Sirkoniumlegerings: samestelling, eienskappe, toepassing

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Die gebruik van sirkoniumlegering is tans redelik wydverspreid in medisyne en kernenergie. In ander bedrywe word hierdie materiaal ook gebruik, maar in 'n mindere mate. Dit is opmerklik dat verskeie legerings van hierdie grondstof gewild geword het. Op sigself het sirkonium nie 'n gewilde materiaal geword nie, aangesien die kwaliteit daarvan baie swakker is as dié van 'n legering van dieselfde metaal.

Algemene inligting

Sirkonium (Zr) is 'n element van die periodieke tabel waarvan die atoomgetal 40 is en sy atoomgewig is 91,22. Onder normale toestande en onder normale toestande is hierdie materiaal 'n glansende metaal met 'n silwerwit tint. Die digtheid van sulke grondstowwe bereik 6,45 g/cm3. Hierdie metaal in sy suiwer vorm, wat geen onsuiwerhede bevat nie, word gekenmerk deur die feit dat dit 'n baie hoë rekbaarheid het, en dit is baie maklik om beide koud en warm te verwerk. Dit is opmerklik hier dat hierdie rou materiaal, soos byvoorbeeld titanium, sy meganiese eienskappe skerp sal verloor as dit gekombineer word met onsuiwerhede van nie-metaalstowwe. Sirkonium en suurstof word as die ergste verbindings beskou.

Materiaal eienskappe enallooi

Sirkonium self word gekenmerk deur die feit dat dit 'n redelik hoë weerstand teen verskeie sure het. Hierdie grondstof los nie op in 'n omgewing soos salpeter- en soutsuur of alkali nie. Hierdie kenmerk is die sleutel. Op die basis daarvan word baie sirkoniumlegerings geskep. As jy byvoorbeeld multikomponent magnesiumlegerings neem en 'n element soos sirkonium daarby voeg, sal die materiaal baie meer bestand teen korrosie word. As jy 'n legering van titanium en sirkonium skep, sal die suurweerstand van die eerste element toeneem.

Dit is ook opmerklik dat alle sirkoniumlegerings met ander metale gekenmerk word deur die feit dat hulle nie hul taaiheid in 'n wye temperatuurreeks verloor nie, die weerstand teen meganiese skok bly op 'n baie hoë vlak. 'n Voorbeeld is 'n magnesiumlegering met 'n paar persent sink en slegs 'n paar tiendes van 'n persent sirkonium. Die resulterende metaal sal amper twee keer so sterk soos magnesium wees, en dit sal ook sy sterkte by temperature tot 200 grade Celsius kan behou.

Beskrywing van kenmerke

Sirkoniumlegerings word die aktiefste gebruik in gebiede soos brandstofelementbekleding, brandstofkanaalpype en verskeie dele van brandstofsamestellings. Sirkonium self word ook gekenmerk deur die feit dat die neutronabsorpsie-deursnit taamlik laag is. Volgens hierdie aanwyser is dit slegs tweede vir stowwe soos magnesium en berillium. Boonop is die smeltpunt van sirkonium baie hoog.

Sirkoniumlegerings wat in verskeie industrieë gebruik word, word gekenmerk deur die feit dat hulle baie hoë korrosiebestandheid het in water, in stoom-watermengsel, in versadigde en oorverhitte stoom tot 'n temperatuur van ongeveer 350-360 grade Celsius. Dit is ook opmerklik dat hierdie temperatuurlimiet na verwagting in die nabye toekoms tot hoër waardes verhoog sal word.

Allooi-parameters

Eienskappe van sirkoniumlegerings in terme van meganiese stabiliteit is redelik hoog, wat nie van suiwer sirkonium gesê kan word nie. Dit is deur legering dat die hoë sterkte van die materiaal bereik word. Byvoorbeeld, 'n legering soos niobium (Nb) en 1% sirkonium (Zr) sal gekenmerk word deur die feit dat die vloeisterkte van die materiaal by temperature van 20, 200, 300 en 400 grade Celsius 200, 160, 120 sal wees. en 90 MPa. Hierdie legering word aktief gebruik vir brandstofstaafbekleding. En, byvoorbeeld, as jy die samestelling van die sirkoniumlegering met niobium verander, dit wil sê, die sirkoniuminhoud tot 2,5% verhoog, dan sal die opbrengssterkte toeneem tot 280, 220, 200 en 180 MPa, by dieselfde temperature.

