1、活性金屬和難溶金屬

活性金屬(shu)是在高溫下對氧和(he)其(qi)他間隙元素有很(hen)高親和(he)力(li)的金屬(shu)如(ru)鋯、鋯；難溶金屬(shu)是與鉻(ge)相同或(huo)超過鉻(ge)的熔點的金屬(shu)如(ru)鈮、鉭、鎢、鉬、鉻(ge)、釩、錸等。

2、鋯的基本概念及簡介

鋯來自于阿拉伯語單詞 zargun，為金色，用來形容鋯寶石（ZrSiO₄）。在 1789年(nian)(nian)由M.H.Klaproth（克拉普羅特）在德國(guo)發現(xian)鋯(gao)(gao)(gao)，1824 年(nian)(nian)分離出非純鋯(gao)(gao)(gao)，1916年(nian)(nian)李國(guo)欽博士創立華昌公司，在1924 年(nian)(nian)制出具有延展性的鋯(gao)(gao)(gao)金屬并于(yu) 1947 年(nian)(nian)以試驗規模(mo)生產出工業(ye)用(yong)鋯(gao)(gao)(gao)，1949 年(nian)(nian)采用(yong)鎂熱置(zhi)還原法(fa)制備(bei)鋯(gao)(gao)(gao)金屬，1956 年(nian)(nian)建立鋯(gao)(gao)(gao)廠，六十(shi)年(nian)(nian)代早期， 鋯(gao)(gao)(gao)和鋯(gao)(gao)(gao)開始用(yong)于(yu)防腐。1965 年(nian)(nian)鋯(gao)(gao)(gao)合金用(yong)于(yu)核工業(ye)，1970 年(nian)(nian)代第一次在醋酸生產中大規模(mo)使用(yong)鋯(gao)(gao)(gao)。

2.1、鋯的主要性質及用途

鋯(gao)(Zr)是第九種最普通元素，在地(di)殼中(zhong)含量(liang)(liang)豐(feng)富，占(zhan) 0.025%,其(qi)地(di)質含量(liang)(liang)超過Zn、Pb、Ni，甚至超過 Cu、Sn,儲量(liang)(liang)為(wei)銅儲量(liang)(liang)的(de) 2.5 倍。熔(rong)點(dian) 1882℃， 沸點(dian)為(wei) 4377℃，密度為(wei) 6.506g/cm3(20℃)。根(gen)據鋯(gao)的(de)性能特點(dian)，鋯(gao)主要用于(yu)核反應堆、化工設備(bei)和作為(wei)合金成分三方面。鋯(gao)的(de)熱中(zhong)子吸收截面低（0.18 靶），鉿熱中(zhong)子截面高(gao)（105 靶）；鋯(gao)的(de)原子序為(wei) 4a，原子量(liang)(liang) 91.224,如此，鋯(gao)被廣泛的(de)用于(yu)：

（1）鋯是一種(zhong)熱(re)中質穿透材料；

在中(zhong)子輻射下，鋯(gao)的強度韌性(xing)不變，熱中(zhong)子的吸收(shou)截面小，是(shi)良(liang)好的反應堆結構材料；

（2）優異的(de)耐蝕(shi)(shi)材料(liao)鋯對很(hen)多腐(fu)蝕(shi)(shi)介質均有很(hen)強的(de)抗(kang)力，優良(liang)的(de)抗(kang)酸、堿(jian)和液(ye)體金屬腐(fu)蝕(shi)(shi)能力，使(shi)鋯成為當今熱交換器(qi)、汽提塔、干(gan)燥塔、反(fan)應器(qi)閥門、管道系統和核應用的(de)優先選擇材料(liao)。

（3）除(chu)(chu)氫除(chu)(chu)氣材料，在低溫條件(jian)下就開始吸氫。

（4）作為鋼、鋁(lv)、鎂(mei)、銅、鉬、鋯、鈮等的(de)最好的(de)合金元素；鋯作為合金添加劑(ji)主要用(yong)于鋁(lv)鎂(mei)合金用(yong)于控制晶粒尺寸和微觀(guan)結(jie)構(gou)，用(yong)于鋼中主要用(yong)來脫(tuo)氧。

2.2、鋯的分類

鋯可分為：

  （1）核工業用鋯，限制鉿含量小于萬分之(zhi)幾(ji)，都(dou)需(xu)要熱處理；

  （2）非核工業用鋯，鉿含量可(ke)達 4%左(zuo)右(you)；

3、鋯的基本屬性

鋯(gao)(gao)是一(yi)種活性金屬，對雜質元素的(de)存在十分敏感，微(wei)量的(de)雜質就(jiu)可能導(dao)致(zhi)脆(cui)化。對環境(jing)氣(qi)體(ti)(ti)中的(de)氧、氮(dan)、氫等氣(qi)體(ti)(ti)都有(you)很(hen)(hen)強(qiang)的(de)親和力。高溫下， 鋯(gao)(gao)容(rong)易(yi)很(hen)(hen)容(rong)易(yi)被氣(qi)體(ti)(ti)污(wu)染發生氧化反應。在室溫下就(jiu)能與(yu)空(kong)氣(qi)里的(de)氧氣(qi)反應，形成一(yi)層氧化物保護(hu)膜。這層保護(hu)膜給了鋯(gao)(gao)及合金極強(qiang)的(de)防腐蝕能力。

