Zirkonyum: buna dayalı alaşımlar. Özellikler, uygulama

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-02 14:04

Nadir, ancak aynı zamanda birçok endüstride çok önemli olan metal - zirkonyum - ilk olarak sadece 1824'te izole edildi. Bununla birlikte, yine de belirli bir oranda diğer elementleri içeriyordu. Sadece 20. yüzyılda çeşitli safsızlıklardan arındırılmış saf zirkonyum elde etmek mümkün oldu. Buna dayalı alaşımlar, refrakter, aşındırıcılar, seramik boyalar, zımpara kağıdı, tekstil, deodorantlar ve yapay taşların imalatında başarıyla kullanılmaktadır. Tabii ki, bu metalin tıptaki yüksek önemini unutmamak gerekir. Onun hakkında daha fazla bilgi edinin.

Metalurjinin gelişimi

Zirkonyum, nükleer enerji mühendisliği için alaşımların ana bileşenidir. Ancak bunun için çeşitli safsızlıklardan mümkün olduğunca saf olması gerekir. Gerçek şu ki, zirkonyum cevherlerinde sadece hafniyum gibi nadir bir toprak elementi değil, aynı zamanda azot, karbon ve oksijen de var. Ve bu tür metal olmayan safsızlıklar oldukça tehlikelidir ve nükleer reaktörler için yapısal malzemelerin bileşimine yüzde milyonda birinden fazla olmayan bir miktarda dahil edilebilir. Bu nedenle, saf zirkonyum ve alaşımlarının elde edilmesitemeli oldukça uzun ve zahmetli bir süreçtir. Önce konsantre açılır, ardından zenginleştirilir, istenmeyen safsızlıklar ve hafniyum ayrıştırılır.

Saf zirkonyum tipik bir metal gibi görünür. Görünüşte çeliğe çok benzer, ancak aynı zamanda daha dayanıklı ve sünektir. Tabii ki, buna dayalı alaşımlarda, diğer elementlerin miktarına bağlı olarak özellikleri önemli ölçüde değişebilir. Örneğin oksijen (%0,6'dan fazla) zirkonyumu daha kırılgan hale getirecektir. Ancak bir dezavantajı da var: Bu metalin dioksiti (ZrO_{2) 2680 °C'lik bir erime noktasına sahiptir.}

Ana inşaat malzemesi

Daha önce de belirtildiği gibi zirkonyum ve alaşımlarının kullanıldığı en geniş alan nükleer endüstridir. Başlıca avantajları, küçük bir termal nötron yakalama kesitine (sadece 0.18 barn), iyi korozyon özelliklerine ve yüksek bir erime noktasına sahip olmalarıdır. Bu nedenle, TVEL, nükleer yakıtın yerleştirildiği bir nükleer reaktörün aktif bölgesinin ana yapıcı yakıt elemanıdır. İçinde ağır çekirdeklerin fisyonunun meydana geldiği, yani yakıt elemanının en dayanıklı ve refrakter metalden yapılması gerektiği ve reaktördeki nötron absorpsiyonunun karakterini değiştirmemesi gerektiği anlamına gelir.

Yani, kabuğunu yapmak için zirkonyum alaşımları kullanılır. Onlar için gereksinimler oldukça katıdır. Bu nedenle, alaşım elementleri özelliklerini kötüleştirmemelidir. Özellikle bu, termal nötronların yakalanması için küçük kesit ile ilgilidir. için zirkonyum alaşımlıdır.azotun zararlı etkilerini bastırır ve korozyon özelliklerini iyileştirir. Mendeleev'in periyodik sisteminin birçok elemanı, belirli özellikleri az alttığı için uygun değildir.

Yakıt çubukları yapmak için kullanılan en ünlü alaşım zirkaldir. Ana alaşım elementi kalay, yardımcı elementleri ise demir, krom ve nikeldir. Rusya'da, niyobyum en çok zirkonyum alaşımı için kullanılır. Ayrıca düşük termal nötron yakalama kesitine sahiptir, hidrojen alımını az altır ve yalnızca katı çözeltiler oluşturur. Bu da yüksek sünekliğe sahip alaşımlar sağlar.