Sulke materiale het egter hul nadele. Die nadele sluit in die feit dat die legering met sirkonium te grillerig blyk te wees wanneer die temperatuur 320-350 grade Celsius en hoër bereik. Nog 'n nadeel is dat Zr aktief waterstof oplos, wat dikwels tydens korrosie voorkom. As gevolg hiervan sal stowwe soos sirkoniumhidriede gevorm word, wat die rekbaarheid van die grondstof aansienlik verminder, wat die metaal meer bros maak.

Sirkonium in medisyne

Sirkoniumlegerings word redelik aktief in medisyne gebruik. Wetenskaplikes het deur eksperimente gevind dat selfs die dra van eenvoudige sirkoniumarmbande sekere siektes kan help behandel, en dit kan ook 'n persoon se algehele welstand verhoog.

Vandag word inplantings (retainers) dikwels in gebiede van medisyne soos traumatologie en kaakchirurgie gebruik. Fixators word gebruik vir frakture, wat die bene vasmaak sodat hulle nie beweeg nie. Dit is in hierdie gevalle dat 'n mens sulke voordele van die gebruik van sirkoniumlegerings kan onderskei soos: hoë biologiese verenigbaarheid (wat beteken die afwesigheid van allergiese reaksies van die menslike liggaam op so 'n legering of verwerping), hoë sterkte-eienskappe van die legering, wat baie belangrik is vir fixators. Dit is ook opmerklik dat die afwesigheid van verwerping of allergie vir so 'n stof daartoe gelei het dat dit nie nodig was om die chirurgiese operasie te herhaal om die houer te verwyder as die liggaam skielik die inplantaat begin verwerp nie.

Sirkonium in kernkragbedryf

Tot in die 50's van die vorige eeu is daar geglo dat sirkonium nie geskik was vir gebruik in hierdie gebied nie. Dit was egter in die 50's. Vir die eerste keer is 'n materiaal verkry wat heeltemal gesuiwer is van so 'n onsuiwerheid soos hafnium. Na suiwering het dit geblyk dat suiwer sirkonium 'n baie klein termiese neutron absorpsie deursnit het. Dit was hierdie kwaliteit wat die belangrikste een geword het en dit moontlik gemaak het om sirkoniumlegerings in die kernkragbedryf te gebruik.

Daar moet bygevoeg word dat eenvoudig gesuiwerde sirkonium nie gebruik kon word nie omdat die korrosiebestandheid te laag was in warm water. Daarna is besluit om sirkonium-gebaseerde legerings te gebruik. Hulle het hul waarde bewys in stoomverkoelde reaktors en soortgelyke korrosiewe omgewings.

Algemene toepassings van legerings

Sirkonium word wyd gebruik as 'n legeringselement. Dit is te wyte aan die feit dat die metale waarby hierdie stof gevoeg word meer hittebestand, suurbestand, ens. Dit wil sê, die legering van metaal en sirkonium oorskry die aanvanklike grondstof in sy eienskappe aansienlik.

Ferrosirkonium word redelik algemeen gebruik. Dit is 'n legering van sirkonium en yster. Die inhoud van die legeringselement Zr bereik 20% van die totale massa. So 'n stof word in metallurgie gebruik as 'n deoksideermiddel en ontgasser vir staal. Aluminium-sirkoniumlegerings word byvoorbeeld as die mees weerstandbiedende teen korrosie beskou en word in katoderoosters vir vakuumbuise gebruik. Die inhoud van Zr in so 'n legering is nie meer as 3% van die totale massa nie.

In ysterhoudende metallurgie word, benewens ferrosirkonium, 'n legering van Zr en silikon dikwels gebruik. Dit word gebruik vir die ontgassing van staal. 'n Legering van koper en sirkonium word wyd gebruik vir die vervaardiging van geleidende elemente vir elektriese toerusting.

Vind sirkonium

Dit is opmerklik dat sirkonium 'n taamlik skaars element is. Die inhoud van hierdie stof in die aardkors oorskry nie0,025% volgens gewig. Sirkonium beslaan die twaalfde lyn in die tabel van voorkoms van metale. Hierdie grondstof is redelik verspreid, en daarom is dit baie moeilik om enige groot neerslae daarvan te vind. Dit word meestal aangetref as 'n chemiese verbinding wat in die litosfeer geleë is, aangesien sirkonium self 'n litofiele element is.