钽(Tantalum)锆(Zirconium)介绍
钽(Tantalum)
钽材在大多数无机酸中耐蚀性能非常优良，和玻璃非常相似，在化学工业中具有重要用途，除了氢氟酸、氟、发烟硫酸和碱外，几乎能耐一切化学介质（包括沸点的盐酸、硝酸和℃以下的硫酸）的腐蚀。
钽对75%以下稀硫酸耐蚀性能优良，可使用于任何温度；对不充气的浓硫酸可用于~℃；对充气的浓硫酸可用于~℃，超过此温度腐蚀就增大。一般在℃以上高温使用前要先进行试验研究。钽材对磷酸的耐蚀性能也较好，但酸中如含有微量的氟(＞4ppm)时，则腐蚀率加大。
钽材在碱中通常不耐蚀，会变脆，在高温、高浓度下腐蚀更快。
钽能与高温气体(惰性气体除外)反应，O2、N2、H2等可渗入内部使之变脆，如与初生态H接触，也会吸氢变脆。因此，钽材设备不可与较活性金属(如Fe、Al、Zn)等接触，因为易构成钽—铁(Al、Zn)原电池，由此原电池反应产生的氢将破坏钽阴极，使设备失效。如果用氢超电压极小的一小块铂(面积大约为钽的万分之一)与钽连接，那么所有的氢将在铂上放出，可以避免氢对钽的破坏。
钽材耐蚀性能优异，但价格昂贵，所以其应用形式主要是复合板和衬里,并且为了降低成本，钽层的厚度希望尽可能的薄，所以复合板或衬里焊接非常困难，因为钽材和钢材的熔点相差悬殊，(钽材的熔点为℃，钢材的熔点为℃)且Fe与Ta在高温下会形成Fe2Ta脆性金属间化合物，如果措施不当，容易导致焊缝开裂。
在薄层钽钢复合板或衬里的焊接中，复层的厚度对其可焊性有重要影响，图1是Ta1/16MnR复合板焊接示意图，复层厚度h越小，复合界面上的温度T越高。当T＞℃时，界面上的16MnR就会出现一个熔化区。而Fe和Ta在℃时将发生共晶反应，产生Fe2Ta脆性金属间化合物，在焊接应力作用下，很容易产生裂纹并且在界面上钽的一侧会向钽焊缝熔池方向扩展，严重时会产生贯穿性的裂纹，这时基层被熔化的铁将穿过贯穿性裂纹向钽焊缝熔池中扩散，并与钽发生反应生成Fe2Ta脆性化合物，使焊缝开裂。
为了防止产生这种现象的首要因素就是适当增加复层厚度或采取其他措施降低界面温度，例如在界面预先复合异常外一层其它导热迅速的金属，以便把焊接时产生的热量向四周迁移。关于复层厚度和复合板可焊性的关系，经过大量试验，可以建立一个界面温度Ts与复层厚度h之间关系的模型。如图2。
当h≤2.0mm时，界面钢发生熔化，铁扩散到焊缝中，焊缝出现裂纹。当h＞2.0mm时，可以实现钽钢复合板的焊接，且复层厚度越大，可焊性越好。一般情况下，复层厚度选用2.5~4.0mm为宜。而用作衬里时，则用0.3~0.5mm即可。
锆(Zirconium)
引言
锆是一种活性金属，很容易产生氧化反应。如在室温下就能和空气里的氧起反应，形成一层氧化物保护膜。这层保护膜给了锆和锆合金最好的防腐能力。此氧化膜可以通过热处理工艺来进一步加强，表面显微硬度大致可以达到维卡硬度计（洛氏硬度C标度47）。处理适当的加强氧化膜如同优良的轴承面，可以抵御各种不同介质的腐蚀，给高速系统设备带来相当强的耐磨能力，同时也给某些高腐蚀环境带来强大的抗腐蚀能力。锆对还原性环境的耐蚀性非常好，对大多数酸的抗蚀能力优良，其中对小于10%的沸腾硫酸有良好的耐蚀性能，对10~40%的硫酸可适用至℃，对50~60%的硫酸可适用至60℃，对70~80%的硫酸可适用至35℃，只在氢氟酸、浓硫酸、王水等介质中腐蚀严重。对氧化性环境如硝酸、铬酸也有良好的耐蚀性，但如含有氯化物（如FeCl3,CuCl2），则腐蚀激增。在含有Fe3+和Cu2+的环境还会产生孔蚀。对碱液、熔碱、盐液的耐蚀性能优良，但不耐湿氯。在化学工业中主要应用于盐酸、熔碱、醋酸等行业。下表是锆材在醋酸等化工过程中腐蚀数据：
