劉鵬 菅鳳俠 吳青山

摘 要：鋯合金以其優(yōu)良的耐腐蝕性能，作為包裝及存儲(chǔ)材料，應(yīng)用在石油化工行業(yè)中，同時(shí)在核工業(yè)領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)討論不同溫度條件下通過(guò)腐蝕極化曲線反應(yīng)Zr-3合金的腐蝕性能。得到600℃時(shí)Zr-3合金的腐蝕電位-420mV，腐蝕電流密度-4.12mA/cm2，具有較為優(yōu)越的耐腐蝕性。

關(guān)鍵詞：Zr-3合金；腐蝕；性能研究

ABSTRACT：Zirconium alloys have excellent corrosion resistance performance， which has a packaging and storage function. It is main application in petroleum & chemical industry. Also have a wide range of applications in the nuclear industry fields. This experiment takes PS268A electrochemical detection instrument measure corrosion polarization curve of Zr-3 alloys， which discussed corrosion resistant performance of Zr-3 alloy. The results are as follow：Corrosion potential and current density of Zr-3 alloy is respectively -420mV and -4.12mA/cm2.

Keywords： Zr-3 alloys； corrosion； performance study

1 鋯合金的發(fā)展

鋯在高溫水和蒸汽中都有很強(qiáng)的抗腐蝕性能 [1]，在核反應(yīng)堆內(nèi)有相當(dāng)好的抗中子輻照性能，且有合適的力學(xué)性能和良好的加工性能，鋯及鋯合金是核動(dòng)力反應(yīng)堆的燃料包殼材料及其他結(jié)構(gòu)材料等。鋯及鋯合金的研究與發(fā)展與核工業(yè)的發(fā)展是密切關(guān)聯(lián)的，隨著后來(lái)大力發(fā)展原子能發(fā)電站得到推廣應(yīng)用。鋯及鋯合金以其優(yōu)越的性能受到各國(guó)學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注，雖然目前鋯合金的價(jià)格稍高，但其耐腐蝕性卻戰(zhàn)勝了其價(jià)格上的劣勢(shì)[2]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)熱處理后的鋯合金，研究其不同條件下腐蝕性能的變化。

2 極化曲線分析

鋯是一種活潑金屬，從其屬于鈍化材料這方面來(lái)講，鈍化區(qū)若遭到破壞會(huì)使得鋯及鋯合金的腐蝕性能迅速下降。從數(shù)據(jù)中可得每個(gè)退火溫度段試樣的極化曲線圖，在不同溫度下的極化曲線腐蝕電位和電流密度都有不同的變化，700℃的極化曲線具有較低的電流密度，但是其腐蝕電位太低，550℃的極化曲線腐蝕電位很高，電流密度也較低，由此可得出600℃時(shí)極化曲線具有較高的腐蝕電位-390mV和較低的電流密度-4.0mA/cm2，根據(jù)極化曲線中腐蝕性能的判斷標(biāo)準(zhǔn)，該溫度下的腐蝕性?xún)?yōu)良。

2.1 不同保溫時(shí)間下Zr-3合金極化曲線分析

根據(jù)文獻(xiàn)[3]中介紹了Zr-Sn-Nb系合金在480℃和580℃時(shí)腐蝕行為的影響，發(fā)現(xiàn)在480℃試樣的增重會(huì)減少，580℃時(shí)試樣的增重相對(duì)增加了，但是腐蝕性卻沒(méi)有多大變化。主要原因是在時(shí)效過(guò)程中Nb的固溶度隨著溫度的變化而變化，所以在時(shí)效中，Nb的沉積相不一導(dǎo)致了腐蝕性能的變化。本實(shí)驗(yàn)中鋯合金中存在的第二相粒子的變化對(duì)腐蝕會(huì)產(chǎn)生很大的影響，得知該條件下的腐蝕電位約為-380mV，腐蝕電流約為-3.0 mA/cm2，根據(jù)極化曲線的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕電位增大了，但同時(shí)腐蝕電流也增加了。該條件下的極化曲線雖然電流密度變大了但腐蝕電位也變大，綜合認(rèn)為在600℃時(shí)保溫3h的試樣腐蝕性能較為優(yōu)越。

2.2 不同冷卻方式對(duì)Zr-3合金極化曲線的影響

在600℃、保溫3h隨爐冷卻曲線中的腐蝕電位為：-390mV，而電流密度為：-3.8mA/cm2，與以上的分析對(duì)比得出，腐蝕電位從-380mV減小到-390mV，稍有減少約占2.6%，電流密度也從降低了，從-4.10 mA/cm2增加到了-3.8mA/cm2，所以根據(jù)極化曲線的判斷標(biāo)準(zhǔn)，該條件下的腐蝕電位稍有減少對(duì)耐腐蝕性有一定的影響，綜合來(lái)看，該條件下的Zr-3合金耐腐蝕性較強(qiáng)。圖1是三種不同冷卻方式下的極化曲線，綜合三條曲線來(lái)看，隨爐冷卻試樣的耐腐蝕性較為優(yōu)越。

3 結(jié)論與建議

本實(shí)驗(yàn)研究表明每個(gè)因素對(duì)Zr-3合金板材的組織和性能有著顯著的影響，結(jié)論如下：Zr-3合金在600℃下腐蝕電位平均為-386.6mV，電流密度為-3.8mA/cm2，綜合性能優(yōu)良。

一直以來(lái)國(guó)內(nèi)鋯及鋯合金的主要研究都是集中在核級(jí)鋯上，所以作者認(rèn)為對(duì)于工業(yè)級(jí)鋯合金的研究領(lǐng)域應(yīng)該繼續(xù)加大，還需要考慮的主要因素有以下幾個(gè)方面：Zr-3合金板的軋制變形規(guī)律對(duì)腐蝕性能的影響因素；合金元素的添加對(duì)Zr-3合金板腐蝕性能的主要影響；第二相粒子的不同對(duì)Zr-3合金板材力學(xué)性能和腐蝕性能的影響機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭倩，趙文金，劉彥章等.Zr-4合金α相高溫區(qū)軋制的織構(gòu)演化[J].核動(dòng)力工程，2003，24（2）：133-136.

[2]張玉芳，路民旭，朱雅紅等.溫度對(duì)抗環(huán)烷酸腐蝕緩蝕劑成膜行為的影響[J].石油煉制與化工，2004，35（8）：67-70.

[3]JeongMinKim，YongHwanJeongandYounHoJung.Correlationofheattreatmentand corrosion behaviorofZr–Nb–Sn–Fe–Cualloys[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology，2000（104）：145-149.