Cirkonio lydiniai: sudėtis, savybės, taikymas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Cirkonio lydinio naudojimas šiuo metu yra gana plačiai paplitęs medicinoje ir branduolinėje energetikoje. Kitose pramonės šakose ši medžiaga taip pat naudojama, tačiau mažiau. Verta paminėti, kad iš šios žaliavos išpopuliarėjo įvairūs lydiniai. Pats cirkonis netapo populiaria medžiaga, nes jo kokybė yra daug prastesnė nei to paties metalo lydinio.

Bendra informacija

Cirkonis (Zr) yra periodinės lentelės elementas, kurio atominis skaičius yra 40, o jo atominė masė yra 91,22. Įprastomis sąlygomis ir normaliomis sąlygomis ši medžiaga yra blizgus metalas su sidabriškai b altu atspalviu. Tokių žaliavų tankis siekia 6,45 g/cm3. Šis grynos formos metalas, kuriame nėra jokių priemaišų, išsiskiria tuo, kad turi labai didelį plastiškumą, jį labai lengva apdoroti tiek š altai, tiek karštai. Čia verta paminėti, kad ši žaliava, kaip, pavyzdžiui, titanas, smarkiai praras savo mechanines savybes, jei bus derinama su nemetalinių medžiagų priemaišomis. Cirkonis ir deguonis laikomi blogiausiais junginiais.

Medžiagų savybės irlydinys

Pats cirkonis išsiskiria tuo, kad pasižymi gana dideliu atsparumu įvairioms rūgštims. Ši žaliava netirpsta tokioje aplinkoje kaip azoto ir druskos rūgštis ar šarmai. Ši funkcija yra pagrindinė. Jo pagrindu sukuriama daug cirkonio lydinių. Pavyzdžiui, jei paimsite daugiakomponentinius magnio lydinius ir į juos įpilsite elemento, pavyzdžiui, cirkonio, medžiaga taps daug atsparesnė korozijai. Jei sukursite titano ir cirkonio lydinį, padidės pirmojo elemento atsparumas rūgštims.

Taip pat verta paminėti, kad visi cirkonio lydiniai su kitais metalais pasižymi tuo, kad nepraranda kietumo plačiame temperatūrų diapazone, atsparumas mechaniniam smūgiui išlieka labai aukšto lygio. Pavyzdys yra magnio lydinys, kuriame yra keli procentai cinko ir tik kelios dešimtosios procento cirkonio. Gautas metalas bus beveik dvigubai stipresnis už magnį, be to, jis galės išlaikyti savo stiprumą iki 200 laipsnių Celsijaus temperatūroje.

Funkcijų aprašymas

Cirkonio lydiniai aktyviausiai naudojami tokiose srityse kaip kuro elementų danga, kuro kanalų vamzdžiai ir įvairios kuro rinklių dalys. Pats cirkonis taip pat pasižymi tuo, kad neutronų sugerties skerspjūvis yra gana mažas. Pagal šį rodiklį jis nusileidžia tik tokioms medžiagoms kaip magnis ir berilis. Be to, cirkonio lydymosi temperatūra yra labai aukšta.

Įvairiose pramonės šakose naudojami cirkonio lydiniai pasižymi tuo, kad turi labai aukštą atsparumą korozijai vandenyje, garo-vandens mišinyje, prisotintuose ir perkaitintuose garuose iki maždaug 350-360 laipsnių Celsijaus temperatūros. Taip pat verta paminėti, kad artimiausiu metu ši temperatūros riba turėtų būti padidinta iki aukštesnių verčių.

Lydinio parametrai

Cirkonio lydinių savybės mechaninio stabilumo požiūriu yra gana aukštos, ko negalima pasakyti apie gryną cirkonį. Būtent legiruojant pasiekiamas didelis medžiagos stiprumas. Pavyzdžiui, toks lydinys kaip niobis (Nb) ir 1% cirkonis (Zr) pasižymės tuo, kad medžiagos takumo riba esant 20, 200, 300 ir 400 laipsnių Celsijaus temperatūrai bus 200, 160, 120. ir 90 MPa. Šis lydinys aktyviai naudojamas kuro strypų apdailai. Ir, pavyzdžiui, jei pakeisite cirkonio lydinio sudėtį niobu, tai yra padidinsite cirkonio kiekį iki 2,5%, tada takumo riba padidės iki 280, 220, 200 ir 180 MPa, esant tokiai pat temperatūrai.