Zirkonyum alaşımı

Bu metalin yüksek korozyon direnci, demir ve demir dışı metalurjide alaşım elementi olarak neden bu kadar sık kullanıldığını açıklar. Ayrıca hidroklorik ve nitrik asitlerde ve alkalilerde çözünmez. Bu nedenle, magnezyumlu çok bileşenli zirkonyum alaşımları çok popülerdir. Ayrıca bu metalle alaşım yapmak titanyumun asit direncini arttırır. Bakırlı zirkonyum alaşımları yüksek mukavemet ve elektrik iletkenliğine sahiptir. Oldukça sık, çeşitli çelik kalitelerinin üretiminde katkı maddesi olarak da kullanılır. Bu, onlardan kükürt, nitrojen ve oksijeni çıkarmanıza olanak tanır.

Tıp endüstrisi

Zirkonyum ve alaşımları göz önüne alındığında, kullanım alanlarından bir tanesinden daha bahsetmek mümkün değil. Tıp endüstrisinde, son yerden çok uzaktalar. Son zamanlarda çelik vetitanyum alaşımları. Bununla birlikte, bazı durumlarda vücut, alerjik reaksiyonun ortaya çıktığı bu metalleri reddetti. Modern tıp, zımba telleri, plakalar, implantlar, protezler ve bunların sabitleme mekanizmalarının üretimi için zirkonyum ve titanyum alaşımları kullanır.

Bu metal ve bileşikleri kemikleri ve çevredeki yumuşak dokuları tahriş etmediğinden mücevher yapımında başarıyla kullanılmıştır. Örneğin zirkonyum küpeler alerjik reaksiyona neden olmaz ve kulak memesindeki altından daha kötü olmayan bir yarayı iyileştirir.

Güç tüketimi

Alüminyum ve zirkonyum alaşımı birçok olumlu özelliğe sahiptir ve bu nedenle enerji endüstrisinde başarıyla kullanılmaktadır. Gerçek şu ki, çelik ve bakır teller oldukça ağırdır ve genellikle eski destekler böyle bir yüke dayanamaz. 1960 yılında Japonya'da bir grup bilim insanı bir dizi alüminyum ve zirkonyum alaşımı üretti. Böyle bir malzemenin yüksek sıcaklıklarda (150-230°C) uzun süre kullanılabileceğini ve aynı zamanda oldukça hafif olacağını belirlediler. Bu, yüksek sıcaklık tellerinin üretimi için kullanılmasına izin verir. Bu, elektrik şebekelerinin güvenilirliğini ve verimliliğini artırır.

Zirkonyum bileşikleri ve alaşımları için diğer uygulamalar

Birçok ter önleyicide, Alüminyum Zirkonyum Tetraklorohidrex gibi bir bileşen bulabilirsiniz. Ter ve kokusunu emen kimyasal bir bileşiktir. Bilim adamları bunun olmadığını bulducilt tarafından emilir ve bu nedenle sağlığa ciddi zararlar veremez. Buna rağmen, alüminyum-zirkonyum-tetraklorohidrexglisin AB ve ABD'de yasaklanmıştır.

Zirkonyum oksit elektrokorund yapmak için kullanılır. Devirmeli elektrikli fırınlarda eritilerek elde edilir. Zirkonyum elektrokorundumun oldukça güçlü olduğu ortaya çıkıyor ve malzemelerin büyük bir sıkıştırma kuvveti ile işlenmesine izin veriyor. Çoğu zaman kaba ve kaba taşlama için kullanılır.

Genel olarak, zirkonyum ve alaşımlarının yüksek bir erime noktasına, kimyasal dirence ve düşük bir termal genleşme katsayısına sahip olduğuna dikkat edilmelidir. Bu nedenle çok çeşitli alanlarda aktif olarak kullanılmaktadır.