鋯(gao)(gao)及鋯(gao)(gao)合金(jin)在(zai)加熱 400℃溫度以下(xia)(xia)時，能(neng)(neng)被(bei)空氣中的氧(yang)、氫、氮等所污染(ran)，可(ke)分別產生脆性化(hua)(hua)合物，嚴重影響接頭性能(neng)(neng)，對塑(su)性的影響更為(wei)敏感。一般情(qing)況下(xia)(xia)，為(wei)保持鋯(gao)(gao)及合金(jin)等塑(su)韌性，盡量(liang)限制鋯(gao)(gao)中的氧(yang)含量(liang)降到最低。空氣中 200℃開(kai)始生成(cheng) ZrO3，在(zai)大約(yue) 550℃以上(shang)，與空氣中的氧(yang)反應(ying)生成(cheng)多(duo)孔的脆性氧(yang)化(hua)(hua)膜，在(zai) 700℃以上(shang)，鋯(gao)(gao)能(neng)(neng)吸(xi)收氧(yang)而使(shi)材料嚴重脆化(hua)(hua)。在(zai)高溫下(xia)(xia)鋯(gao)(gao)能(neng)(neng)與上(shang)述(shu)氣體反應(ying)，氫在(zai) 300℃開(kai)始吸(xi)氫，在(zai) 4600℃鋯(gao)(gao)能(neng)(neng)吸(xi)收氮。

鋯(gao)合金在(zai)低溫(wen)(wen)下具有良好的延展(zhan)性，較高的強度，氧元素具有間隙(xi)強化作用(yong)，并(bing)且(qie)在(zai)低溫(wen)(wen)下鋯(gao)合金沒有低溫(wen)(wen)脆化轉變(bian)。

4、鋯材的性能的化學成分及物理性能

4.1、鋯(gao)材的化學(xue)成分(fen)

鋯材(cai)的化(hua)學(xue)成分(fen)和室溫力學(xue)性(xing)能(neng)如表1

鋯及合金的彈性(xing)(xing)模量隨(sui)著溫度(du)(du)升高而迅(xun)速(su)減小(xiao)，比(bi)重(zhong)比(bi)鋼的小(xiao)。表(biao)中顯示室溫溫度(du)(du)下縱向和(he)橫(heng)向性(xing)(xing)能(neng)的平均(jun)數(shu)值，屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)和(he)延伸(shen)率是(shi)用 0.2%永久變(bian)形測定(ding)的，具有彈塑性(xing)(xing)變(bian)形。并且某些性(xing)(xing)能(neng)受有向性(xing)(xing)的影響。這些性(xing)(xing)能(neng)包(bao)括熱膨脹、屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)、極(ji)限抗拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)、延伸(shen)率、缺口韌性(xing)(xing)和(he)彎曲塑性(xing)(xing)都隨(sui)方向不同(tong)而有不同(tong)程度(du)(du)的變(bian)化(hua)。 延展性(xing)(xing)隨(sui)溫度(du)(du)提高而有明顯增加。

表 1     化(hua)學成分及室(shi)溫力學性能

4.2、鋯的物理性(xing)能(neng)

表 2 鋯及合金的物理性能

彈性模量低既(ji)焊(han)(han)接(jie)應(ying)力小；熔點高(gao)需(xu)要(yao)更高(gao)的焊(han)(han)接(jie)熱輸入，線膨脹(zhang)系數小焊(han)(han)接(jie)變形小，熱導率高(gao)焊(han)(han)件散熱好，比(bi)熱容低意味著焊(han)(han)件吸收熱量小， 表面張力大表明(ming)鋯適于(yu)全位置焊(han)(han)接(jie)。

5、鋯材的力學性能及許用應力值

5.1、鋯材(cai)的常(chang)溫(wen)力學性能

鋯(gao)具有較好(hao)的(de)常溫力(li)學(xue)性能。一般(ban)鋯(gao)作為壓力(li)容(rong)器用材(cai)料，其延伸率(lv)(lv)不(bu)得(de)小(xiao)于 16%，一般(ban)容(rong)器用材(cai)料的(de)延伸率(lv)(lv)最(zui)小(xiao)不(bu)能小(xiao)于 14%，一般(ban)要求(qiu)延伸率(lv)(lv)大(da)于等于 20%以(yi)上比(bi)較好(hao)，一般(ban)金屬材(cai)料的(de)彎曲試驗時的(de)彎軸直(zhi)徑為4t，鋯(gao)的(de)標準定為 10t，鋯(gao)材(cai)的(de)常溫力(li)學(xue)性能見表 1。

5.2、鋯材的高溫低溫性(xing)能

1） 蠕變強度：

在應(ying)力下，時(shi)(shi)間(jian)與(yu)應(ying)變(bian)依(yi)賴關系的蠕變(bian)，一般用恒(heng)定負(fu) 載下給定時(shi)(shi)間(jian)的塑性變(bian)形的百分(fen)數表(biao)示，

2）應力破斷

在恒溫恒負載條件(jian)下測定金屬壽命的方法(fa)，一般用于短(duan)時(shi)間(jian)內產生破損的承(cheng)載合金。

3）低溫性(xing)能，鋯無低溫延性(xing)向脆性(xing)的轉變

鋯(gao)合金(jin)即(ji)使在低(di)溫下(xia)也有(you)良好(hao)的延展性，以及(ji)與其他工(gong)程相反的強(qiang)(qiang)度。氧(yang)元素除了是氧(yang)化膜(mo)不(bu)可缺少的組成成分之外，還是鋯(gao)合金(jin)填(tian)補(bu)結構空隙， 增加(jia)其強(qiang)(qiang)度的合金(jin)元素。鋯(gao)合金(jin)在低(di)溫下(xia)沒(mei)有(you)從可塑到脆化的傾向。

