Zr—3工業鋯合金的腐蝕性能研究

劉鵬 菅鳳俠 吳青山

摘 要：鋯合金以其優良的耐腐蝕性能，作為包裝及存儲材料，應用在石油化工行業中，同時在核工業領域也有著較為廣泛的應用。本實驗討論不同溫度條件下通過腐蝕極化曲線反應Zr-3合金的腐蝕性能。得到600℃時Zr-3合金的腐蝕電位-420mV，腐蝕電流密度-4.12mA/cm2，具有較為優越的耐腐蝕性。

關鍵詞：Zr-3合金；腐蝕；性能研究

ABSTRACT：Zirconium alloys have excellent corrosion resistance performance， which has a packaging and storage function. It is main application in petroleum & chemical industry. Also have a wide range of applications in the nuclear industry fields. This experiment takes PS268A electrochemical detection instrument measure corrosion polarization curve of Zr-3 alloys， which discussed corrosion resistant performance of Zr-3 alloy. The results are as follow：Corrosion potential and current density of Zr-3 alloy is respectively -420mV and -4.12mA/cm2.

Keywords： Zr-3 alloys； corrosion； performance study

1 鋯合金的發展

鋯在高溫水和蒸汽中都有很強的抗腐蝕性能 [1]，在核反應堆內有相當好的抗中子輻照性能，且有合適的力學性能和良好的加工性能，鋯及鋯合金是核動力反應堆的燃料包殼材料及其他結構材料等。鋯及鋯合金的研究與發展與核工業的發展是密切關聯的，隨著后來大力發展原子能發電站得到推廣應用。鋯及鋯合金以其優越的性能受到各國學者越來越多的關注，雖然目前鋯合金的價格稍高，但其耐腐蝕性卻戰勝了其價格上的劣勢[2]。本實驗通過熱處理后的鋯合金，研究其不同條件下腐蝕性能的變化。

2 極化曲線分析

鋯是一種活潑金屬，從其屬于鈍化材料這方面來講，鈍化區若遭到破壞會使得鋯及鋯合金的腐蝕性能迅速下降。從數據中可得每個退火溫度段試樣的極化曲線圖，在不同溫度下的極化曲線腐蝕電位和電流密度都有不同的變化，700℃的極化曲線具有較低的電流密度，但是其腐蝕電位太低，550℃的極化曲線腐蝕電位很高，電流密度也較低，由此可得出600℃時極化曲線具有較高的腐蝕電位-390mV和較低的電流密度-4.0mA/cm2，根據極化曲線中腐蝕性能的判斷標準，該溫度下的腐蝕性優良。

2.1 不同保溫時間下Zr-3合金極化曲線分析

根據文獻[3]中介紹了Zr-Sn-Nb系合金在480℃和580℃時腐蝕行為的影響，發現在480℃試樣的增重會減少，580℃時試樣的增重相對增加了，但是腐蝕性卻沒有多大變化。主要原因是在時效過程中Nb的固溶度隨著溫度的變化而變化，所以在時效中，Nb的沉積相不一導致了腐蝕性能的變化。本實驗中鋯合金中存在的第二相粒子的變化對腐蝕會產生很大的影響，得知該條件下的腐蝕電位約為-380mV，腐蝕電流約為-3.0 mA/cm2，根據極化曲線的標準腐蝕電位增大了，但同時腐蝕電流也增加了。該條件下的極化曲線雖然電流密度變大了但腐蝕電位也變大，綜合認為在600℃時保溫3h的試樣腐蝕性能較為優越。

2.2 不同冷卻方式對Zr-3合金極化曲線的影響

在600℃、保溫3h隨爐冷卻曲線中的腐蝕電位為：-390mV，而電流密度為：-3.8mA/cm2，與以上的分析對比得出，腐蝕電位從-380mV減小到-390mV，稍有減少約占2.6%，電流密度也從降低了，從-4.10 mA/cm2增加到了-3.8mA/cm2，所以根據極化曲線的判斷標準，該條件下的腐蝕電位稍有減少對耐腐蝕性有一定的影響，綜合來看，該條件下的Zr-3合金耐腐蝕性較強。圖1是三種不同冷卻方式下的極化曲線，綜合三條曲線來看，隨爐冷卻試樣的耐腐蝕性較為優越。

3 結論與建議

本實驗研究表明每個因素對Zr-3合金板材的組織和性能有著顯著的影響，結論如下：Zr-3合金在600℃下腐蝕電位平均為-386.6mV，電流密度為-3.8mA/cm2，綜合性能優良。

一直以來國內鋯及鋯合金的主要研究都是集中在核級鋯上，所以作者認為對于工業級鋯合金的研究領域應該繼續加大，還需要考慮的主要因素有以下幾個方面：Zr-3合金板的軋制變形規律對腐蝕性能的影響因素；合金元素的添加對Zr-3合金板腐蝕性能的主要影響；第二相粒子的不同對Zr-3合金板材力學性能和腐蝕性能的影響機制。

參考文獻：

[1]彭倩，趙文金，劉彥章等.Zr-4合金α相高溫區軋制的織構演化[J].核動力工程，2003，24（2）：133-136.

[2]張玉芳，路民旭，朱雅紅等.溫度對抗環烷酸腐蝕緩蝕劑成膜行為的影響[J].石油煉制與化工，2004，35（8）：67-70.

[3]JeongMinKim，YongHwanJeongandYounHoJung.Correlationofheattreatmentand corrosion behaviorofZr–Nb–Sn–Fe–Cualloys[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology，2000（104）：145-149.