Ali zirkonium: komposisi, sifat, penggunaan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Penggunaan aloi zirkonium pada masa ini agak meluas dalam bidang perubatan dan tenaga nuklear. Dalam industri lain, bahan ini juga digunakan, tetapi pada tahap yang lebih rendah. Perlu diingat bahawa pelbagai aloi dari bahan mentah ini telah mendapat populariti. Dengan sendirinya, zirkonium tidak menjadi bahan yang popular, kerana kualitinya jauh lebih buruk daripada aloi logam yang sama.

Maklumat am

Zirkonium (Zr) ialah unsur jadual berkala yang nombor atomnya ialah 40 dan berat atomnya ialah 91.22. Dalam keadaan normal dan dalam keadaan normal, bahan ini adalah logam berkilat dengan warna putih keperakan. Ketumpatan bahan mentah tersebut mencapai 6.45 g/cm3. Logam ini dalam bentuk tulennya, yang tidak mengandungi sebarang kekotoran, dibezakan oleh fakta bahawa ia mempunyai kemuluran yang sangat tinggi, dan ia sangat mudah untuk memproses kedua-dua sejuk dan panas. Perlu diperhatikan di sini bahawa bahan mentah ini, seperti titanium, sebagai contoh, akan kehilangan sifat mekanikalnya secara mendadak jika ia digabungkan dengan kekotoran bahan bukan logam. Zirkonium dan oksigen dianggap sebagai sebatian yang paling teruk.

Sifat bahan danaloi

Zirkonium sendiri dibezakan oleh fakta bahawa ia mempunyai rintangan yang agak tinggi terhadap pelbagai asid. Bahan mentah ini tidak larut dalam persekitaran seperti asid nitrik dan hidroklorik atau alkali. Ciri ini adalah kunci. Atas asasnya, banyak aloi zirkonium dicipta. Sebagai contoh, jika anda mengambil aloi magnesium berbilang komponen dan menambah unsur seperti zirkonium padanya, bahan tersebut akan menjadi lebih tahan terhadap kakisan. Jika anda mencipta aloi titanium dan zirkonium, maka rintangan asid unsur pertama akan meningkat.

Perlu juga diperhatikan bahawa semua aloi zirkonium dengan logam lain dicirikan oleh fakta bahawa ia tidak kehilangan keliatannya dalam julat suhu yang luas, rintangan kepada kejutan mekanikal kekal pada tahap yang sangat tinggi. Contohnya ialah aloi magnesium dengan beberapa peratus zink dan hanya beberapa persepuluh peratus zirkonium. Logam yang terhasil hampir dua kali lebih kuat daripada magnesium, dan ia juga dapat mengekalkan kekuatannya pada suhu sehingga 200 darjah Celsius.

Penerangan ciri

Ali zirkonium paling aktif digunakan dalam bidang seperti pelapisan elemen bahan api, paip saluran bahan api dan pelbagai bahagian pemasangan bahan api. Zirkonium sendiri juga dicirikan oleh fakta bahawa keratan rentas penyerapan neutron agak rendah. Menurut penunjuk ini, ia adalah yang kedua selepas bahan seperti magnesium dan berilium. Selain itu, takat lebur zirkonium adalah sangat tinggi.

Ali zirkonium yang digunakan dalam pelbagai industri dicirikan oleh fakta bahawa ia mempunyai rintangan kakisan yang sangat tinggi dalam air, dalam campuran air wap, dalam wap tepu dan panas lampau sehingga suhu kira-kira 350-360 darjah Celsius. Perlu diingat juga bahawa had suhu ini dijangka dinaikkan kepada nilai yang lebih tinggi dalam masa terdekat.

Parameter aloi

Sifat aloi zirkonium dari segi kestabilan mekanikal agak tinggi, yang tidak boleh dikatakan tentang zirkonium tulen. Ia adalah dengan mengaloi bahawa kekuatan tinggi bahan dicapai. Sebagai contoh, aloi seperti niobium (Nb) dan 1% zirkonium (Zr) akan dicirikan oleh fakta bahawa kekuatan hasil bahan pada suhu 20, 200, 300 dan 400 darjah Celsius akan menjadi 200, 160, 120 dan 90 MPa. Aloi ini digunakan secara aktif untuk pelapisan rod bahan api. Dan, sebagai contoh, jika anda menukar komposisi aloi zirkonium dengan niobium, iaitu, meningkatkan kandungan zirkonium kepada 2.5%, maka kekuatan hasil akan meningkat kepada 280, 220, 200 dan 180 MPa, pada suhu yang sama.