4）鋯(gao)和鋯(gao)合金中的(de)疲(pi)勞，疲(pi)勞極限

常(chang)溫下，鋯(gao)合(he)金(jin)在(zai)(zai)軋制(zhi)方向(xiang)上(shang)的(de)橫向(xiang)上(shang)，具有(you)較(jiao)高的(de)極(ji)限抗拉強度， 這是由于密(mi)排六方晶體(ti)結構的(de)的(de)α鋯(gao)和體(ti)心立(li)方晶體(ti)結構的(de)α相鐵在(zai)(zai)定位方向(xiang)上(shang)性能不同造成的(de)。這個(ge)橫向(xiang)強度的(de)增加在(zai)(zai)應(ying)力(li)高于疲勞極(ji)限時更明顯。鋯(gao)材的(de)高溫力(li)學性能見(jian)表 3:

表 3 機(ji)械性能（冷加工后退火）

5.3、鋯(gao)及(ji)合(he)金不直接加熱容(rong)器用鋯(gao)的力學性能

鋯及合金不直(zhi)接加熱容(rong)器用(yong)鋯的力學性能要求如下表 4；

表 4 非(fei)直(zhi)接加熱壓力容(rong)器用鋯材(cai)的ASTM 力學性能

6、鋯的金屬學

室(shi)溫(wen)下，鋯(gao)(gao)是(shi)密排六方(fang)晶(jing)(jing)格(ge)金屬(shu)(shu)，為α鋯(gao)(gao)。有良好的(de)綜合性(xing)能。加(jia)熱和(he)冷(leng)卻過程(cheng)中有相(xiang)變(bian)(bian)，Zr702 在相(xiang)變(bian)(bian)溫(wen)度（865℃）和(he) Zr705 在相(xiang)變(bian)(bian)溫(wen)度（865℃）以上，鋯(gao)(gao)是(shi)體心立方(fang)晶(jing)(jing)格(ge)金屬(shu)(shu)，為β鋯(gao)(gao)。少量雜質，特別是(shi)氧， 影響鋯(gao)(gao)的(de)轉變(bian)(bian)溫(wen)度，鋯(gao)(gao)的(de)轉變(bian)(bian)溫(wen)度取決于從β到α的(de)冷(leng)卻，形成魏氏組(zu)織。 β相(xiang)組(zu)織一般很難(nan)在室(shi)溫(wen)下保持，典型的(de)加(jia)工和(he)退火鋯(gao)(gao)具有均勻的(de)等軸晶(jing)(jing)粒(li)組(zu)織。如果鋯(gao)(gao)中加(jia)入錫，能提高轉變(bian)(bian)溫(wen)度，鐵、鎳、鉻(ge)可降低轉變(bian)(bian)溫(wen)度。

6.1、合金元素在(zai)鋯中的(de)作(zuo)用(yong)

合(he)(he)金元(yuan)素(su)(su)可(ke)增加(jia)鋯(gao)的(de)(de)強(qiang)度(du)，當合(he)(he)金元(yuan)素(su)(su)超(chao)過溶解度(du)時(shi)會形成金屬間化(hua)合(he)(he)物或(huo)第二相組(zu)織(zhi)，可(ke)能(neng)(neng)引起(qi)鋯(gao)的(de)(de)延性(xing)下降(jiang)(jiang)并(bing)降(jiang)(jiang)低(di)(di)合(he)(he)金耐(nai)蝕性(xing)；對(dui)鋯(gao)的(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)有強(qiang)烈影響的(de)(de)合(he)(he)金元(yuan)素(su)(su)是氧，他在α相中溶解度(du)接近于 30%，氧含量(liang)增加(jia)，金屬抗(kang)拉強(qiang)度(du)提(ti)高，塑性(xing)降(jiang)(jiang)低(di)(di)；高溫(wen)時(shi)，氧對(dui)鋯(gao)的(de)(de)強(qiang)度(du)影響很(hen)小， 氧對(dui)鋯(gao)的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)影響也很(hen)小。

6.2、氣體(ti)雜質元素在鋯中(zhong)的作(zuo)用

1）對物(wu)理性能的影響

提高Zr 的(de)熔(rong)點和(he)相(xiang)變(bian)溫度，導熱(re)系數和(he)電阻溫度系數因含(han)氧量的(de)增加而降低。

2）對機械性能的影響(xiang)

對α鋯(gao)(gao)有顯著(zhu)強化作用。300℃以上氧的(de)強化作用減(jian)弱，260℃以上氮的(de)強化作用減(jian)弱，氫(qing)(qing)(qing)溶(rong)(rong)于鋯(gao)(gao)，高溫(wen)逸出(chu)，可真空退火消氫(qing)(qing)(qing)，氫(qing)(qing)(qing)對鋯(gao)(gao)的(de)影(ying)響也較(jiao)大(da)，當氫(qing)(qing)(qing)含量超過其在(zai)鋯(gao)(gao)中的(de)溶(rong)(rong)解度(du)時(shi)，析出(chu)氫(qing)(qing)(qing)化物(wu)，發生氫(qing)(qing)(qing)脆， 在(zai) 316℃-382℃溫(wen)度(du)下，鋯(gao)(gao)將(jiang)迅速吸(xi)收氫(qing)(qing)(qing)而導致合(he)金脆化；硅、碳、磷等合(he)金元(yuan)素(su)，在(zai)鋯(gao)(gao)中溶(rong)(rong)解度(du)極小，與鋯(gao)(gao)形(xing)成穩定的(de)金屬間化合(he)物(wu)來影(ying)響鋯(gao)(gao)的(de)性能，影(ying)響效果極弱，超過溶(rong)(rong)解度(du)的(de)碳會在(zai)鑄錠終生成網(wang)狀脆性碳化物(wu)。

