Zirconium alloys: komposisyon, mga katangian, aplikasyon

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ang paggamit ng zirconium alloy ay kasalukuyang laganap sa medisina at nuclear energy. Sa iba pang mga industriya, ang materyal na ito ay ginagamit din, ngunit sa isang mas mababang lawak. Kapansin-pansin na ang iba't ibang mga haluang metal mula sa hilaw na materyal na ito ay nakakuha ng katanyagan. Sa kanyang sarili, ang zirconium ay hindi naging isang sikat na materyal, dahil ang kalidad nito ay mas masahol pa kaysa sa isang haluang metal ng parehong metal.

Pangkalahatang impormasyon

Ang

Zirconium (Zr) ay isang elemento ng periodic table na ang atomic number ay 40 at ang atomic na timbang nito ay 91.22. Sa normal na kondisyon at sa ilalim ng normal na kondisyon, ang materyal na ito ay isang makintab na metal na may kulay-pilak na puting tint. Ang density ng naturang mga hilaw na materyales ay umaabot sa 6.45 g/cm3. Ang metal na ito sa dalisay na anyo nito, na hindi naglalaman ng anumang mga impurities, ay nakikilala sa pamamagitan ng katotohanan na mayroon itong napakataas na kalagkit, at napakadaling iproseso ang parehong malamig at mainit. Kapansin-pansin dito na ang hilaw na materyal na ito, tulad ng titanium, halimbawa, ay matalas na mawawala ang mga mekanikal na katangian nito kung ito ay pinagsama sa mga impurities ng mga di-metal na sangkap. Ang zirconium at oxygen ay itinuturing na pinakamasamang compound.

Mga katangian ng materyal athaluang metal

Ang Zirconium mismo ay nakikilala sa pamamagitan ng katotohanan na mayroon itong medyo mataas na pagtutol sa iba't ibang mga acid. Ang hilaw na materyal na ito ay hindi natutunaw sa isang kapaligiran tulad ng nitric at hydrochloric acid o alkali. Ang tampok na ito ay susi. Sa batayan nito, maraming zirconium alloys ang nilikha. Halimbawa, kung kukuha ka ng multicomponent magnesium alloys at magdagdag ng elemento tulad ng zirconium sa kanila, ang materyal ay magiging mas lumalaban sa kaagnasan. Kung gagawa ka ng haluang metal ng titanium at zirconium, tataas ang acid resistance ng unang elemento.

Nararapat ding tandaan na ang lahat ng zirconium alloy na may iba pang mga metal ay nailalarawan sa katotohanang hindi nawawala ang kanilang katigasan sa isang malawak na hanay ng temperatura, ang paglaban sa mekanikal na shock ay nananatili sa napakataas na antas. Ang isang halimbawa ay isang magnesium alloy na may ilang porsyentong zinc at ilang ikasampu lamang ng isang porsyentong zirconium. Ang magiging resulta ng metal ay halos dalawang beses na mas malakas kaysa sa magnesium, at mapapanatili din nito ang lakas nito sa mga temperaturang hanggang 200 degrees Celsius.

Paglalarawan ng mga feature

Ang Zirconium alloys ay pinaka-aktibong ginagamit sa mga lugar tulad ng fuel element cladding, fuel channel pipe, at iba't ibang bahagi ng fuel assemblies. Ang Zirconium mismo ay nailalarawan din sa katotohanan na ang cross section ng pagsipsip ng neutron ay medyo mababa. Ayon sa tagapagpahiwatig na ito, ito ay pangalawa lamang sa mga sangkap tulad ng magnesium at beryllium. Bilang karagdagan, ang punto ng pagkatunaw ng zirconium ay napakataas.

Ang Zirconium alloys na ginagamit sa iba't ibang industriya ay nailalarawan sa katotohanan na ang mga ito ay may napakataas na corrosion resistance sa tubig, sa steam-water mixture, sa saturated at superheated steam hanggang sa temperatura na humigit-kumulang 350-360 degrees Celsius. Dapat ding tandaan na ang limitasyon sa temperatura na ito ay inaasahang tataas sa mas matataas na halaga sa malapit na hinaharap.

Alloy parameters

Ang mga katangian ng zirconium alloys sa mga tuntunin ng mechanical stability ay medyo mataas, na hindi masasabi tungkol sa purong zirconium. Ito ay sa pamamagitan ng alloying na ang mataas na lakas ng materyal ay nakakamit. Halimbawa, ang isang haluang metal tulad ng niobium (Nb) at 1% zirconium (Zr) ay mailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na ang lakas ng ani ng materyal sa mga temperatura na 20, 200, 300 at 400 degrees Celsius ay magiging 200, 160, 120 at 90 MPa. Ang haluang ito ay aktibong ginagamit para sa cladding ng baras ng gasolina. At, halimbawa, kung babaguhin mo ang komposisyon ng zirconium alloy na may niobium, iyon ay, dagdagan ang nilalaman ng zirconium sa 2.5%, kung gayon ang lakas ng ani ay tataas sa 280, 220, 200 at 180 MPa, sa parehong mga temperatura.

