Ti-5Ta鈦鉭合金耐硝酸耐腐蝕性能研究

一、鈦鉭合金（Ti-5Ta）

Ti-5Ta合金系型合金，是1965年日本戶制鋼(Kobesteel)開(kāi)發(fā)的。它具有良好的耐沸騰HNO腐蝕的特性在全硝酸濃度范圍內(nèi)比純腐蝕速度小，已在核燃料后處理過(guò)程的硝酸設(shè)備中應(yīng)用。Ta是一種高熔點(diǎn)高密度元素，易在合金鑄錠中發(fā)生高熔點(diǎn)夾雜物，并引起鑄錠成分的不均勻性如果出現(xiàn)夾雜物和區(qū)域Ta偏析等冶金缺陷會(huì)導(dǎo)致鑄錠報(bào)廢。Ta在合金中分布不均性會(huì)引起合金性能的不均勻，尤其是耐腐蝕性。本研究觀察和研究了高熔點(diǎn)Ta夾雜物及Ta在Ti-6Ta合金鑄中的分布特征,目的在于提高合金鑄錠的冶金質(zhì)量。

二、Ti-Ta鈦鉭合金耐腐蝕性優(yōu)越

不銹鋼材料在沸騰硝酸溶液中會(huì)由于晶間貧鉻而發(fā)生腐蝕，對(duì)于耐硝酸腐蝕的超低碳不銹鋼材料，如000Cr25Ni20，在含有金屬陽(yáng)離子的沸騰硝酸溶液中，因金屬陽(yáng)離子的高氧化性導(dǎo)致超低碳不銹鋼會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的晶間腐蝕。鈦在硝酸中具有良好的耐蝕性，其機(jī)理是通過(guò)在鈦表面形成一層保護(hù)性的氧化膜來(lái)阻隔腐蝕液與金屬基體的相互作用，進(jìn)而降低金屬基體的腐蝕速率。但在高溫濃硝酸中，由于單純的鈦氧化膜致密性及結(jié)合強(qiáng)度較低，使得鈦的耐腐蝕性能顯著下降，工業(yè)純鈦在沸騰的65％的硝酸溶液中年平均腐蝕速率超過(guò)1 .0mm/a，不能滿足工程設(shè)計(jì)的要求。在應(yīng)用實(shí)踐中，通過(guò)向Ti中添加Ta元素獲得Ti-Ta二元合金，具有良好的耐硝酸腐蝕性。

日本神戶制鋼所研制的KS50Ta(Ti?5Ta) 合金，其通過(guò)在純鈦中添加4wt％～6wt％的鉭元素來(lái)增強(qiáng)工業(yè)純鈦的耐蝕性，該合金在沸騰硝酸溶液中的年平均腐蝕速率為0. 1～0.2mm/a，抗拉強(qiáng)度為330MPa，延伸率為23％，其缺點(diǎn)是強(qiáng)度、塑性不高，耐腐蝕性能稍差。

日本神戶制鋼所在昭61-42473公開(kāi)了一種具優(yōu)異耐硝酸腐蝕性能的Ti-Ta-Si系合金，其通過(guò)在鈦中添加重量比1％～6％的鉭及0.01％～0.5％的硅，形成一種三元耐蝕鈦合金，通過(guò)硅元素的少量添加來(lái)抑制Ti-Ta基合金的腐蝕，但抑制效果有限，且硅元素的添加對(duì)Ti-Ta基材料的塑性及加工性能會(huì)造成不利的影響。

三、Ti-5Ta鈦合金棒材工業(yè)化生產(chǎn)

 耐硝酸腐蝕的Ti-5Ta鈦合金的制備過(guò)程為：根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的設(shè)計(jì)成分及含量準(zhǔn)備原料，然后將原料中的鈦粉與鉭粉按照3: 2的質(zhì)量比放置于混料機(jī)中混合5h，得到成分均勻的混合粉體，將混合粉體與海綿鈦、TiO 2 配料后采用壓力機(jī)壓制成電極塊，并放置于80℃的烘箱中干燥4h后，再放置于真空等離子焊箱中焊接成自 耗電極，將自 耗電極置于真空自 耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉得到Ti-5Ta鈦合金鑄錠，將Ti-5Ta鈦合金鑄錠經(jīng)剝皮、切除冒口后，在1050℃進(jìn)行開(kāi)坯鍛造，然后經(jīng)中間鍛造、擠壓、軋制等工序加工成棒材，控制總變形量為80％，再經(jīng)650℃退火處理，得到耐硝酸腐蝕Ti-5Ta鈦合金棒。