6.3、鋯(gao)合金中合金元素分類

根據合(he)金元(yuan)素對鋯性能的影響，合(he)金元(yuan)素可分α、β穩定(ding)(ding)劑(ji)，工業純鋯中(zhong)加(jia)(jia)入穩定(ding)(ding)α元(yuan)素，也可以加(jia)(jia)入穩定(ding)(ding)β元(yuan)素，形成(cheng)鋯合(he)金。

1）擴大α區元素

擴大α區元素含量增大，α-β相變(bian)溫度(du)提高(gao)。擴大α區元素有(you) Sn,Al,O, Sb,Be,Hf,N,Pb 和Cd 等；氧(yang)含量對鋯的影響(xiang)較(jiao)大。

2）擴大β區元素

擴大β區(qu)元素(su)含量增大，α-β相變溫度降低。通(tong)常與鋯(gao)發(fa)(fa)生共(gong)析(xi)反(fan)應,也有(you)時(shi)發(fa)(fa) 生共(gong)晶反(fan)應。擴 大β 區(qu)元素(su)有(you)Fe,Cr,Nb,Ta,Th,V,Mo,Cu,Ta,W,Mo,Ti,Co,Ag,Ni 等;

  3）Fe-Fe3C 型 即 共(gong)  晶(jing)  與  共(gong)  析  型  ，  合  金  元  素  有(you)Ag\Co\Cr\Ca\Fe\Mn\Mo\Ni\V\W\H 等；

4）混合型：C、Si、Ce;

5）完全固溶型：Hf、Ti;

6）其他化合物

C，Si 和 P 在(zai)鋯中溶解度非常(chang)低(di)，1000℃以上(shang)也如此，形成穩(wen)定化合(he)物對熱(re)處理不敏感。

7、鋯的焊接

7.1、鋯的(de)基本屬性

鋯是一種(zhong)活(huo)性金屬，對雜質元(yuan)素的(de)(de)存在十分敏感(gan)，微量的(de)(de)雜質就可(ke)能導(dao)致脆化(hua)。對環境氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)氧、氮(dan)、氫等氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)都有很強的(de)(de)親和力(li)。高溫下(xia)， 鋯很容易(yi)被氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)污染(ran)發生(sheng)氧化(hua)反應。在室(shi)溫下(xia)就能與空氣(qi)(qi)里的(de)(de)氧氣(qi)(qi)反應， 形成(cheng)一層(ceng)氧化(hua)物保護(hu)膜(mo)。這層(ceng)保護(hu)膜(mo)給了鋯及合(he)金極(ji)強的(de)(de)防(fang)腐蝕能力(li)。

室(shi)溫(wen)(wen)下，鋯是密(mi)排六方晶格金屬，為α鋯。有良好的(de)綜合性能。加熱和(he)(he)冷卻(que)過程中有相(xiang)(xiang)變(bian)，Zr702 在相(xiang)(xiang)變(bian)溫(wen)(wen)度（865℃）和(he)(he) Zr705 在相(xiang)(xiang)變(bian)溫(wen)(wen)度

（865℃）以上，鋯(gao)是(shi)體心立方(fang)晶格金屬，為β鋯(gao)。相(xiang)變時產生的體積變化(hua) 也(ye)很小。

 7.2、物理(li)性(xing)能(neng)

與其他(ta)金屬(shu)相(xiang)比鋯(gao)(gao)具有彈性模(mo)量低(di)(di)(di)、熔點高、線(xian)膨(peng)脹系數小(xiao)(xiao)、熱(re)(re)導率高、比熱(re)(re)容低(di)(di)(di)，鋯(gao)(gao)的這些優異的物理性能使鋯(gao)(gao)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時，需要更(geng)高的焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)(re)輸入，但具有焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)小(xiao)(xiao)、焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變形(xing)小(xiao)(xiao)、焊(han)(han)件散(san)熱(re)(re)好(hao)，焊(han)(han)件吸(xi)收熱(re)(re)量小(xiao)(xiao)， 焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)過(guo)程不易過(guo)熱(re)(re)；表面張力(li)大等特點；從(cong)物理性能方面，鋯(gao)(gao)的焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)性與鉻鎳鋼(gang)沒有明顯的差別，只是熱(re)(re)膨(peng)脹系數特別低(di)(di)(di)，熱(re)(re)變形(xing)量較小(xiao)(xiao)，相(xiang)變時產生的體積變化也很小(xiao)(xiao)，特別利于焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)要求的低(di)(di)(di)變形(xing)。

7.3、鋯的焊接性

鋯(gao)是高(gao)活性金屬，在焊接(jie)高(gao)溫下，與空氣以及其他很多元素和化(hua)合物能發生化(hua)學反應，微量(liang)的(de)雜(za)質(zhi)(zhi)，特別(bie)是氮、氧、碳和氫等即可(ke)導致鋯(gao)嚴重的(de)脆化(hua)。所以的(de)焊接(jie)具(ju)(ju)有與鋯(gao)相似的(de)特點(dian)，但(dan)對雜(za)質(zhi)(zhi)元素具(ju)(ju)有更高(gao)的(de)敏感性，有更嚴的(de)保護要(yao)(yao)求(qiu)；鋯(gao)具(ju)(ju)有缺口敏感性，焊接(jie)過程中微量(liang)氧化(hua)，可(ke)能導致脆性開裂，造成隨(sui)后冷(leng)加工時(shi)的(de)裂紋形成；鋯(gao)主要(yao)(yao)作(zuo)為耐蝕金屬使用(yong)， 如此鋯(gao)焊接(jie)既要(yao)(yao)保證結構良(liang)好的(de)力學性能，同時(shi)保證焊接(jie)接(jie)頭具(ju)(ju)有良(liang)好的(de)耐腐蝕性能，其焊接(jie)性特點(dian)如下：

