2. Principaux alliages et applications
2.1 Métaux non alliés
En ce qui concerne les métaux non alliés, on distingue la qualité courante, obtenue par fusion d'éponge Kroll ou de cristaux électrolytiques, et la qualité ultra-pure, obtenue par le procédé Van Arkel.
Pour le zirconium, c'est l'éponge Kroll qui est d'emploi généralisé pour l'obtention de produits en métal non allié et en alliages, alors que pour le hafnium, c'est le métal Van Arkel très pur qui est d'emploi courant.
Par hafnium très pur, on entend un métal contenant très peu d'impuretés (généralement inférieures à 100 parties par millions en masse) comme l'oxygène, le fer, et la plupart des autres éléments, à l'exception du zirconium dont la teneur est toujours de plusieurs pourcents, souvent de l'ordre de 4 %.
D'une façon générale, les alliages sont peu chargés en élément d'addition (< 3 %), puisque beaucoup d'éléments forment avec le zirconium des précipités intermétalliques à température ambiante, qui nuisent à sa transformation à froid.
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2.2 Alliages pour le nucléaire
Plus de 80 % du zirconium est utilisé pour le gainage des combustibles nucléaires dans les réacteurs à eau, en raison de sa grande transparence aux neutrons. Pour ces applications, le hafnium doit être séparé du zirconium en raison de la forte section de capture du hafnium. Les principaux alliages utilisés depuis l'origine sont :
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le Zircaloy 2 qui contient 1,45 % d'étain, 0,13 % de fer, 0,10 % de chrome, 0,05 % de nickel pour les réacteurs à eau bouillante (REB) ;
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le Zircaloy 4 qui contient 1,45 % d'étain, 0,21 % de fer, 0,10 % de chrome pour les réacteurs à eau pressurisée (REP) et à eau bouillante (REB), et certains composants des réacteurs à eau lourde ;
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le Zr-1 %Nb utilisé dans les réacteurs de puissance à caloporteur et modérateur eau (VVER) ;
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le Zr-2.5 %Nb, principalement pour la fabrication des tubes de force des réacteurs...
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