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)開發的。它具有良好的耐沸騰HNO腐蝕的特性在全硝酸濃度范圍內比純腐蝕速度小，已在核燃料后處理過程的硝酸設備中應用。Ta是一種高熔點高密度元素，易在合金鑄錠中發生高熔點夾雜物，并引起鑄錠成分的不均勻性如果出現夾雜物和區域Ta偏析等冶金缺陷會導致鑄錠報廢。Ta在合金中分布不均性會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量。

二、Ti-Ta鈦鉭合金耐腐蝕性優越

不銹鋼材料在沸騰硝酸溶液中會由于晶間貧鉻而發生腐蝕，對于耐硝酸腐蝕的超低碳不銹鋼材料，如000Cr25Ni20，在含有金屬陽離子的沸騰硝酸溶液中，因金屬陽離子的高氧化性導致超低碳不銹鋼會發生強烈的晶間腐蝕。鈦在硝酸中具有良好的耐蝕性，其機理是通過在鈦表面形成一層保護性的氧化膜來阻隔腐蝕液與金屬基體的相互作用，進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合強度較低，使得鈦的耐腐蝕性能顯著下降，工業純鈦在沸騰的65％的硝酸溶液中年平均腐蝕速率超過1 .0mm/a，不能滿足工程設計的要求。在應用實踐中，通過向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，其通過在純鈦中添加4wt％～6wt％的鉭元素來增強工業純鈦的耐蝕性，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，抗拉強度為330MPa，延伸率為23％，其缺點是強度、塑性不高，耐腐蝕性能稍差。

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

三、Ti-5Ta鈦合金棒材工業化生產

 耐硝酸腐蝕的Ti-5Ta鈦合金的制備過程為：根據目標產物的設計成分及含量準備原料，然后將原料中的鈦粉與鉭粉按照3: 2的質量比放置于混料機中混合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 耗電弧爐中進行三次熔煉得到Ti-5Ta鈦合金鑄錠，將Ti-5Ta鈦合金鑄錠經剝皮、切除冒口后，在1050℃進行開坯鍛造，然后經中間鍛造、擠壓、軋制等工序加工成棒材，控制總變形量為80％，再經650℃退火處理，得到耐硝酸腐蝕Ti-5Ta鈦合金棒。