在高溫水和蒸氣中的耐蝕性
鋯及其合金在高溫水和蒸汽中具有良好的耐蝕性,低于400℃以下時,沒有顯著的腐蝕。在核工業(yè)中,鋯作為燃料軸的色套和其它構(gòu)件已在水冷核反應堆中長期有效的使用。單鋯中雜質(zhì)含量過高,特別是當?shù)吞嫉暮砍^40×10-6和3×10-6時腐蝕速度就會顯著增加,就會在較低溫度下產(chǎn)生剝離腐蝕。為此研制開發(fā)了Zr-2、Zr-4、Zr-2.5Nb、和Zr-1Nb等合金。
鋯的耐酸腐蝕性
鋯極耐鹽酸腐蝕。工業(yè)純鋯在所有的沸騰的所有濃度鹽酸中,腐蝕速率均小于0.025mm/a。溫度升高,腐蝕速率。高溫加壓試驗表明,雜質(zhì)對鋯在高溫鹽酸中耐蝕性有較大影響如碘化法鋯、原子能級鋯、高純工業(yè)鋯和低純工業(yè)鋯四種材料在200℃、20%鹽酸中腐蝕速率依次為0.22mm/a、0.41 mm/a、1.04 mm/a和1.40 mm/a。而且低純工業(yè)鋯發(fā)現(xiàn)有晶間腐蝕。由此可見,鋯中作為雜質(zhì)的碳、鐵、鎳、鉻、錳和硅對其耐腐蝕性十分有害,而少量鉿并無影響。同時,鋯對鹽酸中的雜質(zhì)也十分敏感。鐵和硫離子也會顯著增加全面腐蝕和促進孔蝕。如在含50×10-6鐵離子的20%的沸騰鹽酸中,可使腐蝕速率增加一個數(shù)量級。若含50×10-6的銅離子也有類似結(jié)果,還可能出現(xiàn)鋯脆或應力腐蝕破壞。
鋯在CO和CO2氣氛中,分別于800℃和1000℃開始反應,不僅形成ZrO2,也形成鋯的碳化物。鋯在CO和CO2中的耐蝕性限制了它在500℃或在更低溫度下氣冷反應堆中的應用。
和鈦不同,鋯在濕中遭到劇烈腐蝕,但是在干中不受腐蝕。在200~400℃范圍內(nèi),鋯地和所有鹵素反應,形成易揮發(fā)的鹵化物。
鋯能許多熔鹽和液態(tài)金屬的腐蝕,其腐蝕速率和熔體中雜志的氣體含量(尤其是氧、氮、氫)有關(guān)。鋯在600℃鉛、800℃鋰、100℃鋰、100℃汞和600℃鈉中,腐蝕速率均小于0.025mm/a。
(3)鋯的耐堿和氯化物的腐蝕性能
鋯對苛性堿的耐蝕性超過了鉭、鈮、鈦,還有像四氟乙烯、石墨、玻璃等也不耐強堿腐蝕,這是其特的特性。鋯在所有濃度直至沸騰溫度的苛性堿溶液都耐腐蝕。但熔融堿中有輕微腐蝕。如鋯在沸騰的NaOH溶液中,U形彎曲試樣表明:溫度從150℃升高至300℃,含量從50%升至85%,實驗二十天后未出現(xiàn)裂紋,并保持原有延展性。
鋯在金屬氯化物溶液中的腐蝕性為取決于氯化物溶液的性質(zhì)。對氧化性的金屬氯化物,鋯通常不耐蝕,如氯化鐵和氯化銅,即使5%的含量,100℃也會產(chǎn)生腐蝕脆化,但對還原性的、氯化錫、氯化錳、氯化鎳、、氯化鋅、、以及海水中是耐蝕的。鋯在25%氯化鋁在沸騰的大于55%的氯化鈣中不耐蝕。在高溫酸性氯化物溶液中,鋯不會產(chǎn)生縫隙腐蝕。在沸騰的42%MgCL2溶液中,U形彎曲試樣不發(fā)生開裂,這在常用金屬中是很難得的性能。
鋯粉在空氣中易燃燒,可作引爆及無煙。
鋯可用于鋼脫氧去硫的添加劑,也是裝甲鋼、大炮用鋼、不銹鋼及耐熱鋼的組元。
鋯是鎂合金的重要合金元素,能提高鎂合抗拉強度和加工性能。鋯還是鋁鎂合金的變質(zhì)劑,能細化晶粒。
二氧化鋯和鋯英石是耐火材料中有價值的化合物。二氧化鋯是新型陶瓷的主要材料,不可用作抗高溫氧化的加熱材料。二氧化鋯可作耐酸搪瓷、玻璃的添加劑,能顯著提高玻璃的彈性、化學穩(wěn)定性及耐熱性。鋯英石的光反射性能強、熱穩(wěn)定性好,在陶瓷和玻璃中可作遮光劑使用。
鋯在加熱時能大量地吸收氧、氫、氨等氣體,是理想的吸氣劑,如電子管中用鋯粉作除氣劑,用鋯絲鋯片作柵極支架、陽極支架等。
粉末狀鐵與硝酸鋯混合,可作閃光粉。金屬鋯幾乎全部用作核反應堆中鈾燃料元件的包殼。也用來制造照相用的閃光燈,以及耐腐蝕的容器和管道,特別是能耐鹽酸和硫酸。鋯的化學藥品可作聚合物的交聯(lián)劑。
從上來看,鋼里只要加進千分之一的鋯,硬度和強度就會驚人地捉高。含鋯的裝甲鋼、大炮鍛件鋼、不銹鋼和耐熱鋼等是制造、坦克、大炮和板等的重要材料。
從原子能和核能上來看,鋯有的核能性,是發(fā)展原子能工業(yè)不可缺少的材料,我國的大型核電站普遍都用鋯材,如果用核動力發(fā)電,每一百萬千瓦的發(fā)電能力,一年就要消耗掉20到25噸金屬鋯。一艘三萬馬力的;核潛艇用鋯和鋯合金作核燃料的包套和壓力管,鋯的使用量達20至30噸。
鋯是一種稀有金屬,具有驚人的抗腐蝕性能、的熔點、的硬度和強度等特性,被廣泛用在航空航天、、核反應、原子能領(lǐng)域?!吧窳鄙鲜褂玫目垢g性、耐高的鈦產(chǎn)品,其抗腐蝕性能遠不如鋯,其熔點1600度左右,而鋯的熔點則在1800度以上,二氧化鋯的熔點更是高達2700度以上,所以鋯作為航空航天材料,其各方面的性能大大于鈦。
鋯作為與氧有親和力的活潑金屬,氧化膜的耐蝕性能決定了其可以勝任多重腐蝕環(huán)境。
一、工業(yè)純鋯在所有的沸騰的所有濃度鹽酸中,腐蝕速率均小于0.025mm/a。
二、在小于70%的硫酸中鋯具有的耐蝕性。此外由于不銹鋼和鎳合金不能在高溫、20%的硫酸和40-60%的沸騰溫度以下的硫酸范圍內(nèi)使用,故鋯在硫酸環(huán)境具有無可替代的作用。
三、在200℃以下,不大于90%的硝酸中,鋯具有良好的耐蝕性。但應注意鋯在硝酸中的應力腐蝕開裂敏感性。
四、鋯在所有濃度甚至沸騰的苛性堿溶液中都耐腐蝕。耐蝕性超過了鉭、鈮、鈦。
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