions industrials. Amb la seva excepcional resistència a la corrosió i estabilitat a altes temperatures, els aliatges de zirconi estan obrint el camí per a innovacions innovadores en diversos sectors.
Els esforços de recerca i desenvolupament en curs en tecnologia d'aliatge de zirconi estan impulsant els avenços en les indústries aeroespacial, nuclear i de processament químic. Els enginyers estan explorant noves maneres de millorar la resistència i la durabilitat dels aliatges de zirconi, obrint les portes a aplicacions encara més diverses.
A més de les seves propietats mecàniques, la biocompatibilitat de l'aliatge de zirconi el converteix en una opció atractiva per a implants i dispositius mèdics. El potencial de creixement en aquesta àrea és prometedor, ja que els investigadors aprofundeixen en l'optimització dels aliatges de zirconi amb finalitats biomèdiques.
Amb les contínues millores i descobriments a l'horitzó, el futur de l'aliatge de zirconi sembla brillant mentre continua revolucionant els processos industrials i impulsant la innovació.
L'ús de productes d'aliatge de zirconi en aplicacions industrials ofereix una multitud d'avantatges que el converteixen en un material molt desitjable per a diverses indústries. Amb la seva excepcional resistència a la corrosió, resistència a les altes temperatures i biocompatibilitat, els aliatges de zirconi estan a punt per jugar un paper cada cop més important en la configuració del futur de la fabricació i la tecnologia industrials.
A mesura que es continuen fent avenços en el desenvolupament i l'aplicació de productes d'aliatge de zirconi, podem esperar veure una innovació i un progrés encara més grans en indústries que van des de l'aeroespacial i la sanitat fins a la generació d'energia nuclear. La versatilitat i fiabilitat dels aliatges de zirconi els converteixen en un actiu valuós per superar els límits del que és possible dins dels processos industrials.
Aprofitant les propietats úniques dels aliatges de zirconi, els fabricants poden millorar el rendiment, millorar l'eficiència, reduir els costos de manteniment i, finalment, impulsar l'èxit en els seus respectius camps. A mesura que mirem cap al futur, és evident que els productes d'aliatge de zirconi continuaran a l'avantguarda de les aplicacions industrials d'avantguarda a tot el món.
Aliatges de zirconi per satisfer les demandes de materials en fusió
Disseny de materials i reactors de fusió
La fusió nuclear s'ha investigat àmpliament en els últims anys a causa de la seva capacitat per crear energia neta sense la proliferació de subproductes radioactius. En la fusió, dos elements es fusionen per alliberar energia. Actualment, el millor candidat per a la fusió és una reacció deuteri-triti. El deuteri i el triti són dos isòtops de l'hidrogen, que quan es fusionen creen heli, neutrons lliures i energia. Actualment, els dissenys que s'estan avaluant per als reactors de fusió són DEMO, STEP i ITER.
En un reactor de fusió, els reptes d'eficiència dels neutrons són diferents de les reaccions de fissió. El triti s'ha de reposar constantment per mantenir l'eficiència a llarg termini de la reacció de fusió. Això s'aconsegueix reproduint el triti mitjançant la dispersió inelàstica de neutrons. Com que les reaccions es produeixen a temperatures elevades i estan subjectes a fluïdesa tèrmica, es requereixen materials que puguin funcionar bé a temperatures elevades mantenint una baixa secció transversal de neutrons tèrmics.
La selecció de materials amb propietats estructurals i tèrmiques superiors és essencial per al disseny segur i òptim dels components del reactor de fusió. Un element clau del disseny del reactor de fusió és la manta reproductora, que protegeix els instruments del reactor de la radiació. Les mantes reproductores es componen d'un conjunt de mòduls que cobreixen l'interior del recipient del reactor de fusió i han de suportar temperatures extremes i fluxos de neutrons intensos. A més, garanteix la màxima eficiència del reactor.
Els materials que s'han explorat com a candidats per al disseny de manta de criador inclouen aliatges i compostos a base de vanadi, ferro, silici i crom. Estudis recents han demostrat que el zirconi (Zr) és un candidat avantatjós si s'utilitza com a material estructural a la primera paret d'una manta reproductora en un reactor de tipus DEMO.
Avantatges del zirconi
El zirconi ja s'ha utilitzat com a material en aplicacions de reactors de fissió durant aproximadament sis dècades. Avui en dia, molts aliatges de zirconi s'utilitzen com a revestiments de combustible i conjunts en reactors de fissió d'aigua lleugera. Els aliatges comuns inclouen Zr-2.5, ZIRLOTM i Zircaloy-2 i –4. L'èxit d'aquests aliatges s'ha degut en gran mesura a la petita secció transversal de la seva absorció de neutrons tèrmics, en relació amb altres elements materials estructurals.
L'avantatge d'una petita secció transversal d'absorció de neutrons tèrmics és que permet una major disponibilitat de neutrons, la qual cosa manté la criticitat de la reacció de fissió. Altres materials necessiten un enriquiment addicional, que pot ser econòmicament costós. Tanmateix, com que les reaccions de fusió es produeixen a temperatures elevades i hi ha una fluència tèrmica inherent que es produeix durant el funcionament, els aliatges de zirconi actuals són insuficients.
Investigant els aliatges de zirconi actuals i abordant els problemes
En l'estudi publicat al Journal of Nuclear Materials, els autors han investigat diversos aliatges de zirconi disponibles comercialment actualment, inclosos aliatges binaris com ara Zr-V i Zr-Si, així com aliatges d'ordre superior com Zr-Nb-Ti i Zr-Mo-Sn. Es va concloure que amb més investigacions, els aliatges d'ordre superior podrien mostrar propietats tèrmiques i estructurals avantatjoses (com la resistència i la ductilitat) mantenint una baixa secció transversal de neutrons tèrmics.
Tanmateix, actualment, hi ha dades incompletes sobre el rendiment d'aquests aliatges a temperatures elevades que es produeixen durant el funcionament. En un reactor de fusió, les temperatures podrien arribar fàcilment a 500-700 oC. S'espera que qualsevol material estructural compost d'aliatges de zirconi mostri propietats tèrmiques i mecàniques superiors quan s'utilitza en mantes de reproducció refrigerades per metall líquid o heli.
Investigant els aliatges de zirconi disponibles actualment, els autors van concloure que l'ús de Zr-4 com a material estructural de manta de criador milloraria notablement la proporció de reproducció del triti. Tot i que això és molt millor que altres candidats com ara V-4Cr-4Ti, encara hi ha problemes amb la resistència, la resistència a la fluència tèrmica i les propietats de fatiga a temperatures elevades. A més, les impureses poden causar problemes de fragilitat, facilitant la necessitat de recobriments de barrera.
La nostra fàbrica
Situat a Baoji, província de Shaanxi, coneguda com la Vall de titani de la Xina, Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) es va establir el 2019 amb un capital social de 60 milions de iuans. L'empresa es va fusionar amb Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. i Baoji Overflow Industrial Co., Ltd, ambdues empreses tenen més de 20 anys d'experiència en la indústria del titani. El 2019, el negoci de Baoji West Titanium Materials Co., Ltd establert conjuntament cobreix el processament i la venda de metalls rars com ara bobines, plaques, barres, filferros i forja de titani.
Preguntes freqüents
Com un dels fabricants i proveïdors d'aliatge de zirconi més professionals a la Xina, ens presentem productes de qualitat i preus competitius. Sigui lliure de comprar un aliatge de zirconi per a la venda aquí i obtenir un pressupost de la nostra fàbrica. Poseu-vos en contacte amb nosaltres per obtenir un servei personalitzat.
