Aliaje de zirconiu: compoziție, proprietăți, aplicare

Utilizarea aliajului de zirconiu este acum destul de răspândită în medicină și în energia nucleară. În alte industrii, acest material este de asemenea utilizat, dar cu o cotă mai mică. Este demn de remarcat faptul că popularitatea a fost dobândită prin diferite aliaje din această materie primă. În sine, zirconiul nu a devenit un material popular, deoarece calitățile sale sunt mult mai rele decât direct dintr-un aliaj de același metal.

Informații generale

Zirconiul (Zr) este un element al tabelului periodic, al cărui număr atomic este de 40 și greutatea sa atomică este de 91.22. În condiții normale și în condiții normale, acest material este un metal strălucitor cu nuanță argintie-albă. Densitatea acestor materii prime ajunge la 6,45 g / cm³. Acest metal pur, care nu conține impurități, se distinge prin faptul că are o plasticitate foarte ridicată și este foarte ușor de tratat atât la rece cât și la cald. Aici merită menționat acest lucru această materie primă, cum ar fi titanul, de exemplu, își va pierde dramatic proprietățile mecanice dacă este combinat cu impurități de substanțe nemetalice. Cel mai rău compus este zirconiul și oxigenul.

Proprietăți materiale și aliaje

Zirconiul în sine se distinge prin faptul că are o rezistență destul de ridicată la diferiți acizi. Această materie primă nu este solubilă într-un mediu cum ar fi acidul azotic și acidul clorhidric sau alcaline. Această caracteristică este esențială. Pe baza ei, multe aliaje de zirconiu sunt create. De exemplu, dacă luăm aliaje magnetice multicomponente și adăugăm la ele un element precum zirconiu, materialul va deveni mult mai rezistent la coroziune. Dacă creați un aliaj de titan și zirconiu, rezistența la acizi din primul element va crește.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că toate aliajele de zirconiu cu alte metale se caracterizează prin faptul că nu își pierd vâscozitatea într-o gamă largă de temperatură, rezistența la șocuri mecanice ale șocurilor rămâne la un nivel foarte ridicat. Se poate exemplifica un aliaj de magneziu cu cateva procente de zinc si doar cateva zeci de procente din zirconiu. Metalul rezultat va fi aproape de două ori mai puternic decât magneziu simplu și va fi capabil să își mențină rezistența la temperaturi de până la 200 de grade Celsius.

Descrierea caracteristicilor

Aliaje de zirconiu cele mai utilizate în mod activ în zone cum ar fi cochilii TVEL, conducte de canale de combustibil, diverse ansambluri de combustibil. În sine, zirconiul este, de asemenea, caracterizat prin faptul că secțiunea transversală a absorbției de neutroni este destul de scăzută. Pe acest indicator, este al doilea doar la substanțe precum magneziu și beriliu. În plus, temperatura de topire a zirconiului este foarte mare.

aliaje de zirconiu sunt utilizate în diferite industrii, sunt caracterizate prin aceea că ele au o foarte mare rezistență la coroziune în amestec de apă-abur, în saturate și aburul supraîncălzit la o temperatură de aproximativ 350-360 de grade Celsius. De asemenea, este de remarcat faptul că în viitorul apropiat este de așteptat ca această limită de temperatură să fie ridicată la valori mai mari.

Parametrii aliajului

Proprietățile aliajelor de zirconiu din punct de vedere al stabilității mecanice sunt destul de mari, ceea ce nu se poate spune despre zirconiul pur. Durabilitatea ridicată a materialului este obținută prin dopaj. De exemplu, un astfel de aliaj ca niobiu (Nb) și 1% din zirconiu (Zr), este caracterizat prin aceea că rezistența la curgere a materialului la temperaturi de 20, 200, 300 și 400 de grade Celsius, va fi egală cu 200, 160, 120 și 90 MPa. Un astfel de aliaj este utilizat în mod activ pentru placarea cu combustibil. Și, de exemplu, prin schimbarea compoziției aliajului de zirconiu cu niobiu, adică pentru a mări conținutul de zirconiu la 2,5%, rezistența la curgere să crească 280, 220, 200 și 180 MPa, la aceleași temperaturi.

