Zirconium: legeringer baseret på det. Egenskaber, ansøgning

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 13:52

Sjældent, men samtidig meget vigtigt i mange industrier, blev metallet - zirconium - først isoleret først i 1824. Den indeholdt dog stadig en vis procentdel af andre elementer. Først i det 20. århundrede var det muligt at opnå rent zirconium, fri for forskellige urenheder. Legeringer baseret på det bruges med succes til fremstilling af ildfaste materialer, slibemidler, keramiske malinger, sandpapir, tekstiler, deodoranter og kunstige sten. Selvfølgelig skal man ikke glemme den høje betydning af dette metal i medicin. Lær mere om ham.

Udvikling af metallurgi

Zirconium er hovedkomponenten i legeringer til atomkraftteknik. Men for dette er det nødvendigt, at det er så rent som muligt fra forskellige urenheder. Faktum er, at der i zirconiummalme ikke kun er et så sjældent jordart som hafnium, men også nitrogen, kulstof og oxygen. Og sådanne ikke-metal-urenheder er ret farlige og kan inkluderes i sammensætningen af strukturelle materialer til atomreaktorer i en mængde på højst milliontedele af en procent. Derfor opnår rent zirconium og legeringer pådens grundlag er en ret lang og besværlig proces. Først åbnes koncentratet, derefter beriges det, uønskede urenheder og hafnium adskilles.

Rent zirkonium ligner et typisk metal. Udseendemæssigt minder det meget om stål, men samtidig mere holdbart og sejt. Selvfølgelig, i legeringer baseret på det, kan dets egenskaber variere betydeligt afhængigt af mængden af andre elementer. For eksempel vil ilt (større end 0,6%) gøre zirconium mere skørt. Men der er også en ulempe: dioxiden i dette metal (ZrO_{2) har et smeltepunkt på 2680 °C.}

Hovedkonstruktionsmateriale

Som tidligere nævnt er det bredeste område, hvor zirconium og dets legeringer bruges, atomindustrien. Deres største fordel er, at de har et lille termisk neutronfangst tværsnit (kun 0,18 barn), gode korrosionsegenskaber og et højt smeltepunkt. Så TVEL er det vigtigste konstruktive brændstofelement i den aktive zone af en atomreaktor, hvori nukleart brændsel er placeret. Det er i den, at sp altningen af tunge kerner sker, hvilket betyder, at brændselselementet skal være lavet af det mest holdbare og ildfaste metal, og det må ikke ændre karakteren af neutronabsorption i reaktoren.

Så, zirkoniumlegeringer bruges til at fremstille dens skal. Kravene til dem er ret strenge. Så legeringselementer bør ikke forværre dets egenskaber. Det drejer sig især om det lille tværsnit til indfangning af termiske neutroner. Zirkonium er legeret mhpundertrykke de skadelige virkninger af nitrogen og forbedre dets korrosionsegenskaber. Mange elementer i Mendeleevs periodiske system er ikke egnede, da de reducerer visse karakteristika.

Den mest berømte legering, der bruges til at fremstille brændstofstave, er zircaloy. Dets vigtigste legeringselement er tin, og hjælpeelementer er jern, krom og nikkel. I Rusland bruges niobium oftest til legering af zirconium. Det har også et lavt termisk neutronfangst tværsnit, reducerer brintoptagelsen og danner kun faste opløsninger. Og dette giver til gengæld legeringer med høj duktilitet.

Zirkoniumlegering

Den høje korrosionsbestandighed af dette metal forklarer, hvorfor det så ofte bruges som et legeringselement i jern- og ikke-jernmetallurgi. Derudover er det uopløseligt i s altsyre og salpetersyre og alkalier. Således er multikomponentlegeringer af zirconium med magnesium meget populære. Derudover øger legering med dette metal titaniums syrebestandighed. Legeringer af zirconium med kobber har høj styrke og elektrisk ledningsevne. Ganske ofte bruges det også som et additiv i produktionen af forskellige stålkvaliteter. Dette giver dig mulighed for at fjerne svovl, nitrogen og ilt fra dem.

Medicinsk industri

I betragtning af zirconium og dets legeringer kan man ikke undlade at nævne endnu et område af deres anvendelse. I den medicinske industri indtager de langt fra den sidste plads. For nylig er stål ogtitanlegeringer. Men i nogle tilfælde afviste kroppen disse metaller, mod hvilke der opstod en allergisk reaktion. Moderne medicin bruger zirconium og titanlegeringer til fremstilling af hæfteklammer, plader, implantater, proteser og deres fikseringsmekanismer.

Fordi dette metal og dets forbindelser er ikke-irriterende for knogler og omgivende blødt væv, er det blevet brugt med succes til fremstilling af smykker. For eksempel forårsager zirkoniumøreringe ikke en allergisk reaktion og heler et sår på øreflippen, der ikke er værre end guld.

Strømforbrug

Legering af aluminium og zirconium har mange positive egenskaber og er derfor med succes brugt i energiindustrien. Faktum er, at stål- og kobbertråde vejer ret meget, og ofte kan gamle understøtninger ikke modstå en sådan belastning. I 1960, i Japan, producerede en gruppe videnskabsmænd en række legeringer af aluminium og zirconium. De bestemte, at et sådant materiale kan bruges i lang tid ved høje temperaturer (150-230 ° C), og samtidig vil det være ret let. Dette gør det muligt at bruge det til fremstilling af højtemperaturtråde. Dette øger pålideligheden og effektiviteten af elektriske netværk.

Andre anvendelser for zirconiumforbindelser og legeringer

I mange antiperspiranter kan du finde sådan en komponent som Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Det er en kemisk forbindelse, der absorberer sved og dens lugt. Forskere har fundet ud af, at det ikke er detabsorberes i huden, og kan derfor ikke forårsage alvorlig sundhedsskade. På trods af dette er aluminium-zirconium-tetrachlorhydrexglycin forbudt i EU og USA.

Zirconiumoxid bruges til at fremstille elektrokorund. Det opnås ved smeltning i elektriske vippeovne. Zirconium electrocorundum viser sig at være ret stærk og tillader bearbejdning af materialer med en stor klemkraft. Oftest bruges det til groft og groft slibning.

Generelt skal det bemærkes, at zirconium og dets legeringer har et højt smeltepunkt, kemisk resistens og en lav termisk udvidelseskoefficient. Det er af denne grund, at det bruges aktivt på en lang række områder.