Tsirkoonium: sellel põhinevad sulamid. Omadused, rakendus

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53

Haruldane, kuid samas paljudes tööstusharudes väga oluline metall – tsirkoonium – eraldati esmakordselt alles 1824. aastal. Siiski sisaldas see teatud protsenti muid elemente. Alles 20. sajandil oli võimalik saada puhast tsirkooniumi, mis oli vaba mitmesugustest lisanditest. Sellel põhinevaid sulameid kasutatakse eduk alt tulekindlate materjalide, abrasiivide, keraamiliste värvide, liivapaberi, tekstiili, deodorantide ja tehiskivide valmistamiseks. Muidugi ei tohiks unustada selle metalli suurt tähtsust meditsiinis. Lisateavet tema kohta.

Metallurgia areng

Tsirkoonium on tuumaenergeetikas kasutatavate sulamite põhikomponent. Kuid selleks on vaja, et see oleks võimalikult puhas erinevatest lisanditest. Fakt on see, et tsirkooniumimaakides pole mitte ainult sellist haruldast muldmetalli elementi nagu hafnium, vaid ka lämmastikku, süsinikku ja hapnikku. Ja sellised mittemetallilised lisandid on üsna ohtlikud ja neid võib tuumareaktorite konstruktsioonimaterjalide koostisse lisada koguses, mis ei ületa miljondikprotsenti. Seetõttu saades puhta tsirkooniumi ja sulamid edasiselle aluseks on üsna pikk ja töömahukas protsess. Kõigepe alt kontsentraat avatakse, seejärel rikastatakse, soovimatud lisandid ja hafnium eraldatakse.

Puhas tsirkoonium näeb välja nagu tüüpiline metall. Välimuselt on see terasele väga sarnane, kuid samas vastupidavam ja plastilisem. Muidugi võivad sellel põhinevate sulamite omadused sõltuv alt muude elementide hulgast oluliselt erineda. Näiteks hapnik (üle 0,6%) muudab tsirkooniumi rabedamaks. Kuid sellel on ka negatiivne külg: selle metalli dioksiidi (ZrO_{2) sulamistemperatuur on 2680 °C.}

Peamine ehitusmaterjal

Nagu varem mainitud, on kõige laiem tsirkooniumi ja selle sulamite kasutusala tuumatööstus. Nende peamine eelis on see, et neil on väike termilise neutronite püüdmise ristlõige (ainult 0,18 barni), head korrosiooniomadused ja kõrge sulamistemperatuur. Seega on TVEL tuumareaktori aktiivse tsooni peamine konstruktiivne kütuseelement, millesse paigutatakse tuumkütus. Just selles toimub raskete tuumade lõhustumine, mis tähendab, et kütuseelement peab olema valmistatud kõige vastupidavamast ja tulekindlamast metallist ning see ei tohi muuta neutronite neeldumise iseloomu reaktoris.

Seega, selle kesta valmistamiseks kasutatakse tsirkooniumisulameid. Nõuded neile on üsna karmid. Seega ei tohiks legeerivad elemendid selle omadusi halvendada. Eelkõige puudutab see väikest ristlõiget termiliste neutronite püüdmiseks. Tsirkooniumi legeeritakse selleks, etsummutavad lämmastiku kahjulikke mõjusid ja parandavad selle korrosiooniomadusi. Paljud Mendelejevi perioodilise süsteemi elemendid ei sobi, kuna need vähendavad teatud omadusi.

Kõige kuulsam kütusevarraste valmistamiseks kasutatav sulam on tsirkalaam. Selle peamiseks legeerelemendiks on tina ja abielementideks raud, kroom ja nikkel. Venemaal kasutatakse tsirkooniumi legeerimiseks kõige sagedamini nioobiumi. Sellel on ka madal termilise neutronite sidumise ristlõige, see vähendab vesiniku omastamist ja moodustab ainult tahkeid lahuseid. Ja see omakorda annab sulamitele suure elastsuse.

Tsirkooniumisulam

Selle metalli kõrge korrosioonikindlus selgitab, miks seda metalli ja värviliste metallide metallurgias nii sageli legeeriva elemendina kasutatakse. Lisaks ei lahustu see vesinikkloriid- ja lämmastikhappes ning leelistes. Seega on tsirkooniumi ja magneesiumi mitmekomponentsed sulamid väga populaarsed. Lisaks suurendab selle metalliga legeerimine titaani happekindlust. Tsirkooniumi ja vase sulamitel on kõrge tugevus ja elektrijuhtivus. Üsna sageli kasutatakse seda ka lisandina erinevate teraseliikide valmistamisel. See võimaldab teil eemaldada neist väävli, lämmastiku ja hapniku.

Meditsiinitööstus

Arvestades tsirkooniumi ja selle sulameid, ei saa mainimata jätta veel üht nende kasutusvaldkonda. Meditsiinitööstuses ei ole nad kaugeltki viimast kohta. Viimasel ajal on terasest jatitaani sulamid. Kuid mõnel juhul lükkas keha need metallid tagasi, mille vastu tekkis allergiline reaktsioon. Kaasaegne meditsiin kasutab tsirkooniumi ja titaani sulameid klambrite, plaatide, implantaatide, proteeside ja nende fikseerimismehhanismide valmistamiseks.

Kuna see metall ja selle ühendid ei ärrita luid ega ümbritsevaid pehmeid kudesid, on seda eduk alt kasutatud ehete valmistamisel. Näiteks tsirkooniumkõrvarõngad ei põhjusta allergilist reaktsiooni ja parandavad kõrvanibu haava mitte halvemini kui kuld.

Elektritarbimine

Alumiiniumi ja tsirkooniumi sulamil on palju positiivseid omadusi ja seetõttu kasutatakse seda eduk alt energiatööstuses. Fakt on see, et teras- ja vasktraadid kaaluvad üsna palju ning sageli ei pea vanad toed sellisele koormusele vastu. 1960. aastal valmistas rühm teadlasi Jaapanis alumiiniumi ja tsirkooniumi sulameid. Nad tegid kindlaks, et sellist materjali saab pikka aega kasutada kõrgel temperatuuril (150–230 ° C) ja samal ajal on see üsna kerge. See võimaldab seda kasutada kõrge temperatuuriga juhtmete valmistamiseks. See suurendab elektrivõrkude töökindlust ja tõhusust.

Muud tsirkooniumiühendite ja -sulamite rakendused

Paljudes higistamisvastastes ainetes võib leida sellist komponenti nagu Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. See on keemiline ühend, mis neelab higi ja selle lõhna. Teadlased on leidnud, et see pole niiimendub nahka ja seetõttu ei saa see põhjustada tõsist tervisekahjustust. Sellest hoolimata on alumiinium-tsirkoonium-tetraklorohüdreksglütsiin EL-is ja USA-s keelatud.

Tsirkooniumoksiidi kasutatakse elektrokorundi valmistamiseks. Seda saadakse kallutatavates elektriahjudes sulatamisel. Tsirkoonium elektrokorund osutub üsna tugevaks ja võimaldab töödelda materjale suure kinnitusjõuga. Kõige sagedamini kasutatakse seda töötlemata ja töötlemata lihvimiseks.

Üldiselt tuleb märkida, et tsirkooniumil ja selle sulamitel on kõrge sulamistemperatuur, keemiline vastupidavus ja madal soojuspaisumistegur. Just sel põhjusel kasutatakse seda aktiivselt paljudes valdkondades.