Zirkonyum alaşımları: bileşim, özellikler, uygulama

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Zirkonyum alaşımının kullanımı şu anda tıpta ve nükleer enerjide oldukça yaygın. Diğer endüstrilerde de bu malzeme kullanılmaktadır, ancak daha az ölçüde. Bu hammaddeden çeşitli alaşımların popülerlik kazandığını belirtmekte fayda var. Zirkonyum, kalitesi aynı metalin alaşımından çok daha kötü olduğu için kendi başına popüler bir malzeme haline gelmedi.

Genel bilgi

Zirkonyum (Zr) periyodik tablonun atom numarası 40 ve atom ağırlığı 91.22 olan bir elementtir. Normal şartlar altında ve normal şartlar altında bu malzeme gümüşi beyaz renk tonuna sahip parlak bir metaldir. Bu tür hammaddelerin yoğunluğu 6.45 g/cm3'ye ulaşır. Herhangi bir safsızlık içermeyen saf haliyle bu metal, çok yüksek sünekliğe sahip olması ve hem soğuk hem de sıcak olarak işlenmesi çok kolay olması ile ayırt edilir. Burada, örneğin titanyum gibi bu hammaddenin, metalik olmayan maddelerin safsızlıkları ile birleştirilirse mekanik özelliklerini keskin bir şekilde kaybedeceğini belirtmekte fayda var. Zirkonyum ve oksijen en kötü bileşikler olarak kabul edilir.

Malzeme özellikleri vealaşım

Zirkonyum, çeşitli asitlere karşı oldukça yüksek bir dirence sahip olmasıyla ayırt edilir. Bu hammadde nitrik ve hidroklorik asit veya alkali gibi ortamlarda çözünmez. Bu özellik anahtardır. Temelinde birçok zirkonyum alaşımı oluşturulur. Örneğin çok bileşenli magnezyum alaşımlarını alıp bunlara zirkonyum gibi bir element eklerseniz malzeme korozyona karşı çok daha dayanıklı hale gelecektir. Titanyum ve zirkonyum alaşımı oluşturursanız, ilk elementin asit direnci artacaktır.

Ayrıca diğer metallerle birlikte tüm zirkonyum alaşımlarının geniş bir sıcaklık aralığında tokluklarını kaybetmemeleri, mekanik şoklara karşı direncinin çok yüksek seviyede kalması ile karakterize edildiğini de belirtmekte fayda var. Bir örnek, yüzde birkaç çinko ve yüzde zirkonyumun yalnızca onda birkaçı olan bir magnezyum alaşımıdır. Ortaya çıkan metal, magnezyumdan neredeyse iki kat daha güçlü olacak ve ayrıca gücünü 200 santigrat dereceye kadar sıcaklıklarda koruyabilecek.

Özelliklerin açıklaması

Zirkonyum alaşımları en aktif olarak yakıt elemanı kaplaması, yakıt kanalı boruları ve yakıt tertibatlarının çeşitli parçaları gibi alanlarda kullanılmaktadır. Zirkonyumun kendisi de nötron absorpsiyon kesitinin oldukça düşük olmasıyla karakterize edilir. Bu göstergeye göre, sadece magnezyum ve berilyum gibi maddelerden sonra ikinci sıradadır. Ayrıca zirkonyumun erime noktası çok yüksektir.

Çeşitli endüstrilerde kullanılan zirkonyum alaşımları suda, buhar-su karışımında, doymuş ve kızgın buharda yaklaşık 350-360 santigrat dereceye kadar çok yüksek korozyon direncine sahip olmaları ile karakterize edilir. Bu sıcaklık limitinin yakın zamanda daha yüksek değerlere çıkarılmasının beklendiğini de belirtmekte fayda var.

Alaşım parametreleri

Zirkonyum alaşımlarının mekanik stabilite açısından özellikleri oldukça yüksektir ki bu saf zirkonyum için söylenemez. Malzemenin yüksek mukavemetinin elde edilmesi alaşımlama ile olur. Örneğin, niyobyum (Nb) ve %1 zirkonyum (Zr) gibi bir alaşım, malzemenin 20, 200, 300 ve 400 santigrat derece sıcaklıklarda akma dayanımının 200, 160, 120 olacağı gerçeğiyle karakterize edilecektir. ve 90 MPa. Bu alaşım, yakıt çubuğu kaplaması için aktif olarak kullanılmaktadır. Ve örneğin, niyobyum ile zirkonyum alaşımının bileşimini değiştirirseniz, yani zirkonyum içeriğini %2,5'e çıkarırsanız, aynı sıcaklıklarda akma dayanımı 280, 220, 200 ve 180 MPa'ya yükselecektir.