（1）焊接區易受空(kong)氣污染

鋯(gao)在焊接(jie)加熱(re)時，由于鋯(gao)的化學性質很(hen)活潑，焊接(jie)區(qu)處(chu)于高溫條(tiao)件下， 如保護不好，易受(shou)空氣污(wu)染，這些氣體被鋯(gao)吸收后就可分別產(chan)生(sheng)脆性化合(he)物，使接(jie)頭(tou)塑(su)性下降(jiang)。

氧與(yu)鋯(gao)在(zai)(zai) 204℃生成(cheng)ZrO，在(zai)(zai) 400℃生成(cheng)白色的(de)ZrO 氧化皮，（長時間與(yu)空氣(qi)接觸(chu)）；氮與(yu)鋯(gao)在(zai)(zai) 370℃溫度(du)(du)(du)(du)下生成(cheng)ZrN，在(zai)(zai) 300℃生成(cheng)ZrH。上述(shu)這(zhe)些反(fan)應(ying)(ying)溫度(du)(du)(du)(du)均低于鋯(gao)與(yu)上述(shu)氣(qi)體反(fan)應(ying)(ying)的(de)初始溫度(du)(du)(du)(du)，焊(han)(han)接過(guo)(guo)程(cheng)中，焊(han)(han)接區(qu)保護不好時，比焊(han)(han)接鋯(gao)合(he)金更容易被污(wu)染(ran)(ran)，使接頭脆化。氧、氮、氫氣(qi)體的(de)濃度(du)(du)(du)(du)越(yue)大，硬化程(cheng)度(du)(du)(du)(du)越(yue)大；碳(tan)和氮對焊(han)(han)縫(feng)(feng)金屬的(de)抗腐(fu)蝕損害很大。一般應(ying)(ying)嚴(yan)格控制(zhi)碳(tan)和氮的(de)含量(liang)，同時加強焊(han)(han)接區(qu)的(de)清理和保護，防止焊(han)(han)縫(feng)(feng)污(wu)染(ran)(ran)，焊(han)(han)縫(feng)(feng)污(wu)染(ran)(ran)后(hou)其(qi)抗腐(fu)蝕性能將(jiang)降低，接頭性能變脆。鋯(gao)焊(han)(han)接時，可通過(guo)(guo)表面顏色變化來簡單(dan)判別(bie)焊(han)(han)接質量(liang)，其(qi)保護效果與(yu)顏色關系如下表 5：

表 5 焊接質(zhi)量與(yu)焊縫表面(mian)顏色

（2）焊接區(qu)易形成介(jie)穩相影響接頭(tou)性能(neng)

焊(han)接過程(cheng)的(de)(de)不(bu)平衡結(jie)晶(jing)，致使(shi)焊(han)縫(feng)和(he)熱影(ying)響(xiang)區有(you)可(ke)能析出復雜的(de)(de)金(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)合物(wu)，如Zr(FeCr)2，Zr2Fe，ZrO，ZrN，ZrH，Zr-Ni，Zr-Fe，Zr-Cr 等(deng)金(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)合物(wu)，這些化(hua)合物(wu)多停留于晶(jing)界(jie)，降低接頭(tou)塑性(xing)，增(zeng)加脆(cui)性(xing)；焊(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)的(de)(de)柱狀晶(jing)界(jie)存在脆(cui)性(xing)相或二次相，多呈不(bu)連(lian)續分布，焊(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)所受(shou)的(de)(de)影(ying)響(xiang)比熱影(ying)響(xiang)區小。

在熱影(ying)響(xiang)區中α相(xiang)晶粒間有呈(cheng)片狀連續分布的 Zr(FeCr)2 脆性相(xiang)，如(ru)受腐蝕介質(zhi)作(zuo)用，往(wang)(wang)往(wang)(wang)沿熱影(ying)響(xiang)區β相(xiang)晶界和(he)α相(xiang)間片狀晶界侵入，優(you)先(xian)腐蝕；當含(han)碳(tan)量超過 0.10%時，形成 ZrC，產生優(you)先(xian)腐蝕；焊縫及(ji)熱影(ying)響(xiang)區組織的形成如(ru)下(xia)：

890℃以(yi)下區域為α相(xiang)和金屬間(jian)化合物；

890-950℃溫度區域，為α相組織；

950-980℃溫度(du)區(qu)域，為α+β相(xiang)組(zu)織；

980℃以上溫度區域，為(wei)β相組(zu)織；

這些介穩相(xiang)和脆性(xing)(xing)(xing)相(xiang)，使接(jie)頭性(xing)(xing)(xing)能降低，接(jie)頭塑(su)性(xing)(xing)(xing)均有所下降，鋯的導熱(re)性(xing)(xing)(xing)差，比熱(re)小、電阻大、焊接(jie)加熱(re)時，組織晶粒(li)粗大促使接(jie)頭塑(su)性(xing)(xing)(xing)降低；

（3）易產生氣孔

氣孔(kong)是鋯焊接(jie)中的主要問題，鋯更(geng)容易出現氣孔(kong)，多產生(sheng)在焊縫上，呈細小針(zhen)孔(kong)，主要原因有：

