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锆合金及制品在钢铁、化工、原子能领域的应用

发布时间:2020-02-25 22:26:36 浏览次数 :

锆的总消费的 90%左右是锆萤石、氧化物或其他锆的化合物形式,另外一部分为金属锆、铪及其合金的形式,主要应用有以下几个方面:

1)原子能工业

锆合金具有优良的耐蚀性,耐高温性、极低的热中子吸收截面,是包套材料的结构材料 Zr-2 和 Zr-4。铪具有比锆更高的耐蚀性、耐高温性能和较高的热中子吸收截面,,是理想的防中子辐射材料,用于这方面的必须是原子能级。

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2)钢铁工业

在钢中加入锆能改善钢的性能,对氧、氮和硫有较强的吸附作用,锆与氮作用可改善钢的时效硬化性质,锆的脱氧作用可减慢钢粒度的增长速度,应用于低合金钢、装甲钢、武器钢、不锈钢、高温钢中。含锆合金可作为灰口铸铁的改良剂,提高铸铁的机械性能;

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3)有色金属

镁中加入锆,减慢镁的增长速度,提高镁合金的结构性能,及在330-350℃下的耐蚀性。铜中加入锆(0.1-5%),不影响导电性的前提下大大增加机械性能,锆铜合金可用作点焊电极和高强度导线。锆铪铌碳化物切削刀具方面应用发展较快,钽、铌、钼、钨合金中加入少量铪和碳,可形成弥散第二相,制成高温合金。

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4)化学工业

锆是一种活性金属,很容易产生氧化反应,如在室温下就能和空气里的氧起反应,形成一层氧化保护膜,这层保护膜给了锆和锆合金最好的防腐能力。此氧化膜可以通过热处理工艺进一步加强,表面显微硬度大致可以达到维氏硬度 480HV,处理适当的加强氧化膜如同优良的轴承面,可以抵御各种不同腐蚀介质的腐蚀,给高速系统设备带来相当强的耐磨能力,同时也给某些高腐蚀环境带来强大的抗腐蚀能力。

从化学性方面来讲,防腐性越强,不起反应的氧化膜耐腐蚀能力越强;从热力学来讲,热力学上越稳定,越能持久稳定的成型,受损后自身修复得越快,稳定的氧化膜是可靠的保持连续和全面覆盖的膜。锆最早应用于 H2O2 生产中,浓缩 75%浓硫酸中的锆制管壳式热交换器替代石墨换热器;丙烯酸纤维和丙烯酸膜生产,甲萘酚水解的反应釜(15atm 下 220℃的 20%H2SO4)中使用,还原蓝生产中间体二氯蒽醌分解釜(小于 100℃的 5-10%H2SO4 和浓度小于 15%HCL)的搅拌器。

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橡胶中间体异丁烯生产中直径达 2m 的锆反应釜;锆在有关 HCL 中的应用主要有:浓盐酸和聚合物的生产中,偶氮燃料生产中换热器、泵、搅拌桨等,纤维素破断和氯化乙烯的聚合过程,室温到 300℃的 HI 介质中;锆在硝酸系统中的应用:浓缩 57-67%浓硝酸的浓缩柱和再沸器,205℃生产 65%硝酸的 27 吨大型锆换热器,U 型冷却器处理 98.5-99%的硝酸;锆在盐酸或硫酸与碱液交替接触的过程中的锆反应釜,尿素生产中采用锆反应塔和换热器,高温高压下应用,更高的 CO2 和尿素转化率;150℃的氯化烃环境中,锆制蒸馏塔及安全又经济;在锆萃取工艺中,锆可耐诸如甲异丁酮、HCL、硫氰化氨、硫酸和二氯化氧锆等工艺过程中的所有介质腐蚀。

工业级锆及其合金可在热交换器、阀门、泵壳、叶轮、高速搅拌器、蒸汽喷嘴、喷丝头等部件中。

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