Principaux alliages et applications
Propriétés du zirconium et du hafnium

En ce qui concerne les métaux non alliés on distingue la qualité courante obtenue par fusion d’éponge Kroll [1] et la qualité ultra-pure obtenue par le procédé Van Arkel [2]. 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 comme l’oxygène, le fer et la plupart des autres éléments à l’exception du zirconium dont la teneur est toujours de plusieurs pour-cent : souvent de l’ordre de 4 %.

Plus de 80 % du zirconium est utilisé pour le gainage des combustibles nucléaires dans les réacteurs à eau ; pour cet usage deux alliages sont utilisés :

• le Zircaloy 2 qui contient 1,45 % d’étain, 0,13 % de fer, 0,10 % de chrome, 0,05 % de nickel ;

• le Zircaloy 4 qui contient 1,45 % d’étain, 0,21 % de fer, 0,10 % de chrome.

À signaler également l’alliage de zirconium contenant 2,5 % de niobium utilisé principalement pour la fabrication des tubes de force des réacteurs nucléaires CANDU modérés par l’eau lourde (article Réacteurs à eau lourde [BN 3 210] dans le traité Génie nucléaire ).

Ces trois alliages constituent un compromis acceptable entre les caractéristiques suivantes : perméabilité aux neutrons, tenue à la corrosion par l’eau et la vapeur aux environs de 300 ^oC, ductilité à froid, tenue mécanique à chaud, comportement sous irradiation ; d’une façon générale ce compromis n’a été obtenu qu’avec des alliages peu chargés en élément d’addition (< 3 %).

Le hafnium non allié est aussi utilisé dans les réacteurs nucléaires embarqués où l’on utilise a contrario sa forte capacité d’absorption des neutrons pour la fabrication des barres de contrôle.

Parmi les applications non nucléaires, citons :

• l’emploi du...