Cirkonijeve zlitine: sestava, lastnosti, uporaba

Uporaba cirkonijeve zlitine je zdaj precej razširjena v medicini in jedrski energiji. V drugih panogah se ta material uporablja tudi, vendar z manjšim deležem. Treba je omeniti, da so priljubljenost pridobili različne zlitine iz te surovine. Sama po sebi cirkonij ni postal priljubljen material, saj so njegove lastnosti veliko slabše kot neposredno iz zlitine iste kovine.

Splošne informacije

Cirkonij (Zr) je element periodične tabele, katerega atomsko število je 40 in atomska teža je 91,22. V normalnih pogojih in v normalnih razmerah je ta sijajna kovina s srebrno belo barvo. Gostota takšnih surovin doseže 6,45 g / cm³. Aktivne kovine v čisti obliki, ki ne vsebuje nečistoč, označen s tem, da ima zelo visoko duktilnost, in je zelo enostaven za obdelavo tako hladno in toplo. Tukaj je vredno omeniti ta surovina, kot na primer titan, bo dramatično izgubil svoje mehanske lastnosti, če je kombiniran z nečistočami nekovinskih snovi. Najhujša sestavina je cirkonij in kisik.

Lastnosti materiala in zlitine

Cirkonij sam odlikuje dejstvo, da ima precej visoko odpornost na različne kisline. Ta surovina ni topna v takšnem okolju, kot so dušikova in klorovodikova kislina ali alkalije. Ta značilnost je ključna. Na osnovi tega nastajajo številne cirkonijeve zlitine. Na primer, če ste vzeli več sestavnih magnezijeve zlitine, in dodamo, da je element, kot so cirkonij, bo gradivo postalo veliko bolj odporen proti koroziji. Če ustvarite zlitino titana in cirkonija, se bo odpornost na kisline v prvem elementu povečala.

Prav tako je treba opozoriti, da je za vse cirkonijeve zlitine z drugimi kovinami značilno, da v širokem temperaturnem razponu ne izgubijo viskoznosti, ostaja mehanska obremenitev odpornosti proti udarcem zelo visoka. Eden lahko poda primer magnezijeve zlitine z nekaj odstotki cinka in le nekaj desetin odstotka cirkonija. Nastala kovina bo skoraj dvakrat močnejša od preprostega magnezija, prav tako pa bo lahko vzdrževala svojo trdnost pri temperaturah do 200 stopinj Celzija.

Opis značilnosti

Cirkonijeve zlitine ki se najbolj aktivno uporablja na področjih, kot so lupine TVEL, cevi gorivnih kanalov, različni sestavi goriv. Sama po sebi je značilna tudi cirkonij, da je presek absorpcije nevtronov precej nizek. Na tem indikatorju je le še na snovi, kot so magnezij in berilij. Poleg tega je temperatura taljenja cirkonija zelo visoka.

Cirkonija zlitine se uporabljajo v različnih industrijah, so označena s tem, da imajo zelo visoko odpornost proti koroziji v mešanici vode in pare v nasičeno in pregreto paro pri temperaturi približno 350-360 ° C. Omeniti velja tudi, da se v bližnji prihodnosti pričakuje, da se bo ta mejna temperatura zvišala na višje vrednosti.

Parametri zlitin

Lastnosti cirkonijevih zlitin glede mehanske stabilnosti so precej visoke, kar pa ne moremo reči o čistem cirkoniju. Visoka obstojnost materiala dosežemo z dopingom. Na primer, tak Zlitina niobija (NB) in 1% cirkonija (Zr), označen s tem, da bo napetost tečenja materiala pri temperaturah 20, 200, 300 in 400 stopinj Celzija do vključno 200, 160, 120 in 90 MPa. Taka zlitina se aktivno uporablja za obloge goriv. In, na primer, s spreminjanjem sestave cirkonija zlitine z niobija, to povečanje vsebnosti cirkonija do 2,5%, je napetost tečenja naraščati 280, 220, 200 in 180 MPa, pri istih temperaturah.