Walau bagaimanapun, bahan tersebut mempunyai kelemahannya. Kelemahannya termasuk fakta bahawa aloi dengan zirkonium ternyata terlalu menyeramkan apabila suhu mencapai 320-350 darjah Celsius dan ke atas. Satu lagi kelemahan ialah Zr secara aktif melarutkan hidrogen, yang sering berlaku semasa kakisan. Disebabkan ini, bahan seperti zirkonium hidrida akan terbentuk, yang sangat mengurangkan kemuluran bahan mentah, yang menjadikan logam lebih rapuh.

Zirkonium dalam perubatan

Ali zirkonium digunakan secara aktif dalam perubatan. Para saintis melalui eksperimen mendapati bahawa walaupun memakai gelang zirkonium ringkas boleh membantu merawat penyakit tertentu, dan ia juga boleh meningkatkan kesejahteraan keseluruhan seseorang.

Hari ini, implan (penahan) sering digunakan dalam bidang perubatan seperti traumatologi dan pembedahan maksilofasial. Fixator digunakan untuk patah tulang, memperbaiki tulang supaya tidak bergerak. Dalam kes ini seseorang boleh membezakan kelebihan menggunakan aloi zirkonium seperti: keserasian biologi yang tinggi (bermaksud ketiadaan tindak balas alahan badan manusia terhadap aloi atau penolakan sedemikian), ciri kekuatan tinggi aloi, yang sangat penting. untuk fixators. Perlu juga diperhatikan bahawa ketiadaan penolakan atau alahan kepada bahan sedemikian menyebabkan fakta bahawa tidak perlu mengulangi operasi pembedahan untuk mengeluarkan penahan jika badan tiba-tiba mula menolak implan.

Zirkonium dalam industri tenaga nuklear

Sehingga 50-an abad yang lalu, dipercayai bahawa zirkonium tidak sesuai digunakan di kawasan ini. Walau bagaimanapun, ia adalah dalam 50-an. Buat pertama kalinya, bahan diperolehi yang telah disucikan sepenuhnya daripada kekotoran seperti hafnium. Selepas penulenan, ternyata zirkonium tulen mempunyai keratan rentas penyerapan neutron haba yang sangat kecil. Kualiti inilah yang menjadi yang utama dan memungkinkan untuk menggunakan aloi zirkonium dalam industri tenaga nuklear.

Perlu ditambah bahawa zirkonium tulen semata-mata tidak boleh digunakan kerana rintangan kakisan terlalu rendah dalam air panas. Selepas itu, ia telah memutuskan untuk menggunakan aloi berasaskan zirkonium. Ia telah membuktikan nilainya dalam reaktor yang disejukkan wap dan persekitaran menghakis yang serupa.

Aplikasi am aloi

Zirkonium digunakan secara meluas sebagai unsur pengaloian. Ini disebabkan oleh fakta bahawa logam yang ditambahkan bahan ini menjadi lebih tahan haba, tahan asid, dsb. Iaitu, aloi logam dan zirkonium jauh melebihi bahan mentah awal dalam ciri-cirinya.

Ferrozirconium digunakan secara meluas. Ia adalah aloi zirkonium dan besi. Kandungan unsur pengaloian Zr mencapai 20% daripada jumlah jisim. Bahan sedemikian digunakan dalam metalurgi sebagai deoxidizer dan degasser untuk keluli. Aloi aluminium-zirkonium, sebagai contoh, dianggap paling tahan terhadap kakisan dan digunakan dalam grid katod untuk tiub vakum. Kandungan Zr dalam aloi sedemikian tidak lebih daripada 3% daripada jumlah jisim.

Dalam metalurgi ferus, sebagai tambahan kepada ferrozirkonium, aloi Zr dan silikon sering digunakan. Ia digunakan untuk menyahgas keluli. Aloi kuprum dan zirkonium digunakan secara meluas untuk pembuatan elemen konduktif untuk peralatan elektrik.

Mencari zirkonium

Perlu diperhatikan bahawa zirkonium adalah unsur yang agak jarang berlaku. Kandungan bahan ini dalam kerak bumi tidak melebihi0.025% mengikut berat. Zirkonium menduduki baris kedua belas dalam jadual kelaziman logam. Bahan mentah ini agak tersebar, dan oleh itu sangat sukar untuk mencari sebarang deposit besar. Ia paling biasa ditemui sebagai sebatian kimia yang terletak di litosfera, kerana zirkonium itu sendiri ialah unsur litofil.