Ancak, bu tür malzemelerin dezavantajları vardır. Dezavantajları, zirkonyumlu alaşımın, sıcaklık 320-350 santigrat derece ve üstüne ulaştığında çok ürkütücü olduğu gerçeğini içerir. Diğer bir dezavantaj, Zr'nin genellikle korozyon sırasında meydana gelen hidrojeni aktif olarak çözmesidir. Bu nedenle, hammaddenin sünekliğini büyük ölçüde az altan ve metali daha kırılgan hale getiren zirkonyum hidritler gibi maddeler oluşacaktır.

Zirkonyum tıpta

Zirkonyum alaşımları tıpta oldukça aktif olarak kullanılmaktadır. Bilim adamları deneyler yoluyla, basit zirkonyum bilezikler takmanın bile belirli hastalıkların tedavisine yardımcı olabileceğini ve aynı zamanda kişinin genel refahını artırabileceğini buldular.

Günümüzde implantlar (tutucular) sıklıkla tıbbın travmatoloji ve çene cerrahisi gibi alanlarında kullanılmaktadır. Fiksatörler, kırıklar için kullanılır, kemikleri hareket etmeyecek şekilde sabitler. Bu durumlarda, zirkonyum alaşımlarını kullanmanın avantajları şu şekilde ayırt edilebilir: yüksek biyolojik uyumluluk (insan vücudunun böyle bir alaşıma veya reddetmeye karşı alerjik reaksiyonlarının olmaması anlamına gelir), alaşımın çok önemli olan yüksek mukavemet özellikleri. fiksatörler için. Ayrıca, böyle bir maddeye karşı reddedilme veya alerji olmamasının, vücut aniden implantı reddetmeye başlarsa tutucuyu çıkarmak için cerrahi işlemin tekrarlanmasına gerek kalmamasına yol açtığını belirtmekte fayda var.

Nükleer enerji endüstrisinde zirkonyum

Geçen yüzyılın 50'li yıllarına kadar zirkonyumun bu alanda kullanıma uygun olmadığına inanılıyordu. Ancak, 50'li yıllardaydı. İlk kez, hafniyum gibi bir safsızlıktan tamamen saflaştırılmış bir malzeme elde edildi. Arıtmadan sonra, saf zirkonyumun çok küçük bir termal nötron absorpsiyon kesitine sahip olduğu ortaya çıktı. Ana olan ve zirkonyum alaşımlarının nükleer enerji endüstrisinde kullanılmasını mümkün kılan bu kaliteydi.

Sıcak suda korozyon direnci çok düşük olduğu için basitçe saflaştırılmış zirkonyumun kullanılamayacağını da eklemek gerekir. Daha sonra zirkonyum esaslı alaşımların kullanılmasına karar verildi. Buhar soğutmalı reaktörlerde ve benzeri aşındırıcı ortamlarda değerlerini kanıtladılar.

Alaşımların genel uygulamaları

Zirkonyum, alaşım elementi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunun nedeni, bu maddenin eklendiği metallerin daha fazla ısıya dayanıklı, aside dayanıklı vb. hale gelmesidir. Yani, metal ve zirkonyum alaşımı, özellikleri bakımından ilk hammaddeyi büyük ölçüde aşmaktadır.

Ferrozirkonyum oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Zirkonyum ve demir alaşımıdır. Alaşım elementi Zr'nin içeriği toplam kütlenin %20'sine ulaşır. Böyle bir madde metalurjide çelik için oksijen giderici ve gaz giderici olarak kullanılır. Örneğin alüminyum-zirkonyum alaşımları korozyona en dayanıklı olarak kabul edilir ve vakum tüpleri için katot ızgaralarında kullanılır. Böyle bir alaşımdaki Zr içeriği toplam kütlenin %3'ünden fazla değildir.

Demirli metalurjide, ferrozirkonyuma ek olarak, genellikle bir Zr ve silikon alaşımı kullanılır. Çeliğin gazdan arındırılması için kullanılır. Bir bakır ve zirkonyum alaşımı, elektrikli ekipman için iletken elemanların imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Zirkonyum bulma

Zirkonyumun oldukça nadir bir element olduğunu belirtmekte fayda var. Bu maddenin yerkabuğundaki içeriği,ağırlıkça %0.025. Zirkonyum, metallerin yaygınlığı tablosunda on ikinci satırı kaplar. Bu hammadde oldukça dağınıktır ve bu nedenle herhangi bir büyük tortu bulmak çok zordur. Zirkonyumun kendisi bir litofil element olduğundan, en yaygın olarak litosferde bulunan kimyasal bir bileşik olarak bulunur.