Zirkonijeve legure: sastav, svojstva, primjena

Korištenje cirkonijeve legure sada je vrlo rašireno u medicini i nuklearnoj energiji. U drugim industrijama ovaj se materijal također koristi, ali s manjim udjelom. Važno je napomenuti da je popularnost stekla razne legure iz ove sirovine. Samo po sebi, cirkonij nije postao popularan materijal, jer su njegove kvalitete puno gori nego izravno iz legure istog metala.

Opće informacije

Cirkonijev (Zr) je element periodičke tablice, čiji je atomska vrijednost 40, a atomska težina je 91,22. U normalnim uvjetima i pod normalnim uvjetima, ovaj materijal je sjajni metal s srebrno-bijelo nijansama. Gustoća takvih sirovina doseže 6,45 g / cm³. Ovaj čisti metal, koji ne sadrži nikakve nečistoće, razlikuje se od činjenice da ima vrlo visoku plastičnost, a vrlo je lako tretirati i hladne i vruće. Ovdje je vrijedno napomenuti ovaj sirovina, poput titana, na primjer, dramatično će izgubiti mehanička svojstva ako se kombinira s nečistoćama nemetalnih tvari. Najgori spoj je cirkonij i kisik.

Svojstva materijala i legura

Sam cirkonij se razlikuje po tome što ima prilično veliku otpornost na različite kiseline. Ova sirovina nije topljiva u takvom okruženju kao što je dušična i klorovodična kiselina ili lužina. Ova je osobina ključna. Na temelju toga nastaju mnoge legure cirkonija. Na primjer, ako se uzme više komponenata legure magnezija, i dodati na njega element poput cirkonij, materijal će postati mnogo više otporan na koroziju. Ako stvorite leguru titana i cirkonija, tada će se otpornost na kisele kiseline u prvom elementu povećati.

Također je vrijedno napomenuti da su svi cirkonij legure s drugim metalima, naznačen time, da oni ne gube viskoznost u širokom rasponu temperature, otpornost na udarce mehanički stres je sačuvana na vrlo visokoj razini. Može biti prikazan magnezijske legure s nekoliko posto cinka i sa samo nekoliko desetina postotnog cirkona. Nastali metalni rezultirat će gotovo dvostruko jača od jednostavnog magnezija, kao i ona može održavati svoju snagu na temperaturama i do 200 stupnjeva Celzijusa.

Opis karakteristika

Zirkonijeve legure najčešće se koriste u takvim područjima kao što su školjke TVEL-a, cijevi kanala za gorivo, različite sklopove za gorivo. Zirkonij je također sam po sebi obilježen činjenicom da je poprečni presjek apsorpcije neutrona prilično nizak. Na ovaj pokazatelj, to je drugo samo na takve tvari kao magnezij i berilij. Osim toga, temperatura taljenja cirkonija je vrlo visoka.

Cirkonija legure se koristi u raznim industrijama, karakterizirani su time, da oni imaju vrlo visoku otpornost na koroziju u vodi pare smjese, u zasićenom i pregrijane pare na temperaturi od približno 350 do 360 stupnjeva Celzijusa. Također vrijedi napomenuti da u skoroj budućnosti očekuje se da će ta temperatura će se povećati na višim vrijednostima.

Parametri legure

Svojstva cirkonij legura u mehaničku stabilnost je prilično visoka, što nije čista cirkonij. Visoka izdržljivost materijala postiže se dopingom. Na primjer, kao legura što niobija (Nb) i 1% od cirkonijevog (Zr) je naznačen time da je iskorištenje čvrstoća materijala na temperaturi od 20, 200, 300 i 400 stupnjeva Celzijusa, biti jednak 200, 160, 120 i 90 MPa. Takva se slitina aktivno koristi za oblaganje gorivom. I, na primjer, mijenjanjem sastava legure cirkonij niobija, tj povećanje sadržaja cirkonij do 2,5%, što je čvrstoća popuštanja rasti 280, 220, 200 i 180 MPa, na istim temperaturama.