Gayunpaman, ang mga naturang materyales ay may mga kakulangan. Ang mga disadvantages ay kinabibilangan ng katotohanan na ang haluang metal na may zirconium ay lumalabas na masyadong katakut-takot kapag ang temperatura ay umabot sa 320-350 degrees Celsius at sa itaas. Ang isa pang kawalan ay ang Zr ay aktibong natutunaw ang hydrogen, na kadalasang nangyayari sa panahon ng kaagnasan. Dahil dito, mabubuo ang mga substance tulad ng zirconium hydride, na lubos na nakakabawas sa ductility ng raw material, na ginagawang mas malutong ang metal.

Zirconium sa gamot

Ang Zirconium alloys ay aktibong ginagamit sa medisina. Natuklasan ng mga siyentipiko sa pamamagitan ng mga eksperimento na kahit na ang pagsusuot ng mga simpleng zirconium bracelet ay makakatulong sa paggamot sa ilang partikular na sakit, at maaari rin nitong mapataas ang pangkalahatang kagalingan ng isang tao.

Ngayon, ang mga implant (mga retainer) ay kadalasang ginagamit sa mga lugar ng medisina gaya ng traumatology at maxillofacial surgery. Ang mga fixator ay ginagamit para sa mga bali, pag-aayos ng mga buto upang hindi sila gumalaw. Sa mga kasong ito na maaaring makilala ng isang tao ang mga pakinabang ng paggamit ng zirconium alloys bilang: mataas na biological compatibility (ibig sabihin ang kawalan ng allergic reactions ng katawan ng tao sa naturang haluang metal o pagtanggi), mataas na lakas ng mga katangian ng haluang metal, na napakahalaga. para sa mga fixator. Kapansin-pansin din na ang kawalan ng pagtanggi o allergy sa naturang substansiya ay humantong sa katotohanan na hindi na kailangang ulitin ang operasyon ng kirurhiko upang alisin ang retainer kung ang katawan ay biglang nagsimulang tanggihan ang implant.

Zirconium sa industriya ng nuclear power

Hanggang sa 50s ng huling siglo, pinaniniwalaan na ang zirconium ay hindi angkop para gamitin sa lugar na ito. Gayunpaman, ito ay nasa 50s. Sa kauna-unahang pagkakataon, nakuha ang isang materyal na ganap na nalinis mula sa isang karumihan tulad ng hafnium. Pagkatapos ng paglilinis, lumabas na ang purong zirconium ay may napakaliit na thermal neutron absorption cross section. Ang kalidad na ito ang naging pangunahing at naging posible na gumamit ng mga zirconium alloy sa industriya ng nuclear power.

Dapat idagdag na ang simpleng purified zirconium ay hindi maaaring gamitin dahil ang corrosion resistance ay masyadong mababa sa mainit na tubig. Pagkatapos nito, napagpasyahan na gumamit ng mga haluang metal na batay sa zirconium. Napatunayan na nila ang kanilang halaga sa mga steam-cooled na reactor at mga katulad na corrosive na kapaligiran.

Mga pangkalahatang aplikasyon ng mga haluang metal

Ang Zirconium ay malawakang ginagamit bilang elemento ng haluang metal. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga metal kung saan idinagdag ang sangkap na ito ay nagiging mas lumalaban sa init, lumalaban sa acid, atbp. Ibig sabihin, ang haluang metal ng metal at zirconium ay higit na lumampas sa paunang hilaw na materyal sa mga katangian nito.

Ang Ferrozirconium ay malawakang ginagamit. Ito ay isang haluang metal ng zirconium at bakal. Ang nilalaman ng alloying element Zr ay umabot sa 20% ng kabuuang masa. Ang nasabing sangkap ay ginagamit sa metalurhiya bilang isang deoxidizer at degasser para sa bakal. Ang mga haluang metal na aluminyo-zirconium, halimbawa, ay itinuturing na pinaka-lumalaban sa kaagnasan at ginagamit sa cathode grids para sa mga vacuum tubes. Ang nilalaman ng Zr sa naturang haluang metal ay hindi hihigit sa 3% ng kabuuang masa.

Sa ferrous metalurgy, bilang karagdagan sa ferrozirconium, kadalasang ginagamit ang isang haluang metal ng Zr at silikon. Ito ay ginagamit para sa pag-degassing ng bakal. Ang isang haluang metal na tanso at zirconium ay malawakang ginagamit para sa paggawa ng mga conductive na elemento para sa mga de-koryenteng kagamitan.

Paghahanap ng zirconium

Nararapat tandaan na ang zirconium ay medyo bihirang elemento. Ang nilalaman ng sangkap na ito sa crust ng lupa ay hindi lalampas0.025% ayon sa timbang. Sinasakop ng Zirconium ang ikalabindalawang linya sa talahanayan ng pagkalat ng mga metal. Ang hilaw na materyal na ito ay medyo nakakalat, at samakatuwid ay napakahirap na makahanap ng anumang malalaking deposito nito. Ito ay pinakakaraniwang matatagpuan bilang isang kemikal na tambalan na matatagpuan sa lithosphere, dahil ang zirconium mismo ay isang elemento ng lithophile.