Zirkonium: legeringer basert på det. Egenskaper, søknad

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 14:00

Sjelden, men samtidig svært viktig i mange industrier, ble metallet - zirkonium - først isolert først i 1824. Imidlertid inneholdt den fortsatt en viss prosentandel av andre elementer. Først på 1900-tallet var det mulig å få tak i rent zirkonium, fritt for ulike urenheter. Legeringer basert på det brukes med hell til produksjon av ildfaste materialer, slipemidler, keramiske malinger, sandpapir, tekstiler, deodoranter og kunstige steiner. Selvfølgelig bør man ikke glemme den høye betydningen av dette metallet i medisin. Finn ut mer om ham.

Utvikling av metallurgi

Zirkonium er hovedkomponenten i legeringer for kjernekraftteknikk. Men for dette er det nødvendig at det er så rent som mulig fra forskjellige urenheter. Faktum er at i zirkoniummalm er det ikke bare et så sjeldent jordelement som hafnium, men også nitrogen, karbon og oksygen. Og slike ikke-metallurenheter er ganske farlige og kan inkluderes i sammensetningen av strukturelle materialer for atomreaktorer i en mengde på ikke mer enn milliondeler av en prosent. Derfor oppnår rent zirkonium og legeringer pågrunnlaget er en ganske lang og møysommelig prosess. Først åpnes konsentratet, deretter berikes det, uønskede urenheter og hafnium skilles ut.

Rent zirkonium ser ut som et typisk metall. Utseendemessig ligner den veldig på stål, men samtidig mer slitesterk og duktil. Selvfølgelig, i legeringer basert på det, kan dets egenskaper variere betydelig avhengig av mengden av andre elementer. For eksempel vil oksygen (større enn 0,6%) gjøre zirkonium mer sprø. Men det er også en ulempe: Dioksidet til dette metallet (ZrO_{2) har et smeltepunkt på 2680 °C.}

Hovedkonstruksjonsmateriale

Som tidligere nevnt, er det bredeste området der zirkonium og dets legeringer brukes, kjernekraftindustrien. Deres største fordel er at de har et lite termisk nøytronfangst-tverrsnitt (kun 0,18 barn), gode korrosjonsegenskaper og et høyt smeltepunkt. Så TVEL er det viktigste konstruktive drivstoffelementet i den aktive sonen til en kjernefysisk reaktor, der kjernebrensel er plassert. Det er i den fisjon av tunge kjerner skjer, noe som betyr at brenselelementet må være laget av det mest holdbare og ildfaste metallet, og det må ikke endre karakteren av nøytronabsorpsjon i reaktoren.

Så, zirkoniumlegeringer brukes til å lage skallet. Kravene til dem er ganske strenge. Så legeringselementer bør ikke forverre egenskapene. Spesielt gjelder dette det lille tverrsnittet for fangst av termiske nøytroner. Zirkonium er legert for åundertrykke de skadelige effektene av nitrogen og forbedre korrosjonsegenskapene. Mange elementer i det periodiske systemet til Mendeleev er ikke egnet, siden de reduserer visse egenskaper.

Den mest kjente legeringen som brukes til å lage drivstoffstaver er zircaloy. Dets viktigste legeringselement er tinn, og hjelpeelementer er jern, krom og nikkel. I Russland brukes niob oftest til legering av zirkonium. Den har også et lavt termisk nøytronfangst-tverrsnitt, reduserer hydrogenopptaket og danner kun faste løsninger. Og dette gir i sin tur legeringer med høy duktilitet.

Zirkoniumlegering

Den høye korrosjonsmotstanden til dette metallet forklarer hvorfor det så ofte brukes som et legeringselement i jernholdig og ikke-jernholdig metallurgi. I tillegg er det uløselig i s altsyre og salpetersyre og alkalier. Dermed er flerkomponentlegeringer av zirkonium med magnesium veldig populære. I tillegg øker legering med dette metallet syremotstanden til titan. Legeringer av zirkonium med kobber har høy styrke og elektrisk ledningsevne. Ganske ofte brukes det også som tilsetning i produksjonen av ulike stålkvaliteter. Dette lar deg fjerne svovel, nitrogen og oksygen fra dem.

Medisinsk industri

Med tanke på zirkonium og dets legeringer, kan man ikke unngå å nevne enda et område for deres bruk. I medisinsk industri inntar de langt fra siste plass. Mer nylig, stål ogtitanlegeringer. Men i noen tilfeller avviste kroppen disse metallene, mot hvilke en allergisk reaksjon dukket opp. Moderne medisin bruker zirkonium og titanlegeringer for fremstilling av stifter, plater, implantater, proteser og deres fikseringsmekanismer.

Fordi dette metallet og dets forbindelser er ikke-irriterende for bein og omkringliggende bløtvev, har det blitt brukt med hell i smykkefremstilling. For eksempel forårsaker ikke zirkoniumøreringer en allergisk reaksjon og leger et sår på øreflippen som ikke er verre enn gull.

Strømforbruk

Legering av aluminium og zirkonium har mange positive egenskaper og er derfor vellykket brukt i energiindustrien. Faktum er at stål- og kobbertråder veier ganske mye, og ofte tåler ikke gamle støtter en slik belastning. I 1960, i Japan, produserte en gruppe forskere en serie legeringer av aluminium og zirkonium. De bestemte at et slikt materiale kan brukes i lang tid ved høye temperaturer (150-230 ° C), og samtidig vil det være ganske lett. Dette gjør at den kan brukes til fremstilling av høytemperaturtråder. Dette øker påliteligheten og effektiviteten til elektriske nettverk.

Andre bruksområder for zirkoniumforbindelser og legeringer

I mange antiperspiranter kan du finne en slik komponent som Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Det er en kjemisk forbindelse som absorberer svette og dens lukt. Forskere har funnet ut at det ikke er detabsorberes i huden, og kan derfor ikke forårsake alvorlig helseskade. Til tross for dette er aluminium-zirkonium-tetraklorhydreksglysin forbudt i EU og USA.

Zirkoniumoksid brukes til å lage elektrokorund. Det oppnås ved smelting i elektriske vippeovner. Zirkoniumelektrokorund viser seg å være ganske sterk og tillater bearbeiding av materialer med stor klemkraft. Oftest brukes den til grov- og grovsliping.

Generelt bør det bemerkes at zirkonium og dets legeringer har et høyt smeltepunkt, kjemisk resistens og en lav termisk utvidelseskoeffisient. Det er av denne grunn at det brukes aktivt på en lang rekke felt.