本发明属于涉及乏燃料后处理材料领域,具体涉及一种耐高温硝酸腐蚀钛合金及其制备方法。
背景技术:
1、乏燃料后处理过程中采用了高浓度的硝酸来溶解乏燃料,与此同时还伴随着高温和强放射性,因此对相关设备材料的可靠性要求极高。
2、针对后处理酸处理系统设备用材的特殊需求,日本研发了ti-5ta二元耐蚀钛合金,该合金在后处理溶解器、蒸发器模拟料液介质环境中能够长期工作。国内在ti-5ta合金基础上,发展了ti35合金,并已应用到50吨后处理中试厂中。然而,ti35合金的价格极其昂贵(每吨约300万元),这大大限制了其在乏燃料后处理厂中的广泛应用。同时,由于ti35中添加了一定量的ta(熔点2996℃),合金冶炼难度显著增加。
3、合金化是提高钛合金耐蚀性能和力学性能的重要方法之一。铂族金属元素(如pd、pt、ru等)作为重要的耐蚀元素,少量添加就可显著改善纯钛或钛合金的耐蚀性能。同时,al属于α相稳定化元素,具有固溶强化作用,可显著提高钛合金的耐热性。当合金中al的含量低于7wt.%时,随al含量的增加,合金的强度提高,塑性基本不变,耐蚀性表现良好;但当合金中al的含量超过7wt.%时,合金组织中将会出现脆性ti3al,塑性和耐蚀性显著降低。众所周知,al的氧化物—al2o3的化学稳定性较高,在高温环境中具有优异的抗高温氧化性能。
4、鉴于此,本发明将通过添加一定量的al和pd来获得耐蚀性能和力学性能均优异的钛合金。
技术实现思路
1、针对现在技术中存在的上述不足之处,本发明的目的在于提供一种耐高温硝酸腐蚀钛合金,本发明制备的耐高温硝酸腐蚀钛合金具有高温硝酸中耐蚀能力,同时具有良好的力学性能。
2、为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
3、一种耐高温硝酸腐蚀钛合金,包括以下质量百分比原料:钯0.02-0.08wt.%、铝0-7wt.%,余量为钛。
4、在一个或多个实施例中,所述耐高温硝酸腐蚀钛合金,包括以下质量百分比原料:
5、钯0.04-0.06wt.%、铝0-6wt.%,余量为钛。
6、在一个优选的实施例中,所述耐高温硝酸腐蚀钛合金,包括以下质量百分比原料:
7、钯0.04wt.%、铝4wt.%,余量为钛。
8、在一个或多个实施例中,所述耐高温硝酸腐蚀钛合金,不可避免的杂质元素含量要求:h<0.015wt.%、o<0.13wt.%,n<0.05wt.%,c<0.08wt.%。
9、本发明还提供所述耐高温硝酸腐蚀钛合金的生产工艺,按以下步骤进行:
10、s1:备料:分别称取钯、铝与钛,并对各原料干燥预热,备用;
11、s2:冶炼:将步骤s1中的原料依次放入熔炼炉内融化;
12、s3:铸造:将步骤s2中处理好的熔体进行铸造得到耐高温硝酸腐蚀钛合金。
13、上述耐高温硝酸腐蚀钛合金的生产工艺,其中:
14、所述步骤s2中熔炼温度为1650℃-1700℃;
15、所述步骤s2中冶炼的真空度至5×10-3pa-6×10-3pa;
16、所述步骤s2中提高冶炼次数为5-7次;
17、所述步骤s3中出炉温度设定至30℃-40℃;
18、本发明的有益效果是:
19、本发明通过在钛合金中添加不同比例的pd和al元素,同时提高钛合金的耐高温硝酸腐蚀性能和力学性能,研发一种适合于乏燃料后处理设备用的材料。通过控制添加高耐蚀贵金属pd元素和成本低廉的al元素制备的钛合金在乏燃料后处理的硝酸溶液中形成钝化膜,具有稳定的耐腐蚀性能,降低了应用成本,解决了目前乏燃料后处理用钛合金耐蚀性与应用成本兼顾的难题。本发明所述耐高温硝酸腐蚀钛合金组织均匀,无明显缺陷,可以在铸态下使用或者经过锻造、轧制和拉拔等工艺加工成任意乏燃料后处理环境中的设备。
1.一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金,其特征在于,包括以下质量百分比原料:钯0.02-0.08wt.%、铝0-7wt.%,余量为钛。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金,其特征在于,包括以下质量百分比原料:钯0.04wt.%、铝0-6wt.%,余量为钛。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金,其特征在于,包括以下质量百分比原料:钯0.04wt.%、铝4wt.%,余量为钛。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金,其特征在于,该钛合金中不可避免的杂质元素含量要求:h<0.015wt.%、o<0.13wt.%,n<0.05wt.%,c<0.08wt.%。
5.权利要求4所述的一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
6.根据权利要求5所述的一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中熔炼温度为1650℃-1700℃。
7.根据权利要求5所述的一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中冶炼的真空度至5×10-3pa-6×10-3pa。
8.根据权利要求5所述的一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中提高冶炼次数至5-7次。
9.根据权利要求5所述的一种耐高温硝酸腐蚀的钛合金的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中出炉温度设定至30℃-40℃。