Tačiau tokios medžiagos turi savo trūkumų. Trūkumai yra tai, kad lydinys su cirkoniu pasirodo pernelyg baisus, kai temperatūra pasiekia 320–350 laipsnių Celsijaus ir daugiau. Kitas trūkumas yra tas, kad Zr aktyviai tirpdo vandenilį, kuris dažnai atsiranda korozijos metu. Dėl to susidarys tokios medžiagos kaip cirkonio hidridai, kurios labai sumažina žaliavos plastiškumą, todėl metalas tampa trapesnis.

Cirkonis medicinoje

Cirkonio lydiniai medicinoje naudojami gana aktyviai. Mokslininkai eksperimentuodami išsiaiškino, kad net paprastų cirkonio apyrankių nešiojimas gali padėti gydyti tam tikras ligas ir pagerinti bendrą žmogaus savijautą.

Šiandien implantai (fiksatoriai) dažnai naudojami tokiose medicinos srityse kaip traumatologija ir veido žandikaulių chirurgija. Fiksatoriai naudojami lūžiams, fiksuojant kaulus, kad jie nejudėtų. Būtent tokiais atvejais galima išskirti tokius cirkonio lydinių naudojimo privalumus kaip: didelis biologinis suderinamumas (tai reiškia, kad žmogaus organizmas nesukelia alerginių reakcijų į tokį lydinį ar atmetimas), lydinio aukšto stiprumo charakteristikos, kurios yra labai svarbios. fiksatoriams. Taip pat verta paminėti, kad atmetimo ar alergijos tokiai medžiagai nebuvimas lėmė tai, kad nereikėjo kartoti fiksatoriaus pašalinimo chirurginės operacijos, jei kūnas staiga pradėjo atmesti implantą.

Cirkonis atominės energetikos pramonėje

Iki praėjusio amžiaus 50-ųjų buvo manoma, kad cirkonis netinka naudoti šioje srityje. Tačiau tai buvo 50-aisiais. Pirmą kartą buvo gauta medžiaga, kuri buvo visiškai išvalyta nuo tokios priemaišos kaip hafnis. Išvalius paaiškėjo, kad grynas cirkonis turi labai mažą šiluminės neutronų sugerties skerspjūvį. Būtent ši kokybė tapo pagrindine ir suteikė galimybę naudoti cirkonio lydinius branduolinės energetikos pramonėje.

Reikėtų pridurti, kad paprasčiausiai išgryninto cirkonio naudoti negalima, nes karštame vandenyje atsparumas korozijai buvo per mažas. Po to buvo nuspręsta naudoti cirkonio pagrindu pagamintus lydinius. Jie įrodė savo vertę garais aušinamuose reaktoriuose ir panašioje korozinėje aplinkoje.

Bendrieji lydinių pritaikymai

Cirkonis plačiai naudojamas kaip legiravimo elementas. Taip yra dėl to, kad metalai, į kuriuos dedama ši medžiaga, tampa atsparesni karščiui, rūgštims ir kt. Tai yra, metalo ir cirkonio lydinys savo savybėmis gerokai viršija pradinę žaliavą.

Ferozirkonis yra gana plačiai naudojamas. Tai cirkonio ir geležies lydinys. Legiravimo elemento Zr kiekis siekia 20% visos masės. Tokia medžiaga metalurgijoje naudojama kaip plieno deoksidatorius ir degazatorius. Pavyzdžiui, aliuminio ir cirkonio lydiniai laikomi atspariausiais korozijai ir naudojami vakuuminių vamzdžių katodiniuose tinkleliuose. Zr kiekis tokiame lydinyje sudaro ne daugiau kaip 3 % visos masės.

Juodojoje metalurgijoje, be ferocirkonio, dažnai naudojamas Zr ir silicio lydinys. Jis naudojamas plieno degazavimui. Vario ir cirkonio lydinys plačiai naudojamas elektros įrangos laidžių elementų gamybai.

Cirkonio radimas

Verta pažymėti, kad cirkonis yra gana retas elementas. Šios medžiagos kiekis žemės plutoje neviršija0,025 % masės. Cirkonis užima dvyliktą eilutę metalų paplitimo lentelėje. Ši žaliava yra gana išsklaidyta, todėl labai sunku rasti didelių jos telkinių. Jis dažniausiai randamas kaip cheminis junginys, esantis litosferoje, nes pats cirkonis yra litofilinis elementas.