1）受空氣中氫、氮和氧(yang)的污染；

2）鋯工件表(biao)面焊絲在焊前(qian)清理的程度不夠；

3）保護氣中有雜質(zhi)和水分(fen)；

4）母材和(he)焊材中雜(za)質元(yuan)素含量過(guo)高(gao)，致使鋯可(ke)能(neng)產生(sheng)氣孔。

防止氣孔的措施：

1）焊件表(biao)面必須認真徹底的(de)清理干凈(jing)；

2）加(jia)強焊接過程保護；

3）調整保護氣(qi)流量；

4）選(xuan)擇(ze)適當(dang)的焊接(jie)(jie)電流(liu)，減小焊接(jie)(jie)速(su)度，可有效防止氣孔；

（4）焊接裂紋

純(chun)鋯與鋯合金的焊接沒有形成裂紋(wen)的明顯趨勢。

（5）接頭組織

  鋯焊(han)接接頭為(wei)鑄造組(zu)(zu)織(zhi)，粗大的(de)(de)部分(fen)α相(xiang)(xiang)和(he)部分(fen)β相(xiang)(xiang)。冷卻速度大時， α相(xiang)(xiang)變成馬氏(shi)體組(zu)(zu)織(zhi)，在(zai)晶(jing)界上有(you)彌散分(fen)布的(de)(de)小顆(ke)粒(li)(li)為(wei)第(di)(di)二(er)相(xiang)(xiang)沉淀物(wu)(wu)(wu)(wu)，在(zai)晶(jing)內有(you)大顆(ke)粒(li)(li)的(de)(de)第(di)(di)二(er)相(xiang)(xiang)，整個晶(jing)粒(li)(li)由α相(xiang)(xiang)亞晶(jing)組(zu)(zu)成；熱影響區(qu)為(wei)α片狀過(guo)熱組(zu)(zu)織(zhi)；在(zai)單層氬(ya)弧(hu)焊(han)時，接頭組(zu)(zu)織(zhi)很少發(fa)現析出物(wu)(wu)(wu)(wu)，多層焊(han)時，其焊(han)縫(feng)中產生(sheng)較為(wei)細(xi)小的(de)(de)金(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)Zr(Ni\Fe\Cr)。這些化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)可以加熱到(dao) 870 以上，然(ran)后水冷固溶處理(li)，使金(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)溶解(jie)于α相(xiang)(xiang)，在(zai)熱影響區(qu)的(de)(de)片狀α相(xiang)(xiang)中，在(zai)片間(jian)存有(you)連(lian)續(xu)分(fen)布的(de)(de)第(di)(di)二(er)相(xiang)(xiang)沉淀物(wu)(wu)(wu)(wu) Zr(Fe\Cr)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)，它使接頭韌性下(xia)降(jiang)。

（6）具有低變形、低應力(li)的焊接特點(dian)。

7.4、鋯(gao)及合金的焊接(jie)工藝

（1）焊接方法

 鋯在一定工藝條件下(xia)焊(han)接(jie)性(xing)(xing)是良好的。可(ke)以用熔焊(han)（如惰(duo)性(xing)(xing)氣(qi)體(ti)保護焊(han)、等(deng)離(li)子(zi)弧焊(han)、電子(zi)束焊(han)、激光焊(han)等(deng)）、釬(han)焊(han)、固態焊(han)等(deng)多種方法進行焊(han)接(jie)，

（2）焊前準備

鋯(gao)(gao)的(de)(de)(de)焊(han)(han)前清(qing)理(li)是焊(han)(han)接鋯(gao)(gao)金(jin)屬的(de)(de)(de)一個主(zhu)(zhu)要內容，表(biao)面清(qing)理(li)主(zhu)(zhu)要是仔細清(qing)除 鋯(gao)(gao)焊(han)(han)接坡口和焊(han)(han)絲表(biao)面的(de)(de)(de)氧化物或油污，清(qing)理(li)內容有(you)：

①清(qing)除表面氧化膜(mo)（ZrO）

②清除油污及污垢；

③清(qing)除焊件和焊絲表面污物；

表面清理(li)方法：機械方法清理(li)后，采用丙酮擦洗或(huo)酸洗，清理(li)后應將焊件和焊絲烘干(gan)后才能(neng)焊接；

（3）焊絲選擇

為(wei)保(bao)證鋯的焊(han)接質(zhi)量(liang)，必須合(he)理(li)選擇焊(han)絲。對(dui)焊(han)絲質(zhi)量(liang)的要求較(jiao)為(wei)嚴格：焊(han)絲必須表(biao)面(mian)光滑、清潔、圓(yuan)整無(wu)(wu)毛刺、無(wu)(wu)皺皮、無(wu)(wu)裂(lie)紋(wen)、無(wu)(wu)氣孔、無(wu)(wu)夾層(ceng)/渣等缺陷(xian)；

焊(han)絲(si)選(xuan)用時應(ying)確(que)保焊(han)絲(si)的主要化(hua)學成(cheng)分與母(mu)材成(cheng)分相近，并嚴格控(kong)制焊(han)絲(si)中的雜質(zhi)含量不可超(chao)過標準的上限；

自動鎢極氬弧焊(han)、等(deng)(deng)離子焊(han)等(deng)(deng)機械焊(han)接方法所用的焊(han)絲，應(ying)成盤密排層層繞好，焊(han)絲不可有(you)打(da)結，小(xiao)直彎和受污染現象；

通用的焊(han)絲化學成份(fen)如(ru)下表 6：

表 6  鋯焊(han)絲成分(fen)

 （4）保護氣體(ti)