Totuși, astfel de materiale au dezavantajele lor. Dezavantajele sunt faptul că aliajul cu zirconiu este prea înfiorător atunci când temperatura atinge 320-350 grade Celsius și mai sus. Un alt dezavantaj este că Zr dizolvă în mod activ hidrogenul, care apare adesea în procesul de coroziune. Din acest motiv se vor forma substanțe precum hidrurile de zirconiu, care reduc în mare măsură plasticitatea materiilor prime, ceea ce face ca metalul să fie mai fragil.

Zirconiu în medicină

Aliajele de zirconiu din medicină sunt folosite destul de activ. Oamenii de știință prin experimente au descoperit că purtând chiar și simplu zirconiu brățări poate contribui la tratarea anumitor boli și, de asemenea, poate crește nivelul general al bunăstării unei persoane.

Astăzi, implanturile (fixatorii) sunt adesea folosite în astfel de domenii de medicină, cum ar fi traumatologia și chirurgia maxilo-facială. Fixatoarele sunt folosite pentru fracturi, fixând oasele astfel încât să nu se miște. În aceste cazuri, este posibil să se aloce astfel de avantaje din aliaje de zirconiu, cum ar fi: biocompatibilitate ridicată (referindu-se la lipsa de reacții alergice la corpul uman, cum aliaj sau respingerea), caracteristici de înaltă rezistență ale aliajului, care este foarte important pentru colierele. De asemenea, demn de remarcat este faptul că lipsa de respingere sau de o alergie la o substanță a condus la faptul că nu este nevoie de a re-efectueze o intervenție chirurgicală pentru a extrage dispozitivul de reținere, atunci când dintr-o dată corpul începe să respingă implantul.

Zirconiu în ingineria energetică nucleară

Până în anii cincizeci ai secolului trecut se credea că zirconiul nu este potrivit pentru utilizare în acest domeniu. Totuși, a fost în anii `50. pentru prima dată, a fost obținut un material care a fost complet purificat dintr-o impuritate cum ar fi hafniu. După purificare, s-a dovedit că zirconiul pur are o secțiune transversală foarte mică pentru absorbția neutronilor termici. Această calitate a devenit cea mai importantă și a făcut posibilă utilizarea aliajelor de zirconiu în ingineria energetică nucleară.

Trebuie adăugat că nu a fost posibil să se folosească pur și simplu zirconiu purificat, deoarece rezistența la coroziune a fost prea scăzută în apa fierbinte. După aceea, sa decis utilizarea aliajelor pe bază de zirconiu. Ei s-au dovedit bine atunci când sunt utilizați în reactoare cu agent de răcire cu abur, precum și în alte medii agresive similare.

Aplicarea generală a aliajelor

Zirconiul este utilizat pe scară largă ca element de aliere. Acest lucru se datorează faptului că metalele la care se adaugă această substanță devin mai rezistente la căldură, rezistente la acid etc. Asta este, aliajul de metal și zirconiu este mult mai mare în caracteristicile sale de materii prime inițiale.

Ferrozirconiul este utilizat pe scară largă. Este un aliaj de zirconiu cu fier. conținut element de aliere Zr atinge 20% din masa totală. Se utilizează în metalurgie ca deoxidator și degazator pentru oțel. Aliajele de aluminiu-zirconiu, de exemplu, sunt considerate a fi cele mai rezistente la coroziune și sunt utilizate în rețelele catodice pentru lămpi electrovacuum. Conținutul de Zr într-un astfel de aliaj nu depășește 3% din masa totală.

În metalurgia feroasă, pe lângă ferozirconiu, sunt adesea folosite Zr și siliciu. Aplicați-o pentru degazarea oțelului. Folosit din aliaj de cupru și zirconiu pentru fabricarea elementelor conductoare pentru echipamente electrice.

Găsirea zirconiului

Trebuie menționat faptul că zirconiul este un element destul de slab distribuit. Conținutul acestei substanțe în crusta terestră nu depășește 0,025% din masă. În tabelul de prevalență a metalelor, zirconiul se află pe linia a douăsprezecea. Această materie primă este destul de puternic pulverizată și, prin urmare, este foarte dificil să o găsiți chiar și în orice depozite mari. Cel mai adesea apare ca un compus chimic situat în litosferă, deoarece în sine zirconiul este un element litiofil.