新型ZrHf合金顯微組織、力學性能及耐蝕性研究

劉忠亮，常 青，吳金平，劉承澤，楊 帆，徐 磊

(1.中國核電工程有限公司，北京 100840)(2.西安稀有金屬材料研究院有限公司，陜西 西安 710016)

鋯(Zr)合金在高溫、強腐蝕、含氧化性金屬陽離子的液體介質中能夠自發形成鈍化膜，且在輻照條件下不易出現缺陷[1-5]。但是，在具有中子輻射的工況下，由于Zr的熱中子吸收截面(σ)極低，僅為0.18×10-28m2，如果不加以妥善處理，會嚴重影響環境，損害人體健康[6]。常用的中子屏蔽材料有石墨、碳化硼、聚乙烯等[7]。然而，這些材料無法滿足高溫、強腐蝕工況下的服役性能要求，另外相比于金屬材料，其力學性能也無法滿足大型工程設備的制造要求。

為了捕獲額外的中子，中國核動力研究設計院等單位向鋯合金中添加硼(B10)同位素，以提升鋯合金對中子的吸收能力。但鋯合金中的硼化物為陶瓷相，導致合金的塑韌性較差，極不適合用于制造工程設備[8]。鉿(Hf)的熱中子吸收截面為105×10-28m2，顯著高于Zr，是一種理想的中子吸收材料。值得注意的是，Hf與Zr同樣位于元素周期表的ⅣB族，在物理、化學性質方面具有極高的相似性，二者可以任意比例無限互溶，理論上可制得兼具良好耐蝕性與中子吸收能力的新型材料。然而，目前尚無相關研究報道。

本實驗采用真空自耗電弧熔煉(VAR)制備ZrHf合金，重點研究ZrHf合金的顯微組織、力學性能及其在沸騰硝酸溶液中的耐腐蝕性能，以期為該合金未來的工程化應用提供數據支持。

1 實 驗

選用工業海綿鋯及工業海綿鉿為原料，按質量比1∶1均勻混合，壓制成規格為50 mm×50 mm×300 mm的電極塊，通過2次VAR熔煉制得ZrHf合金鑄錠，名義成分為Zr50Hf。……