Zlitine cirkonija: sestava, lastnosti, uporaba

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Uporaba cirkonijeve zlitine je trenutno precej razširjena v medicini in jedrski energiji. Ta material se uporablja tudi v drugih panogah, vendar v manjšem obsegu. Omeniti velja, da so različne zlitine iz te surovine pridobile priljubljenost. Sam po sebi cirkonij ni postal priljubljen material, saj je njegova kakovost veliko slabša od zlitine iste kovine.

Splošne informacije

Cirkonij (Zr) je element periodnega sistema, katerega atomsko število je 40 in njegova atomska teža je 91,22. V normalnih in normalnih pogojih je ta material bleščeča kovina s srebrno belim odtenkom. Gostota takšnih surovin doseže 6,45 g/cm3. To kovino v svoji čisti obliki, ki ne vsebuje nobenih nečistoč, odlikuje dejstvo, da ima zelo visoko duktilnost in jo je zelo enostavno obdelati tako hladno kot vroče. Tukaj je treba omeniti, da bo ta surovina, kot je na primer titan, močno izgubila svoje mehanske lastnosti, če bo kombinirana z nečistočami nekovinskih snovi. Cirkonij in kisik veljata za najslabše spojine.

Lastnosti materiala inzlitina

Cirkonij se odlikuje po tem, da ima precej visoko odpornost na različne kisline. Ta surovina se ne raztopi v okolju, kot sta dušikova in klorovodikova kislina ali alkalije. Ta lastnost je ključna. Na njegovi podlagi je ustvarjeno veliko cirkonijevih zlitin. Na primer, če vzamete večkomponentne magnezijeve zlitine in jim dodate element, kot je cirkonij, bo material postal veliko bolj odporen proti koroziji. Če ustvarite zlitino titana in cirkonija, se bo kislinska odpornost prvega elementa povečala.

Omeniti velja tudi, da je za vse cirkonijeve zlitine z drugimi kovinami značilno, da ne izgubijo svoje žilavosti v širokem temperaturnem območju, odpornost na mehanske udarce ostaja na zelo visoki ravni. Primer je magnezijeva zlitina z nekaj odstotki cinka in le nekaj desetink odstotka cirkonija. Nastala kovina bo skoraj dvakrat močnejša od magnezija, svojo moč pa bo lahko ohranila tudi pri temperaturah do 200 stopinj Celzija.

Opis funkcij

Zlitine cirkonija se najbolj aktivno uporabljajo na področjih, kot so obloge gorivnih elementov, cevi kanalov za gorivo in različni deli gorivnih sklopov. Za sam cirkonij je značilno tudi dejstvo, da je prerez absorpcije nevtronov precej nizek. Po tem kazalniku je na drugem mestu za snovmi, kot sta magnezij in berilij. Poleg tega je tališče cirkonija zelo visoko.

Zlitine cirkonija, ki se uporabljajo v različnih panogah, so značilne po tem, da imajo zelo visoko korozijsko odpornost v vodi, v mešanici pare in vode, v nasičeni in pregreti pari do temperature okoli 350-360 stopinj Celzija. Omeniti velja tudi, da naj bi se ta temperaturna meja v bližnji prihodnosti dvignila na višje vrednosti.

Parametri zlitine

Lastnosti cirkonijevih zlitin v smislu mehanske stabilnosti so precej visoke, česar ne moremo reči za čisti cirkonij. Z legiranjem se doseže visoka trdnost materiala. Na primer, za zlitino, kot sta niobij (Nb) in 1% cirkonij (Zr), bo značilno, da bo meja tečenja materiala pri temperaturah 20, 200, 300 in 400 stopinj Celzija 200, 160, 120 in 90 MPa. Ta zlitina se aktivno uporablja za obloge gorivnih palic. In na primer, če spremenite sestavo cirkonijeve zlitine z niobijem, torej povečate vsebnost cirkonija na 2,5%, se bo meja tečenja povečala na 280, 220, 200 in 180 MPa pri istih temperaturah.