保(bao)護氣體(ti)(ti)的純度要高(gao)，水分低(di)，露(lu)點一(yi)般(ban)不可大于(yu)-50℃；鋯(gao)焊接(jie)保(bao)護氣體(ti)(ti)可采(cai)用工業純度達(da)到以上的 99.99%Ar、氦氣、或氬/氦混合氣體(ti)(ti)進行， 采(cai)用高(gao)純氬比純度較低(di)的氬氣具有(you)更好的焊縫保(bao)護效(xiao)果，但焊接(jie)接(jie)頭性能相當；

（5）鎢極氬弧焊(han)和(he)等離子(zi)弧焊(han)焊(han)接(jie)工藝

 焊接電源和(he)極性一(yi)般(ban)為直流(liu)(liu)正接；由于(yu)鋯熔點高，熱(re)導率比鋯高 10%， 選擇電流(liu)(liu)時(shi)應(ying)比焊鋯時(shi)增(zeng)加(jia) 30-50%，一(yi)般(ban)偏(pian)大一(yi)些電流(liu)(liu)，以(yi)提高焊接速(su)(su)度， 同時(shi)加(jia)強冷卻速(su)(su)度，控制在 60℃/S，有利于(yu)防止過熱(re)和(he)產(chan)生脆性相。即(ji)大電流(liu)(liu)快(kuai)速(su)(su)焊。

 焊接(jie)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)問題是(shi)加強(qiang)對焊接(jie)高(gao)溫區的(de)保護(hu)(hu)，對焊接(jie)時，焊接(jie)接(jie)頭溫度高(gao)于 300℃的(de)部位及背(bei)面都必須在(zai)惰性氣體的(de)保護(hu)(hu)之(zhi)下，噴(pen)嘴尺(chi)寸要(yao)大，應(ying)注意拖(tuo)罩、背(bei)保護(hu)(hu)罩的(de)結構和尺(chi)寸應(ying)稍大一(yi)些，噴(pen)嘴和拖(tuo)罩內(nei)多(duo)加銅(tong)(tong)絲網，增強(qiang)氣篩作用，鋯表面可加銅(tong)(tong)壓板，背(bei)面加水冷銅(tong)(tong)墊板加強(qiang)焊接(jie)冷卻作用；

 焊(han)接時焊(han)絲(si)熱(re)端必須在保護(hu)氣體中加(jia)熱(re)和送(song)進，不得(de)外移(yi)；

 鋯(gao)焊(han)接不用進行(xing)焊(han)前(qian)預熱，采(cai)用多(duo)層多(duo)道；焊(han)焊(han)接過(guo)(guo)程中為了防(fang)止熱影響區過(guo)(guo)熱，層間(jian)溫度應控(kong)制(zhi)在(zai) 100℃以(yi)內；

 焊接過程(cheng)中焊縫受到污(wu)染(ran)或氧化，應清理干凈(jing)后在進行焊接；鋯的氬弧焊參考規范如下表(biao) 7：

7.5、鋯與其他金屬(shu)的(de)焊接

鋯(gao)除和鋯(gao)、釩、鈮(ni)、鉭等金屬之外，不能(neng)與大多數其他金屬直接熔(rong)化焊接，因此(ci)一般(ban)用鋯(gao)的(de)容器(qi)應為純(chun)鋯(gao)、襯(chen)鋯(gao)和鋯(gao)爆(bao)炸復合(he)板制成，襯(chen)里可用機械方法固(gu)定在鋼(gang)殼體上，在使用襯(chen)里的(de)容器(qi)設計(ji)中，鋯(gao)提供了(le)優異的(de)耐蝕性與傳熱性的(de)結合(he)。當壁(bi)厚大于(yu)等于(yu) 25.4mm 時，可采用鋯(gao)鋼(gang)復合(he)板制造容器(qi)。

對于(yu)封閉形狀，鋯(gao)管(guan)與熱膨脹率較(jiao)大的金屬管(guan)連(lian)接(jie)，可采用滑動(dong)配合， 加(jia)熱和釬(han)焊連(lian)接(jie)方(fang)式。

7.6、鋯(gao)鋼(gang)復(fu)合板的(de)焊接

鋯鋼(gang)復合板焊接(jie)采用的是鋼(gang)基層和鋯覆層各自(zi)分開焊接(jie)；

采(cai)用正常的基層鋼的焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝進(jin)行(xing)鋼基層焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)；基層焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)前應采(cai)用機加工方法進(jin)行(xing)去除基層焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)邊(bian)緣一定寬度的覆(fu)層鋯(gao)，防止鋼基層焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時造成鋼與鋯(gao)互溶，基層焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)結束(shu)后，采(cai)用墊板和蓋板形式進(jin)行(xing)覆(fu)層的焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)；

當需要時，可采用銀或(huo)釩對鋯和鋼(gang)的焊縫進行(xing)密封焊；

8、鋯鉿及其化合物的應用

鋯(gao)的總消費的 90%左右(you)是鋯(gao)螢石(shi)、氧化物(wu)或其(qi)(qi)他鋯(gao)的化合物(wu)形式，另外(wai)一部分為金(jin)屬鋯(gao)、鉿及其(qi)(qi)合金(jin)的形式，主要應用有以下幾個方面：

8.1、原子能工業

鋯具有(you)優良的(de)耐蝕(shi)性(xing)，耐高溫(wen)性(xing)、極低的(de)熱(re)中(zhong)子(zi)吸收截面(mian)(mian)，是包套材(cai)料的(de)結構材(cai)料 Zr-2 和(he) Zr-4。鉿(jia)具有(you)比鋯更高的(de)耐蝕(shi)性(xing)、耐高溫(wen)性(xing)能和(he)較高的(de)熱(re)中(zhong)子(zi)吸收截面(mian)(mian)，，是理(li)想的(de)防中(zhong)子(zi)輻射材(cai)料，用于這方(fang)面(mian)(mian)的(de)必(bi)須(xu)是原子(zi)能級。

