Zirconiu: aliaje pe bază de acesta. Proprietăți, aplicație

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

Rar, dar în același timp foarte important în multe industrii, metalul - zirconiul - a fost izolat pentru prima dată abia în 1824. Cu toate acestea, conținea încă un anumit procent din alte elemente. Abia în secolul al XX-lea a fost posibil să se obțină zirconiu pur, lipsit de diverse impurități. Aliajele pe bază de acesta sunt folosite cu succes pentru fabricarea de materiale refractare, abrazive, vopsele ceramice, șmirghel, textile, deodorante și pietre artificiale. Desigur, nu trebuie să uităm de importanța mare a acestui metal în medicină. Aflați mai multe despre el.

Dezvoltarea metalurgiei

Zirconiul este componenta principală a aliajelor pentru inginerie nucleară. Dar pentru aceasta este necesar ca acesta să fie cât mai pur din diverse impurități. Cert este că în minereurile de zirconiu există nu numai un element de pământ rar precum hafniul, ci și azot, carbon și oxigen. Și astfel de impurități nemetalice sunt destul de periculoase și pot fi incluse în compoziția materialelor structurale pentru reactoarele nucleare într-o cantitate de nu mai mult de milioane de procente. Prin urmare, obținerea de zirconiu pur și aliaje pebaza sa este un proces destul de lung și laborios. Mai întâi, concentratul este deschis, apoi este îmbogățit, impuritățile nedorite și hafniul sunt separate.

Zirconiul pur arată ca un metal tipic. În aparență, este foarte asemănător cu oțelul, dar în același timp mai durabil și mai ductil. Desigur, în aliajele pe bază de acesta, caracteristicile sale pot varia semnificativ în funcție de cantitatea de alte elemente. De exemplu, oxigenul (mai mare de 0,6%) va face zirconiul mai fragil. Dar există și un dezavantaj: dioxidul acestui metal (ZrO_{2) are un punct de topire de 2680 °C.}

Material de construcție principal

Așa cum am menționat mai devreme, cea mai largă zonă în care se utilizează zirconiul și aliajele sale este industria nucleară. Principalul lor avantaj este că au o secțiune transversală mică de captare a neutronilor termici (doar 0,18 barn), proprietăți bune de coroziune și un punct de topire ridicat. Deci, TVEL este principalul element de combustibil constructiv al zonei active a unui reactor nuclear, în care este plasat combustibilul nuclear. În ea are loc fisiunea nucleelor grele, ceea ce înseamnă că elementul combustibil trebuie să fie realizat din cel mai durabil și refractar metal și nu trebuie să schimbe caracterul absorbției neutronilor în reactor.

Așadar, aliajele de zirconiu sunt folosite pentru a-și face carcasa. Cerințele pentru ei sunt destul de stricte. Deci, elementele de aliere nu ar trebui să-și înrăutățească caracteristicile. În special, aceasta se referă la secțiunea transversală mică pentru captarea neutronilor termici. Zirconiul este aliat pentru asuprima efectele nocive ale azotului și îmbunătățește proprietățile sale de coroziune. Multe elemente ale sistemului periodic al lui Mendeleev nu sunt potrivite, deoarece reduc anumite caracteristici.

Cel mai faimos aliaj folosit la fabricarea barelor de combustibil este zircaloy. Elementul său principal de aliere este staniul, iar elementele auxiliare sunt fierul, cromul și nichelul. În Rusia, niobiul este cel mai adesea folosit pentru alierea zirconiului. Are, de asemenea, o secțiune transversală scăzută de captare a neutronilor termici, reduce absorbția de hidrogen și formează doar soluții solide. Și aceasta, la rândul său, oferă aliaje cu ductilitate ridicată.

Aiere de zirconiu

Rezistența ridicată la coroziune a acestui metal explică de ce este atât de des folosit ca element de aliere în metalurgia feroasă și neferoasă. În plus, este insolubil în acizi clorhidric și azotic și alcalii. Astfel, aliajele multicomponente de zirconiu cu magneziu sunt foarte populare. În plus, alierea cu acest metal crește rezistența la acid a titanului. Aliajele de zirconiu cu cupru au rezistență ridicată și conductivitate electrică. Destul de des este folosit și ca aditiv în producția de diferite tipuri de oțel. Acest lucru vă permite să eliminați sulful, azotul și oxigenul din ele.

Industria medicală

Având în vedere zirconiu și aliajele sale, nu se poate să nu menționăm încă un domeniu de utilizare a acestora. În industria medicală, ei ocupă departe de ultimul loc. Mai recent, oțelul șialiaje de titan. Cu toate acestea, în unele cazuri, organismul a respins aceste metale, împotriva cărora a apărut o reacție alergică. Medicina modernă folosește zirconiu și aliaje de titan pentru fabricarea capselor, plăcilor, implanturilor, protezelor dentare și a mecanismelor de fixare a acestora.

Deoarece acest metal și compușii săi nu irită oasele și țesuturile moi din jur, a fost folosit cu succes la fabricarea de bijuterii. De exemplu, cerceii cu zirconiu nu provoacă o reacție alergică și vindecă o rană de pe lobul urechii nu mai rău decât aurul.

Consum de energie

Aliajul de aluminiu și zirconiu are multe caracteristici pozitive și, prin urmare, este utilizat cu succes în industria energetică. Faptul este că firele de oțel și cupru cântăresc destul de mult și adesea suporturile vechi nu pot rezista la o astfel de sarcină. În 1960, în Japonia, un grup de oameni de știință a produs o serie de aliaje de aluminiu și zirconiu. Ei au stabilit că un astfel de material poate fi folosit mult timp la temperaturi ridicate (150-230 ° C) și, în același timp, va fi destul de ușor. Acest lucru îi permite să fie utilizat pentru fabricarea de fire de în altă temperatură. Acest lucru crește fiabilitatea și eficiența rețelelor electrice.

Alte aplicații pentru compuși și aliaje de zirconiu

În multe antiperspirante, puteți găsi o astfel de componentă precum Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Este un compus chimic care absoarbe transpirația și mirosul acesteia. Oamenii de știință au descoperit că nu esteabsorbit în piele și, prin urmare, nu poate provoca daune grave sănătății. În ciuda acestui fapt, aluminiul-zirconiu-tetraclorhidrexglicina este interzisă în UE și SUA.

Oxidul de zirconiu este folosit la fabricarea electrocorindonului. Se obține prin topire în cuptoare electrice basculante. Electrocorindul cu zirconiu se dovedește a fi destul de puternic și permite prelucrarea materialelor cu o forță mare de strângere. Cel mai adesea este folosit pentru șlefuirea brută și brută.

În general, trebuie remarcat faptul că zirconiul și aliajele sale au un punct de topire ridicat, rezistență chimică și un coeficient scăzut de dilatare termică. Din acest motiv este utilizat activ într-o mare varietate de domenii.