Ti-5Ta钛钽合金耐硝酸耐腐蚀性能研究

一、钛钽合金（Ti-5Ta）

Ti-5Ta合金系型合金，是1965年日本户制钢(Kobesteel)开发的。它具有良好的耐沸腾HNO腐蚀的特性在全硝酸浓度范围内比纯腐蚀速度小，已在核燃料后处理过程的硝酸设备中应用。Ta是一种高熔点高密度元素，易在合金铸锭中发生高熔点夹杂物，并引起铸锭成分的不均匀性如果出现夹杂物和区域Ta偏析等冶金缺陷会导致铸锭报废。Ta在合金中分布不均性会引起合金性能的不均匀，尤其是耐腐蚀性。本研究观察和研究了高熔点Ta夹杂物及Ta在Ti-6Ta合金铸中的分布特征,目的在于提高合金铸锭的冶金质量。

二、Ti-Ta钛钽合金耐腐蚀性优越

不锈钢材料在沸腾硝酸溶液中会由于晶间贫铬而发生腐蚀，对于耐硝酸腐蚀的超低碳不锈钢材料，如000Cr25Ni20，在含有金属阳离子的沸腾硝酸溶液中，因金属阳离子的高氧化性导致超低碳不锈钢会发生强烈的晶间腐蚀。钛在硝酸中具有良好的耐蚀性，其机理是通过在钛表面形成一层保护性的氧化膜来阻隔腐蚀液与金属基体的相互作用，进而降低金属基体的腐蚀速率。但在高温浓硝酸中，由于单纯的钛氧化膜致密性及结合强度较低，使得钛的耐腐蚀性能显著下降，工业纯钛在沸腾的65％的硝酸溶液中年平均腐蚀速率超过1 .0mm/a，不能满足工程设计的要求。在应用实践中，通过向Ti中添加Ta元素获得Ti-Ta二元合金，具有良好的耐硝酸腐蚀性。

日本神户制钢所研制的KS50Ta(Ti‑5Ta) 合金，其通过在纯钛中添加4wt％～6wt％的钽元素来增强工业纯钛的耐蚀性，该合金在沸腾硝酸溶液中的年平均腐蚀速率为0. 1～0.2mm/a，抗拉强度为330MPa，延伸率为23％，其缺点是强度、塑性不高，耐腐蚀性能稍差。

日本神户制钢所在昭61-42473公开了一种具优异耐硝酸腐蚀性能的Ti-Ta-Si系合金，其通过在钛中添加重量比1％～6％的钽及0.01％～0.5％的硅，形成一种三元耐蚀钛合金，通过硅元素的少量添加来抑制Ti-Ta基合金的腐蚀，但抑制效果有限，且硅元素的添加对Ti-Ta基材料的塑性及加工性能会造成不利的影响。

三、Ti-5Ta钛合金棒材工业化生产

 耐硝酸腐蚀的Ti-5Ta钛合金的制备过程为：根据目标产物的设计成分及含量准备原料，然后将原料中的钛粉与钽粉按照3: 2的质量比放置于混料机中混合5h，得到成分均匀的混合粉体，将混合粉体与海绵钛、TiO 2 配料后采用压力机压制成电极块，并放置于80℃的烘箱中干燥4h后，再放置于真空等离子焊箱中焊接成自 耗电极，将自 耗电极置于真空自 耗电弧炉中进行三次熔炼得到Ti-5Ta钛合金铸锭，将Ti-5Ta钛合金铸锭经剥皮、切除冒口后，在1050℃进行开坯锻造，然后经中间锻造、挤压、轧制等工序加工成棒材，控制总变形量为80％，再经650℃退火处理，得到耐硝酸腐蚀Ti-5Ta钛合金棒。