锆合金即使在低温下也有良好的延展性，以及与其它工程合金相仿的强度。氧元素除了是氧化膜不可缺少的组成成分外，还是锆合金填补结构空隙，增加其强度的合金元素。锆合金在低温下没有从可塑到脆化的倾向。
化学成分
锆合金的锆、铪总含量达95.5%到99.2%。其中铪的含量最高可以达到4.5%。非
核用锆合金分为两个级别：Zr和Zr，这两种级别的材料都具有优良的防腐蚀性能，只在物理性能和机械性能方面稍有不同。Zr是商用材料，Zr则是锆和铌的合金，以增强其强度和改善其模锻的性能。表1列出了锆合金的化学成分。其中铪含量的变化对材料物理性能、机械性能和防腐性能没有大的影响。表1化学成分
热力学性质
锆及锆合金的热力学性质如下表所示。
机械性能
表1列出了锆及锆合金的物理性能。从表中可以看出：锆及锆合金的弹性模量随着温度升高而迅速减小。锆及锆合金的比重要比以镍铁为主的不锈钢合金低20%多。图1、图2和表2显示了典型的锆及锆合金在退火后的机械性能数据。这些图表的数据显示了不同温度下纵向和横向性能的平均数值。屈服强度和延伸率数据是用0.2%永久变形测定法测定的。和大部分有色金属一样，锆及锆合金逐渐地从弹性过度到塑性。其某些物理和力学性能受到有向性的影响。这些性能包括热膨胀、屈服强度、极限抗拉强度、延伸率、缺口韧性和弯曲塑性都随方向不同而有不同程度的变化。两个级别的锆及锆合金的延伸率都随温度的增高而有明显的增加。这个延展性的增加和摄氏度时的低屈服强度，为某些成形制造减少了工艺上的困难。表1物理性质：
表2机械性质(冷加工，经退火)
热处理
1、退火冷加工的纯锆，其消应力退火温度约为℃。为降低其腐蚀和吸氢速率及稳定组织，一般都在冷加工后进行消应力退火。消应力退火后，锆合金强度变化不大，而塑性明显提高。
2、淬火锆在迅速冷却时，可能发生切变型马氏体的转变，一般来说，锆及其合金在β区淬火可得到一定程度的硬化。如含有0.02%C，0.03%O，0.%Al及微量其他杂质的晶条锆在0℃淬火，抗拉强度从Mpa上升到Mpa，℃回火后强度还会增加。
3、淬火时效在研究和使用过程中发现Zr是典型的通过淬火时效而强化的合金。大量的试验结果也表明：热处理规范强烈地影响着Zr合金的力学性能、腐蚀性能等，而且也只有通过热处理和冷加工才能得到满意的高强度和高的耐蚀性能。Zr的固溶处理温度通常是℃，保温0.5小时，然后淬火，淬火后的维氏硬度值为±5kg/mm2.时效温度通常是℃，合金的硬度在最初的3-6小时内增加，然后保持在最大值±7kg/mm2（维氏硬度），如在较低的℃和℃时效，则将缓慢地达到硬度峰值。锆及锆合金的成品硬化迅速。在℃下作半小时至一小时的应力消除热处理就可以把残留应力消除。
美国机械工程师协会允许应力
两种级别的锆合金都经批准用于制造按ASME的锅炉与高压容器标准设计的压力容器。Zr材料则需要在焊接后14天内作应力消除热处理。表3列出了根据ASME锅炉与高压容器标准第二部分，D段，用版对安全系数的重新规定对年修订版所要求的允许应力值进行了修改。
疲劳极限
锆合金的疲劳极限（即低于此应力值无破损）和大部分铁合金相似。但在常温下，锆合金在轧制方向的横向上，具有稍高的极限抗拉强度。这个横向上稍高强度的性能和大部分铁合金不同。这是由于密排六方晶体结构的α相锆和体心立方晶体结构的α相铁在定位方向上性能不同而造成的。这个横向强度的增加在应力高于疲劳极限时更明显。图3显示了有缺口和无缺口圆锆试样的S-N强度曲线。理论上的弹性应力集中系数Kt是3.5。强度降低系数Kf，其定义为无缺口疲劳强度与有缺口疲劳强度之比，在室温下其数值为2.6，在℃时为1.6。表4列出了非合金典化法制锆和锆合金的疲劳极限数据。表3ASME允许应力值（Ksi）
图3疲劳曲线
华氏度与摄氏度换算关系：OF=1.8×OC+32
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