Vendar pa imajo takšni materiali svoje pomanjkljivosti. Pomanjkljivosti vključujejo dejstvo, da se zlitina s cirkonijem izkaže za preveč grozljivo, ko temperatura doseže 320-350 stopinj Celzija in več. Druga pomanjkljivost je, da Zr aktivno raztaplja vodik, kar se pogosto pojavi med korozijo. Zaradi tega bodo nastale snovi, kot so cirkonijevi hidridi, ki močno zmanjšajo duktilnost surovine, zaradi česar je kovina bolj krhka.

Cirkonij v medicini

Zlitine cirkonija se v medicini zelo aktivno uporabljajo. Znanstveniki so s poskusi ugotovili, da lahko celo nošenje preprostih cirkonijevih zapestnic pomaga pri zdravljenju nekaterih bolezni, poleg tega pa lahko izboljša splošno počutje osebe.

Danes se implantati (retainerji) pogosto uporabljajo na področjih medicine, kot sta travmatologija in maksilofacialna kirurgija. Fiksatorji se uporabljajo za zlome, ki pritrjujejo kosti, da se ne premikajo. V teh primerih je mogoče razlikovati med prednostmi uporabe cirkonijevih zlitin, kot so: visoka biološka združljivost (kar pomeni odsotnost alergijskih reakcij človeškega telesa na takšno zlitino ali zavrnitev), visoke trdnostne lastnosti zlitine, kar je zelo pomembno. za fiksatorje. Omeniti velja tudi, da je odsotnost zavrnitve ali alergije na takšno snov privedla do dejstva, da ni bilo treba ponoviti kirurškega posega za odstranitev držala, če bi telo nenadoma začelo zavračati vsadek..

Cirkonij v jedrski energetski industriji

Do 50-ih let prejšnjega stoletja je veljalo, da cirkonij ni primeren za uporabo na tem področju. Vendar je bilo to v 50. letih. Prvič je bil pridobljen material, ki je bil popolnoma očiščen iz takšne nečistoče, kot je hafnij. Po čiščenju se je izkazalo, da ima čisti cirkonij zelo majhen prerez absorpcije toplotnih nevtronov. Prav ta kakovost je postala glavna in omogočila uporabo cirkonijevih zlitin v industriji jedrske energije.

Treba je dodati, da preprosto prečiščenega cirkonija ni bilo mogoče uporabiti, ker je bila korozijska odpornost v vroči vodi prenizka. Po tem je bilo odločeno za uporabo zlitin na osnovi cirkonija. Svojo vrednost so dokazali v parno hlajenih reaktorjih in podobnih korozivnih okoljih.

Splošne uporabe zlitin

Cirkonij se pogosto uporablja kot legirni element. To je posledica dejstva, da kovine, ki jim je ta snov dodana, postanejo bolj toplotno odporne, odporne na kisline itd. To pomeni, da zlitina kovine in cirkonija po svojih lastnostih močno presega začetno surovino.

Ferrozirkonij se zelo pogosto uporablja. Je zlitina cirkonija in železa. Vsebnost legirnega elementa Zr doseže 20 % celotne mase. Takšna snov se v metalurgiji uporablja kot deoksidator in razplinjalnik za jeklo. Aluminij-cirkonijeve zlitine, na primer, veljajo za najbolj odporne proti koroziji in se uporabljajo v katodnih mrežah za vakuumske cevi. Vsebnost Zr v takšni zlitini ni večja od 3 % celotne mase.

V črni metalurgiji se poleg ferozirkonija pogosto uporablja tudi zlitina Zr in silicija. Uporablja se za razplinjevanje jekla. Zlitina bakra in cirkonija se pogosto uporablja za izdelavo prevodnih elementov za električno opremo.

Iskanje cirkonija

Omeniti velja, da je cirkonij precej redek element. Vsebnost te snovi v zemeljski skorji ne presega0,025 mas. Cirkonij zaseda dvanajsto vrstico v tabeli razširjenosti kovin. Ta surovina je precej razpršena, zato je zelo težko najti njena velika nahajališča. Najpogosteje ga najdemo kot kemično spojino, ki se nahaja v litosferi, saj je cirkonij sam litofilni element.