Zirkonium: legeringar baserade på det. Egenskaper, tillämpning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 14:03

Sällsynt, men samtidigt mycket viktig i många industrier, isolerades metallen - zirkonium - först 1824. Den innehöll dock fortfarande en viss procentandel av andra element. Först på 1900-talet var det möjligt att få rent zirkonium, fritt från olika föroreningar. Legeringar baserade på det används framgångsrikt för tillverkning av eldfasta material, slipmedel, keramiska färger, sandpapper, textilier, deodoranter och konstgjorda stenar. Naturligtvis bör man inte glömma den höga betydelsen av denna metall i medicin. Läs mer om honom.

Utveckling av metallurgi

Zirkonium är huvudkomponenten i legeringar för kärnkraftsteknik. Men för detta är det nödvändigt att det är så rent som möjligt från olika föroreningar. Faktum är att det i zirkoniummalmer inte bara finns ett sådant sällsynt jordartsmetall som hafnium, utan också kväve, kol och syre. Och sådana icke-metalliska föroreningar är ganska farliga och kan inkluderas i sammansättningen av strukturella material för kärnreaktorer i en mängd av högst miljondelar av en procent. Därför erhåller ren zirkonium och legeringar pådess grund är en ganska lång och mödosam process. Först öppnas koncentratet, sedan berikas det, oönskade föroreningar och hafnium separeras.

Rent zirkonium ser ut som en typisk metall. Utseendemässigt är den väldigt lik stål, men samtidigt mer hållbar och formbar. Naturligtvis, i legeringar baserade på det, kan dess egenskaper variera avsevärt beroende på mängden andra element. Till exempel kommer syre (mer än 0,6%) att göra zirkonium mer spröd. Men det finns också en nackdel: dioxiden i denna metall (ZrO_{2) har en smältpunkt på 2680 °C.}

Huvudbyggnadsmaterial

Som tidigare nämnts är kärnkraftsindustrin det bredaste området där zirkonium och dess legeringar används. Deras främsta fördel är att de har ett litet termiskt neutroninfångningstvärsnitt (endast 0,18 barn), goda korrosionsegenskaper och hög smältpunkt. Så TVEL är det huvudsakliga konstruktiva bränsleelementet i den aktiva zonen i en kärnreaktor, i vilken kärnbränsle är placerat. Det är i den som klyvningen av tunga kärnor sker, vilket innebär att bränsleelementet måste vara tillverkat av den mest hållbara och eldfasta metallen, och det får inte ändra karaktären på neutronabsorptionen i reaktorn.

Så zirkoniumlegeringar används för att tillverka dess skal. Kraven på dem är ganska stränga. Så legeringselement bör inte försämra dess egenskaper. Detta gäller särskilt det lilla tvärsnittet för infångning av termiska neutroner. Zirkonium legeras för attundertrycka de skadliga effekterna av kväve och förbättra dess korrosionsegenskaper. Många element i Mendeleevs periodiska system är inte lämpliga, eftersom de minskar vissa egenskaper.

Den mest kända legeringen som används för att tillverka bränslestavar är zirkaloy. Dess huvudsakliga legeringselement är tenn, och hjälpelement är järn, krom och nickel. I Ryssland används niob oftast för att legera zirkonium. Den har också ett lågt termiskt neutroninfångningstvärsnitt, minskar väteupptaget och bildar endast fasta lösningar. Och detta ger i sin tur legeringar med hög duktilitet.

Zirkoniumlegering

Den här metallens höga korrosionsbeständighet förklarar varför den så ofta används som ett legeringselement i järn- och icke-järnmetallurgi. Dessutom är det olösligt i s alt- och salpetersyror och alkalier. Således är flerkomponentlegeringar av zirkonium med magnesium mycket populära. Dessutom ökar legering med denna metall syrabeständigheten hos titan. Legeringar av zirkonium med koppar har hög hållfasthet och elektrisk ledningsförmåga. Ganska ofta används det också som tillsats vid tillverkning av olika stålkvaliteter. Detta gör att du kan ta bort svavel, kväve och syre från dem.

Medicinsk industri

Med tanke på zirkonium och dess legeringar kan man inte undgå att nämna ytterligare ett användningsområde. Inom medicinbranschen ligger de långt ifrån sista platsen. På senare tid, stål ochtitanlegeringar. Men i vissa fall avvisade kroppen dessa metaller, mot vilka en allergisk reaktion uppträdde. Modern medicin använder zirkonium och titanlegeringar för tillverkning av häftklamrar, plattor, implantat, proteser och deras fixeringsmekanismer.

Eftersom denna metall och dess föreningar inte irriterar skelett och omgivande mjuka vävnader, har den använts framgångsrikt vid smyckestillverkning. Till exempel orsakar inte zirkoniumörhängen en allergisk reaktion och läker ett sår på örsnibben som inte är värre än guld.

Strömförbrukning

Legering av aluminium och zirkonium har många positiva egenskaper och används därför framgångsrikt inom energiindustrin. Faktum är att stål- och koppartrådar väger ganska mycket, och ofta tål gamla stöd inte en sådan belastning. 1960, i Japan, producerade en grupp forskare en serie legeringar av aluminium och zirkonium. De bestämde att ett sådant material kan användas under lång tid vid höga temperaturer (150-230 ° C) och samtidigt kommer det att vara ganska lätt. Detta gör att den kan användas för tillverkning av högtemperaturtrådar. Detta ökar tillförlitligheten och effektiviteten hos elektriska nätverk.

Andra tillämpningar för zirkoniumföreningar och legeringar

I många antiperspiranter kan du hitta en sådan komponent som Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Det är en kemisk förening som absorberar svett och dess lukt. Forskare har funnit att det inte är detabsorberas i huden och kan därför inte orsaka allvarliga hälsoskador. Trots detta är aluminium-zirkonium-tetraklorhydrexglycin förbjudet i EU och USA.

Zirkoniumoxid används för att tillverka elektrokorund. Det erhålls genom smältning i tippande elektriska ugnar. Zirkoniumelektrokorund visar sig vara ganska stark och tillåter bearbetning av material med en stor klämkraft. Oftast används den för grov och grov slipning.

I allmänhet bör det noteras att zirkonium och dess legeringar har en hög smältpunkt, kemisk beständighet och en låg termisk expansionskoefficient. Det är av denna anledning som det används aktivt inom en mängd olika områden.