廣西精密鑄造生產(chǎn)廠家/銳鋒金屬質(zhì)量保障可訂制

鋯及鋯合金具有很小的熱中子俘獲截面、優(yōu)異的耐腐蝕性、良好的可加工性、適中的機(jī)械強(qiáng)度等，被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)及化學(xué)工業(yè)中。在核工業(yè)中，鋯合金主要用作核燃料的包殼 材料、核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料、安全防護(hù)的屏蔽材料等；在化學(xué)工業(yè)中，主要被用于反應(yīng)釜、閥門、耐酸泵、噴嘴、容器、管道等對材料耐腐蝕性能有較高要求的設(shè)備和部件中。目前，國內(nèi)對鋯及鋯合金的研究主要集中在合金的開發(fā)、力學(xué)性能和抗腐蝕性能等方面，而對其精密鑄造及熔煉工藝的研究較少。由于鋯是 活性金屬， 在高溫下極易被污染，因此為了提高國產(chǎn)鋯材質(zhì)量，滿足國家核電和化工等行業(yè)的需求，研究鋯及鋯合金精密鑄造及熔煉過程中與柑鍋材料的界面反應(yīng)是 保證鑄件和鑄錠質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。
國內(nèi)外對高活性金屬與耐火材料界面反應(yīng)的研究多以欽合金為主，對鋯合金與耐火材料界面反應(yīng)的相關(guān)研究報道較少。鋯與欽同處元素周期表的第IVB族，同為高活性金屬，二者具有很多相似的物理、化學(xué)性質(zhì)。因此，結(jié)合欽合金鑄造用耐火材料的研究進(jìn)展，分析鋯合金精密鑄造及熔煉用耐火材料的研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上討論將BaZr03用于鋯及鋯合金熔煉的可行性。
合金精密鑄造用耐火材料
精密鑄造是 指將金屬熔化后澆鑄到以耐火材料制成的型殼 內(nèi)部，待金屬凝固后脫模清砂而獲得所需的合金制品。利用精密鑄造技術(shù)可以鑄造形狀復(fù)雜的鑄件，且成形后接近于零件的最終形狀。但是 ，由于鑄造時型殼 要與合金熔體直接接觸，因此，像鋯及鋯合金這樣熔點(diǎn)高、化學(xué)活性強(qiáng)的金屬，型殼 材料的選擇是 保證鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵。
鋯及鋯合金熔點(diǎn)為(1 852 ±10)℃，且高溫下化學(xué)活性很大，熔融狀態(tài)下能與絕大部分耐火材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致合金表面形成一層污染層。為此，選擇不與鋯熔體發(fā)生反應(yīng)的耐火材料作為精密鑄造用型殼 ，是 獲得高質(zhì)量鋯鑄件的關(guān)鍵。可用于鋯及鋯合金精密鑄造的耐火材料主要有石墨、難熔金屬、難熔化合物、氧 化物等。
1. 石墨
石墨與欽、鋯等活潑金屬反應(yīng)較微弱，早在20世紀(jì)50年代西方國家已利用石墨型殼 生產(chǎn)鋯鑄。然而，石墨型殼 也存在一些缺點(diǎn)，例如，大約在430℃左右便開始氧 化，并且吸附氣體能力強(qiáng)， 需要在真空爐內(nèi)高溫除氣后再進(jìn)行澆鑄；另一方面，石墨熱導(dǎo)率高，容易產(chǎn)生激冷，易使鑄件表面出現(xiàn)微裂紋。精密鑄造時鋯熔體與石墨型殼 的界面反應(yīng)，由于石墨孔隙率高，冷卻速度快，退讓性差，鋯合金試樣表面出現(xiàn)了明顯的冷隔和裂紋，鋯與石墨型殼 的污染層厚度約20μm。也得到了類似的研究成果。此外，C元素對鋯合金的耐腐蝕性能極為不利，這也限制了石墨材料在鋯合金精密鑄造方面的應(yīng)用。
2.難熔金屬
Mo， Ta， W， Nb等具有較高熔點(diǎn)的難熔金屬對欽、鋯類活潑金屬有較好的穩(wěn)定性，可被用于制作精密鑄造用型殼 的面層。在型殼 制備過程中，一般是 在陶瓷表面形成一層鎢或鎢的氧 化物面層，從而降低熔融金屬與型殼 的反應(yīng)。目前，利用這種工藝制備的型殼 主要被應(yīng)用于欽及欽合金的精密鑄造。鎢的化合物對陶瓷型殼 進(jìn)行滲透，然后在還原性氣氛下焙燒，將鎢的化合物還原，從而在耐火材料表面包覆鎢，進(jìn)而避免欽在高溫下與耐火材料的反應(yīng)。但是 ，這種鎢面層型殼 也存在一些不足，例如必須采用溶劑脫蠟方式制作型殼 ，會對環(huán)境和人體健康造成危害；另外，脫蠟后沉積在型殼 表面的模料容易與金屬發(fā)生反應(yīng)，在鑄件表面生成氣孔。
3.難熔化合物
難熔化合物包括碳化物、硼化物、硫化物、氮化物等。由于這些難熔化合物在空氣中易氧 化，因此用作型殼 材料時，焙燒需在真空下進(jìn)行。BN是 一種性能優(yōu)異的特種耐火材料，對熱壓BN與TiNi合金的界面反應(yīng)情況進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，B元素和N元素在TiNi熔體中的擴(kuò)散較為嚴(yán)重，混入后會導(dǎo)致合金脆化。熔融鋯在ZrC ， HfC ， ZrN等多種難熔化合物壓片上的潤濕性實驗，研究了它們 之間的界面反應(yīng)，ZrN與Zr之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了新的物相，其它難熔化合物與熔融鋯之間雖然沒有出現(xiàn)明顯的過渡區(qū)，但發(fā)生了元素擴(kuò)散。因此，能否將難熔金屬和難熔化合物用于鋯合金的精密鑄造中還需要進(jìn)一步的研究。
4.氧 化物
氧 化物是 目前國內(nèi)外 技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的型殼 材料。氧 化物作為型殼 材料有很大的優(yōu)越性，一方面其導(dǎo)熱率低，保溫性好，可降低合金熔液的冷卻速度，保證熔液更好的充型；另一方面氧 化物在燒結(jié)過程中不會被氧 化，無需真空或特殊氣氛保護(hù)，也不易吸附氣體，在高溫下對熔融金屬有一定的化學(xué)穩(wěn)定性。工業(yè)上常用的氧 化物陶瓷種類很多，但大都不適于用作欽、鋯這類活潑金屬的鑄型材料。目前，研究較多的用于活潑金屬的鑄型材料包括AlZ 03、CaO， ZrOZ、Yz 03等。
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