8.2、鋯在鋼鐵工業中的應用

在鋼(gang)(gang)中加入鋯能改(gai)善鋼(gang)(gang)的(de)性能，對氧(yang)、氮和硫有較強的(de)吸附作(zuo)用(yong)，鋯與(yu)氮作(zuo)用(yong)可改(gai)善鋼(gang)(gang)的(de)時效硬化性質，鋯的(de)脫氧(yang)作(zuo)用(yong)可減慢鋼(gang)(gang)粒度的(de)增長速度，應用(yong)于低(di)合金鋼(gang)(gang)、裝甲鋼(gang)(gang)、武器鋼(gang)(gang)、不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、高(gao)溫鋼(gang)(gang)中。

含(han)鋯合金可作為灰(hui)口鑄(zhu)鐵的改良劑，提高(gao)鑄(zhu)鐵的機械(xie)性能；

8.3、在有色(se)金(jin)屬方面

鎂(mei)(mei)中(zhong)加入鋯(gao)，減慢鎂(mei)(mei)的(de)增長速度，提高(gao)鎂(mei)(mei)合(he)金的(de)結構性能(neng)，及(ji)在330-350℃下的(de)耐(nai)蝕性。

銅中(zhong)加入鋯（0.1-5%）,不影響導電性的前提下大(da)大(da)增(zeng)加機(ji)械性能，鋯銅合(he)金可用作點焊電極和高強度導線。

鋯鉿鈮碳化物切削刀具方(fang)面應用發展較快，鉭(tan)、鈮、鉬、鎢合金中加入少量鉿和碳，可形(xing)成彌散第二相，制成高溫合金。

8.4、化學工業

鋯(gao)是(shi)一種活(huo)性金(jin)屬(shu)，很容(rong)易產生氧(yang)化(hua)(hua)反應(ying)，如(ru)在(zai)室(shi)溫下就能和空氣里(li)的(de)(de)氧(yang)起(qi)反應(ying)，形成一層氧(yang)化(hua)(hua)保護(hu)膜(mo)，這層保護(hu)膜(mo)給了鋯(gao)和鋯(gao)合金(jin)最好的(de)(de)防腐(fu)(fu)能力。此氧(yang)化(hua)(hua)膜(mo)可以(yi)通(tong)過(guo)熱處(chu)理(li)工藝進一步加強(qiang)，表面顯微硬(ying)度大致可以(yi)達到維(wei)氏硬(ying)度 480HV，處(chu)理(li)適當的(de)(de)加強(qiang)氧(yang)化(hua)(hua)膜(mo)如(ru)同(tong)(tong)優良(liang)的(de)(de)軸承面，可以(yi)抵御各種不(bu)同(tong)(tong)腐(fu)(fu)蝕介質的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕，給高速系統設備帶(dai)來相當強(qiang)的(de)(de)耐磨(mo)能力， 同(tong)(tong)時也(ye)給某些高腐(fu)(fu)蝕環境帶(dai)來強(qiang)大的(de)(de)抗(kang)腐(fu)(fu)蝕能力。

從化學性(xing)方面來講，防腐(fu)性(xing)越(yue)(yue)強(qiang)，不起(qi)反應的氧(yang)化膜耐腐(fu)蝕能力(li)越(yue)(yue)強(qiang)；從熱力(li)學來講，熱力(li)學上越(yue)(yue)穩定，越(yue)(yue)能持久穩定的成型，受損(sun)后自身(shen)修復(fu)得越(yue)(yue)快，穩定的氧(yang)化膜是可靠的保持連續和全(quan)面覆蓋的膜。

鋯最早應用于 H₂O₂ 生產中，濃縮 75%濃硫酸中的鋯制管殼式熱交換器替代石墨換熱器；丙烯酸纖維和丙烯酸膜生產，甲萘酚水解的反應釜（15atm 下 220℃的 20%H₂SO₄）中使用，還原藍生產中間體二氯蒽醌分解釜（小于 100℃的 5-10%H₂SO₄和濃(nong)度小于 15%HCL）的攪拌器(qi)。

橡膠中間體異丁烯生產中直徑達 2m 的鋯反應釜；鋯在有關 HCL 中的應用主要有：濃鹽酸和聚合物的生產中，偶氮燃料生產中換熱器、泵、攪 拌槳等，纖維素破斷和氯化乙烯的聚合過程，室溫到 300℃的 HI 介質中；鋯在硝酸系統中的應用：濃縮 57-67%濃硝酸的濃縮柱和再沸器，205℃生產 65%硝酸的 27 噸大型鋯換熱器，U 型冷卻器處理 98.5-99%的硝酸；鋯在鹽酸或硫酸與堿液交替接觸的過程中的鋯反應釜，尿素生產中采用鋯反應塔和換熱器，高溫高壓下應用，更高的CO₂ 和尿素(su)轉化率；150℃的(de)氯化烴環境中，鋯(gao)制蒸餾塔及安全又經(jing)濟(ji)；在鋯(gao)萃取工(gong)藝中， 鋯(gao)可耐諸如甲異(yi)丁酮、HCL、硫(liu)氰化氨、硫(liu)酸和二氯化氧(yang)鋯(gao)等工(gong)藝過程中的(de)所有介質腐蝕(shi)。

工業級鋯及其合(he)金可在(zai)熱交換器、閥門(men)、泵(beng)殼、葉輪、高速攪拌器、蒸汽(qi)噴嘴、噴絲頭(tou)等部件