本文的主要作者包括 Geetha Manivasagam、V. Anbarasan、U. Kamachi Mudali 和 Baldev Raj。文献发表于 Metallurgical and Materials Transactions A，发布时间为2011年9月，在线发表时间为2011年4月23日。研究机构包括 VIT University、印度 Indira Gandhi Centre for Advanced Research (IGCAR) 和 GE India Technology Centre Pvt. Ltd., Bangalore。
本研究主要集中在材料科学和腐蚀科学领域，特别是核燃料后处理设施中耐沸腾硝酸腐蚀的新型钛合金的开发。这类设施需要处理高浓度硝酸，因此设备材料必须具备优异的耐腐蚀性能。传统上，不锈钢（尤其是304L级）被广泛用于此类应用，但在高氧化性硝酸介质中经常因敏化作用而发生重度晶间腐蚀。
钛及其合金因其在严酷酸性环境中形成稳定、粘附性强的保护性氧化层（主要是TiO2、Ti2O3等）而备受关注。特别地，Nb（铌）和Zr（锆）的合金化能进一步提高钛合金在硝酸中的耐腐蚀性。本研究旨在开发一种新型、经济的高耐腐蚀钛基合金，通过引入Nb和Zr以替代昂贵的Ta（钽），最终生成近α型（near-alpha）微结构，并探索其在核燃料快堆（FBR）后处理装置中的潜在应用。
研究所用Ti-Nb-Zr系列合金包括Ti-4Nb-4Zr和Ti-2Nb-2Zr。研究者基于真空电弧熔炼法制造了这些合金坯料，重量约为600g。合金的成分分析结果显示，Ti-4Nb-4Zr中Nb和Zr的比例各为4wt%。这些合金浇铸后用热轧工艺在β转变温度以下进行了处理，随后用于腐蚀性能测试。
Ti-4Nb-4Zr板材的焊接通过钨极惰性气体（TIG）焊接完成，焊接样品的厚度为5mm。焊接过程中参数如电流（115A）、电压（16V）和热输入（1104J/mm）被严格控制。焊接完毕后，选取无焊接缺陷的区域进行三相腐蚀实验。
镶嵌、抛光和使用HF-HNO3水溶液腐蚀处理后，合金样品通过光学显微镜（Carl Zeiss）和扫描电子显微镜（SEM）进行微观组织的表征。研究者观察了铸态、热轧态和热处理态样品的微观结构，分析了不同状态下α和β相的分布，以及合金化元素（如Nb和Zr）对微观结构的影响。
腐蚀实验在三相（液体、蒸汽和冷凝相）沸腾硝酸环境（11.5M HNO3）中进行，同时采用改进的耐腐蚀实验装置进行。样品每隔48小时称重，并通过SEM和能量散射X射线微分析（EDAX）观察其表面形貌变化。此外，基于Gill AC电化学工作站进行极化测试，记录各合金的开路电位（OCP）和钝化电流密度（Ipass）。
为探讨齐β相在耐腐蚀性能中的影响，研究人员对Ti-4Nb-4Zr合金进行了不同热处理方案的实验，包括α+β相固溶处理（1033K）及β相区固溶处理（1173K），采用三种冷却方式（水淬、空气冷却和炉冷）。实验后分别评估了样品在三相环境中的腐蚀性能。
铸态Ti-4Nb-4Zr样品的显微组织呈“篮织”形态（Widmanstätten α组织），热轧后组织转变为等轴α与少量β相的混合结构。与添加4% Nb的合金相比，Ti-2Nb-2Zr的α和β相更加细薄，为低Nb含量所致。经热处理后，冷却速率的不同明显影响组织的特性，尤其是β稳定元素的重新分布。
与纯钛（cp-Ti）相比，Ti-4Nb-4Zr在沸腾硝酸各种相中的耐腐蚀性能均有显著提升，其液相腐蚀速率仅为0.11 mpy（纯钛为7.8 mpy），冷凝相的腐蚀速率与Ti-5Ta-1.8Nb合金相当（约为2.5 mpy）。而Ti-2Nb-2Zr合金在冷凝相中的耐腐蚀性较弱，说明Nb和Zr的浓度直接影响腐蚀性能。
热处理研究表明，β相区域处理并缓冷后的样品在三相腐蚀测试和极化实验中表现出最高的耐腐蚀性能。焊接实验表现出该新型合金良好的焊接性，且焊接区的耐腐蚀性优于传统钛基合金。
SEM分析显示，Ti-4Nb-4Zr在液相和蒸汽相中形成了稳定的保护氧化层，而冷凝相样品则因氧化层持续溶解而完全暴露于腐蚀环境中。EDAX证实表面氧化物包含Ti、Nb和Zr，其形成的氧化膜具有较高稳定性。