Vendar imajo taki materiali svoje pomanjkljivosti. Slabosti so dejstvo, da je zlitina s cirkonijem preveč jezna, ko temperatura doseže 320-350 stopinj Celzija in več. Druga pomanjkljivost je, da Zr aktivno raztaplja vodik, kar se pogosto pojavi v procesu korozije. Zaradi tega se bodo oblikovale snovi, kot so cirkonijevih hidridov, ki močno zmanjšajo plastičnost surovin, zaradi česar je kovina bolj krhka.

Cirkonij v medicini

Cirkonijeve zlitine v medicini se uporabljajo zelo aktivno. Znanstveniki so skozi eksperimente ugotovili, da celo nosijo preprosto cirkonijeve zapestnice lahko pomaga pri zdravljenju določenih bolezni, prav tako pa lahko poveča splošno stopnjo dobrega počutja osebe.

Danes se implantati (fiksatorji) pogosto uporabljajo na takšnih področjih medicine kot traumatologija in maksilofacialna kirurgija. Fiksatorji se uporabljajo za zlome, pritrjevanje kosti, tako da se ne premikajo. V teh primerih je mogoče razporediti take prednosti cirkonijevih zlitin, kot so: visoka biokompatibilnosti (ki se nanaša na odsotnost alergijskih reakcij na človeško telo takšne zlitine ali zavrnitve), visoke trdnosti lastnosti zlitine, ki je zelo pomembna za spone. Prav tako je treba omeniti, da je odsotnost zavrnitve ali alergija na snov, je privedla do dejstva, da ni potrebe, da ponovno izvesti operacijo izvleči držalo, ko nenadoma telo začne zavrne vsadek.

Cirkonij v jedrski elektrotehniki

Do petdesetih let prejšnjega stoletja so verjeli, da cirkonij ni primeren za uporabo na tem področju. Vendar pa je bilo v 50-ih. prvič dobimo material, ki je bil popolnoma očiščen iz nečistoče, kot je hafnij. Po čiščenju se je izkazalo, da ima čisti cirkonij zelo majhen prerez absorpcije termičnih nevtronov. Kakovost, ki je postala glavna, je omogočila uporabo cirkonijevih zlitin v jedrskih elektrarnah.

Treba je dodati, da preprosto očiščen cirkonij ni bilo mogoče uporabiti, ker je bila odpornost proti koroziji prenizka v vroči vodi. Nato so se odločili za uporabo zlitin na osnovi cirkonija. Dokazali so se dobro, kadar se uporabljajo v reaktorjih s hladilno tekočino za vodno paro, pa tudi v drugih podobnih agresivnih okoljih.

Splošna uporaba zlitin

Cirkonij se pogosto uporablja kot legirni element. To je posledica dejstva, da so kovine, ki jim je dodana snov, bolj toplotno odporne, odporne proti kislinam itd. To pomeni, da je zlitina kovin in cirkonija v svojih značilnostih začetnih surovin precej višja.

Ferrozirconium se pogosto uporablja. To je zlitina cirkonija z železom. Vsebina legirni element Zr doseže 20% celotne mase. Uporablja se v metalurgiji kot deoksidator in degaser za jeklo. Aluminij-cirkonijeve zlitine, na primer, veljajo za najbolj odporne proti koroziji in se uporabljajo v katodnih rešetkah za elektrovakumske sijalke. Vsebnost Zr v taki zlitini ni večja od 3% celotne mase.

Pri železni metalurgiji se poleg ferozirconija pogosto uporabljajo Zr in silicij. Uporabite ga za degasiranje jekla. Široko uporablja zlitine bakra in cirkonija za izdelavo prevodnih elementov za električno opremo.

Iskanje cirkonija

Opozoriti je treba, da je cirkonij precej šibko porazdeljen element. Vsebnost te snovi v zemeljski skorji ne presega 0,025 masnih%. V tabeli razširjenosti kovin je cirkonij dvanajsta črta. Ta surovina je precej močno razpršena in zato je zelo težko najti tudi pri velikih nanosih. Najpogosteje se pojavi kot kemična spojina, ki se nahaja v litosferi, saj je sam po sebi cirkonij litofilni element.