zirkoniumlegeringen

Zirkoniumlegeringen zijn metalen die grotendeels bestaan uit zirkonium met kleine hoeveelheden legeringselementen zoals tin, ijzer, chroom, nikkel en niobium. Deze toevoegingen verbeteren de mechanische eigenschappen en de corrosiebestendigheid van zirkonium, terwijl de neutronenabsorptie laag blijft. Daardoor zijn deze legeringen bijzonder geschikt voor gebruik in omgevingen met hoge temperaturen en vocht, waarin neutronenverliezen beperkt moeten blijven.

De best bekende families zijn Zircaloy-2 en Zircaloy-4. Deze twee bestaan uit zirkonium met tin als hoofdlegeringselement en kleine hoeveelheden ijzer en chroom; nikkel blijft beperkt. Er bestaan ook niobium-bevattende varianten zoals ZIRLO en M5, die extra weerstand tegen corrosie en creep bieden door de Nb- toevoeging. De verscheidenheid aan samenstellingen maakt het mogelijk te kiezen voor een balans tussen sterkte, wrijvingsweerstand en corrosiehandel.

Eigenschappen van zirkoniumlegeringen omvatten een hoge sterkte bij relatief laag gewicht, uitstekende weerstand tegen corrosie in water en stoom bij kerntemperaturen, en een zeer lage neutronenabsorptie. Een beschermende oxidelaag vormt zich aan het oppervlak, wat bijdraagt aan de duurzaamheid onder kernomstandigheden. De verwerking omvat gewoonlijk warm- en koud walsen en annealing, zodat castellatieve vormen zoals buizen en platen voor kernbrandstofomhulsels kunnen worden vervaardigd.

Toepassingen zijn vooral te vinden in de kernindustrie, met name als cladding rondom brandstofstaven in lichtwaterreactoren (PWR en BWR). Daarnaast worden zirkoniumlegeringen gebruikt in componenten die weerstand vereisen tegen corrosie in agressieve vloeistoffen, waar een lage neutronenabsorptie een voordeel is.