Međutim, takvi materijali imaju svoje nedostatke. Nedostaci su činjenica da je legura sa cirkonijem previše jezivom kada temperatura dosegne 320-350 stupnjeva Celzijusa i više. Još jedan nedostatak je da Zr aktivno otapa vodik, koji se često javlja u procesu korozije. Zbog toga će se formirati tvari kao što su cirkonij-hidridi, koji znatno smanjuju plastičnost sirovina, zbog čega metal postaje krhkiji.

Cirkonija u medicini

Zirkonijeve legure u medicini se vrlo aktivno koriste. Znanstvenici su eksperimentima otkrili da čak i nose jednostavne narukvice od cirkonija može pomoći u liječenju određenih bolesti, a također može povećati ukupnu razinu dobrobiti neke osobe.

Do danas, vrlo često se koristi umetke (Zaključavanje) u oblasti medicine kao traumatologiji i maksilofacijalnu kirurgiju. Fiksatori se koriste za prijelome, pričvršćivanje kostiju tako da se ne kreću. U tim slučajevima moguće je izdvojiti takve prednosti cirkonij legura, kao što su: visoke biokompatibilnosti (koji se odnosi na nedostatak alergijskih reakcija na ljudski organizam takve legure ili odbijanje), visokih svojstava čvrstoće legure, što je vrlo važno za stezaljke. Također je vrijedno napomenuti da je odsustvo odbacivanja ili alergija na tvar dovela je do činjenice da nema potrebe da ponovno provesti operaciju izdvojiti držač, kad odjednom tijelo počinje da odbaci implantat.

Cirkonija u nuklearnoj elektroenergetici

Do pedesetih godina prošlog stoljeća vjerovalo se da cirkonij nije pogodan za uporabu u ovom području. Međutim, bilo je u 50-ima. po prvi put je dobiven materijal koji je potpuno pročišćen od nečistoće kao što je hafnium. Nakon čišćenja, utvrđeno je da je čista cirkonij ima vrlo mali presjek apsorpciju termičkih neutrona. Upravo je ta kvaliteta postala glavna i omogućila korištenje zirkonijskih legura u nuklearnoj elektroenergetici.

Treba dodati da nije bilo moguće koristiti samo pročišćeni cirkonij jer je otpornost na koroziju bila preniska u vrućoj vodi. Nakon toga, odlučeno je koristiti legure na bazi cirkonija. Dokazali su se dobro kada se koriste u reaktorima s rashladnom tekućinom vodom, kao iu drugim sličnim agresivnim okruženjima.

Opća primjena legura

Cirkonij je široko korišten kao legirani element. To je zbog činjenice da su metali kojima je ta tvar dodana postaju otpornija na toplinu, otporni na kiseline, itd. To znači da je legura metala i cirkonija puno veća u svojstvima početnih sirovina.

Ferrozirkonium je široko korišten. To je legura cirkonija s željezom. sadržaj element za lijevanje Zr doseže 20% ukupne mase. Koristi se u metalurgiji kao deoksidizator i degazer za čelik. Na primjer, aluminij-cirkonijeve legure smatraju se najprikladnijom od korozije i koriste se u katodnim rešetkama za elektrovokusne svjetiljke. Sadržaj Zr u takvoj leguri nije veći od 3% ukupne mase.

U željezne metalurgije, uz ferrozirkonium, često se koriste Zr i silicij. Nanesite ga na otplinjavanje čelika. Naširoko koristi legure bakra i cirkonija za proizvodnju vodljivih elemenata za električnu opremu.

Pronalaženje cirkonija

Treba napomenuti da je cirkonij prilično slabo raspodijeljen element. Sadržaj ove supstance u zemljinoj kori nije veći od 0,025 masenih%. U tablici prevalencije metala cirkonij uzima dvanaestu liniju. Ova sirovina je prilično raspršena, pa je vrlo teško naći čak iu bilo kojem velikom talogu. Najčešće nastaje kao kemijski spoj, koji se nalazi u samom litosfere kao cirkonija - to lithophilic elementa.