富锆锆钛二元合金腐蚀行为的研究

摘要

金属锆及其合金由于具有热中子俘获截面积较小、抗氧化、耐腐蚀、热膨胀系数较小等优良的物理化学性能，而被应用在核工业以及化工工业当中。钛及其合金凭借着高比强度、优良的腐蚀性能以及较低的密度在航空航天和化工工业得到了广泛的应用。随着航空航天事业的进步以及空间极端的服役条件对空间材料的耐腐蚀性能和力学性能提出了更加苛刻的要求。为满足这一要求锆钛基合金应运而生，由于其具有较高的比强度，更加优异的耐腐蚀性能，而受到广泛的关注。本文以发展新型锆钛空间结构材料合金为目标，采用多种实验手段，研究了不同成分的锆钛合金在不同处理条件下的相组成、组织结构及其对合金腐蚀性能和力学性能的影响。
　　使用非自耗熔炼炉制备了一系列不同成分比例的富锆Zr-Ti二元合金，研究了Zr-Ti二元合金组分的变化与组织和力学性能以及腐蚀性能的变化关系。通过对铸态和轧制态Zr-Ti二元合金的实验结果分析得知，在锆含量50％-80%范围内，合金的硬度和强度随着锆含量的增加而增加，其中Zr80Ti20的硬度和强度最高，分别为：360HV、1116MPa。Zr-Ti二元合金中的主要强化机制为固溶强化和组织细化。
　　本实验对于合金的腐蚀性能的测试主要有三大部分：第一部分对合金在不同介质中的电化学腐蚀性能测试。通过测量在NaCl溶液、HCl溶液以及NaOH溶液中极化曲线可以看出，合金随着锆含量的增加，抗腐蚀性能增强。而锆的添加增强了合金在含Cl-介质的点蚀倾向。第二部分采用传统的浸泡失重的方法测试了合金在5mol/l的盐酸中的腐蚀速率，实验非常直观的表明锆的添加对于合金腐蚀性能影响显著，Zr50Ti50的腐蚀速率最快，增加10%的锆腐蚀速度从由Zr50Ti50的7.17mg/cm2降到了Zr60Ti40的0.70mg/cm2。第三部分采用的是热重分析方法，分析了在空气中加热的状态下，合金的热稳定情况。热重分析表明了Zr-Ti二元合金具有很好的热稳定性，锆的添加对于合金的热稳定性影响不大。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1选题背景及意义

1.2 Zr的性质

1.3 锆的应用

1.4 常见的锆合金

1.5 锆合金的腐蚀机制及防护

1.6 检测腐蚀性能的常用方法

1.7 Ti与Zr耐腐蚀性能的互补性

1.8 本文的研究内容

第2章 实验方案与方法

2.1 实验材料成分及制备

2.2 材料的相及微观组织结构分析

2.3 富锆锆钛二元合金的力学性能测试方法

2.4 材料腐蚀性能测试

第3章富锆锆钛二元合金力学性能与组织演变

3.1 引言

3.2 富锆锆钛二元合金的组织与结构分析

3.3富锆锆钛二元合金硬度试验分析

3.4 富锆锆钛二元合金在750℃轧制变形后的拉伸性能分析

3.7 本章小结

第4章 富锆锆钛二元合金腐蚀性能

4.1 引言

4.2 富锆锆钛二元合金的电化学腐蚀行为

4.3 富锆锆钛二元合金的腐蚀失重

4.4 富锆锆钛二元合金的热重曲线分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