3、高強韌鋯合金的實踐

3.1在航天領域的實踐

在航天領域中，高強韌鋯合金綜合性能測試結(jié)果表明，鋯合金耐輻射、適應空間低溫、耐輻照、耐磨損、超高真空功能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)合金，因此，可將其應用在航天領域空間機構(gòu)構(gòu)件組成方面。以高強韌鋯合金Zr45Ti5Al3V為例，其合金基體硬度、抗拉強度分別為HRC42、1400MPa，延伸率為10%，核心表層處理后抗拉強度為1500MPa，滿足航空空間機構(gòu)組成結(jié)構(gòu)材料性能需求。另外，高強韌合金在航天領域具體實踐中，相關人員通過調(diào)整空間環(huán)境，對鋯合金構(gòu)件樣品展開測試，以分析其在航天領域?qū)嵺`價值，具體測試流程如下:

第一，使用帶電粒子創(chuàng)設輻照條件，待合金輻照后測試合金樣品表面磨損、力學性能、納米硬度。測試結(jié)果表明高強韌合金在空間機構(gòu)所處環(huán)境中，經(jīng)輻照后同樣能夠可靠使用。

第二，原子氧暴露后，經(jīng)檢測高強韌合金抗磨損、抗腐蝕能力明顯增強，而利用3~9km/s的細小物質(zhì)對合金樣品展開高速沖擊試驗后，合金會相繼產(chǎn)生塑性變形、再結(jié)晶情況，即合金在變形后可在高溫條件支撐下再次結(jié)晶、表層硬化，以抗擊外部環(huán)境中細小物質(zhì)的沖擊。

第三，將試驗溫度調(diào)整為零下100℃評估合金樣品抗拉強度，拉伸試驗表明，高強韌合金樣品抗拉強度為1700MPa，延伸率為5%~7%。當溫度條件改變?yōu)榱阆?00℃到100℃時，鋯合金抗拉強度變化幅度小,熱膨脹系數(shù)約為6.5x10^6K-1,可使航天空間機構(gòu)中活動部件處于高精度運行狀態(tài)。

基于上述，航天領域中空間機構(gòu)運行中，高強韌鋯合金在低溫、帶電粒子輻照、原子氧侵蝕影響同樣能夠正常服役。因此,相關人員在優(yōu)化高強韌鋯合金制備方案前提下,成功制造空間結(jié)構(gòu)活動部件,鋯合金實踐范圍不斷擴大,可有效解決航天領域空間機構(gòu)材料使用的限制性問題。

3.2在核電領域的實踐

核能屬于清潔型能源，經(jīng)濟性特點突出，核電領域中核動力裝置安全、穩(wěn)定性與核電裝置包殼材料綜合性能息息相關。高強韌鋯合金作為堆芯材料之一，其在核電領域?qū)嵺`中可作為包殼材料確保核反應堆高效、安全運行。具體來說,高強韌鋯合金憑借自身耐輻照、抗腐蝕等優(yōu)異性能,用于核工業(yè)廢水處理、核電站建造中。鋯合金在核電領域滲透的初始階段，我國核電站所用高強韌鋯合金包括M5合金、Zirlo合金、E110合金。但是自2015年后，為實現(xiàn)鋯合金國產(chǎn)化發(fā)展目標，我國鋯合金研究力度不斷強化，且資金投入增加。并且隨著NZ2、NZ8鋯合金研究的深入，我國已經(jīng)研發(fā)出可滿足核電站燃料損耗控制要求的鋯合金，并在2020年可逐步取代進口鋯合金材料，使高強韌鋯合金可成功應用在國內(nèi)核電領域，繼而使核電領域中高強韌鋯合金獲得自主知識產(chǎn)權(quán)，改變國外壟斷高強韌鋯合金包殼材料生產(chǎn)技術的局面。

3.3在化工領域的實踐

化工領域中，高強韌鋯合金多用于工業(yè)廢水處理、廢氣凈化、甲醇回收裝置制造中，逐步替代傳統(tǒng)合金材料，并且在高強韌鋯合金使用中，裝置使用年限明顯增加，是裝置原有年限的3~6倍。具體來說，高強韌鋯合金在化工領域?qū)嵺`中，可作為反應器、加工管道閥門、傳動設備的主要材料，用以完善各裝置力學性能。一方面，高強韌鋯合金抗腐蝕性能支持下可用于醋酸、塑料等行業(yè)化工設備制造，如生產(chǎn)熱交換器、閥門、反應器、管道等。據(jù)了解，我國在化工領域中塑料行業(yè)生產(chǎn)中所用鋯合金材料約有500t，并且某企業(yè)使用高強韌鋯合金所生的Zr-3鋯板(管)材，屬于工業(yè)級鋯合金，整體質(zhì)量可滿足化工生產(chǎn)中壓力容器基本要求，且與國外鋯合金質(zhì)量相當。因此，國內(nèi)高強韌鋯合金在實踐中，已經(jīng)逐步替代進口產(chǎn)品、鋯合金材料，被用于建造化工領域內(nèi)的壓力容器、處理裝置。另一方面，鋯合金不僅耐蝕性較強，且傳熱性能、力學性能良好，可在石油化工領域中作為工業(yè)產(chǎn)品耐蝕結(jié)構(gòu)材料，輔助攪拌器、噴霧器、除霧器、熱交換器設備加工，同時憑借自身成本優(yōu)勢，可作為化工產(chǎn)品主材料。

4、結(jié)語

綜上所述，鋯合金在各領域的普及性提高，對我國化工、核電、航天領域內(nèi)部建設意義重大。但由于傳統(tǒng)鋯合金力學性能尚未完善，限制著鋯合金在各領域的實踐，導致鋯合金應用價值難以體現(xiàn)。隨著高強韌鋯合金的研發(fā)與運用,鋯合金支撐下的工業(yè)設備及產(chǎn)品綜合性能不斷完善，使得鋯合金在各領域的實踐范圍越來越廣泛。因此，為推動我國工業(yè)文明發(fā)展，在選擇合適的鋯合金合金元素的基礎上，深入研究高強韌鋯合金的制備工藝是重中之重。

參考文獻:

[1]鐘海燕,袁孚勝.高強高導銅鉻鋯合金的市場現(xiàn)狀分析[J].有色冶金設計與研究,2019(01):32-34.

[2]周云凱.Zr-Ti二元合金的強韌化及其組織演變[D].秦皇島:燕山大學,2015.

（注，原文標題：高強韌鋯合金發(fā)展現(xiàn)狀與實踐探析_馬天洋）