[发明专利]一种高强度锆合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锆合金，包含以下质量百分比的组分：铌：2.0～3.0％，铪：0.01～5.0％，铝：0.30～2.84％，钛：0.10～2.69％，余量为锆。该锆合金通过以下方法制备得到：(1)将合金原料压制成型，得到单块电极；(2)将所述步骤(1)中得到的单块电极组焊成自耗电极；(3)将所述步骤(2)中得到的自耗电极进行真空自耗熔炼，得到高强度锆合金。本发明中所述锆合金具有高强度、高塑性和低成本的特点。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，特别涉及一种高强度锆合金及其制备方法。

背景技术

锆元素在地壳中的含量十分丰富，按丰度来计算，其含量已然超过了Ni、Cu、Sn、Co等元素，金属锆具有较低的热中子吸收截面积(仅次于Be和Mg)，良好的热辐照性能及优异的耐腐蚀特性，常用作核反应堆结构材料，核用锆合金所用原料为锆铪分离的原子能级海绵锆，铪伴生于锆矿石，分离成本极高，并且核用锆合金侧重的是锆合金的耐高温高压及腐蚀性能，对其力学性能要求不高。若想要拓展锆合金的使用领域，将锆合金应用于结构材料，目前的锆合金强度并不能满足结构材料的使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强度的锆合金及其制备方法，本发明提供的锆合金具有良好的塑性和较高的强度，且制备成本低。

具体提供了以下技术方案：

本发明提供了一种高强度锆合金，其包含以下质量百分比的组分：铌：2.0～3.0％，铪：0.01～5.0％，铝：0.30～2.84％，钛：0.10～2.69％，余量为锆。

优选的，所述锆合金包含以下质量百分比的组分：铌：2.5～2.8％，铪：0.5～1.5％，铝：1.00～2.00％，钛：0.50～1.50％，余量为锆。

本发明还提供了上述方案所述高强度锆合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铌源、铝源、钛源和工业级海绵锆破碎后压制成型，得到单块电极；所述工业级海绵锆中包括铪元素，铪元素与锆元素为伴生关系；

(2)将步骤(1)中得到的单块电极组焊成自耗电极；

(3)将步骤(2)中得到的自耗电极进行真空自耗熔炼即得所述锆合金。

优选的，所述铌源为锆铌中间合金和/或金属铌。

优选的，所述铝源为锆铝中间合金和/或金属铝。

优选的，所述钛源为锆钛中间合金和/或工业级海绵钛。

优选的，所述真空自耗熔炼的参数为：坩埚比为0.63～0.88d·D^-1，熔炼真空度为10^-3～10^-2Pa，熔炼电压为30～42V，熔炼电流为180～370DA，熔化系数为0.9～1.5kg·(kA·min)^-1。

优选的，所述真空自耗熔炼的次数优选为2～3次。

有益效果：本发明提供了一种高强度锆合金，包含以下质量百分比的组分：铌：2.0～3.0％，铪：0.01～5.0％，铝：0.30～2.84％，钛：0.10～2.69％，余量为锆。本发明通过添加金属Ti与Hf、Zr产生了固溶强化作用，提高锆合金强度的同时降低了成本；通过添加金属Nb，减少了锆合金的吸氢现象，在锆合金中形成的β相提高了合金塑性并降低弹性模量；铝对锆合金有很强的强化作用，可以提高锆合金强度，同时铝也是一种α相稳定元素，可以提高合金的相变温度，Al元素的添加有利于合金在α单相区和双相区变形以及初生相的动态球化。因此，本申请通过在锆合金中添加Nb、Al、Ti元素，降低了合金成本，提高了合金的整体强度。