Цирконий қорытпалары: құрамы, қасиеттері, қолданылуы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Цирконий қорытпасын қолдану қазіргі уақытта медицинада және ядролық энергетикада кеңінен таралған. Басқа салаларда бұл материал да қолданылады, бірақ аз дәрежеде. Айта кету керек, бұл шикізаттан әртүрлі қорытпалар танымал болды. Цирконий өздігінен танымал материалға айналған жоқ, өйткені оның сапасы сол металдың қорытпасынан әлдеқайда нашар.

Жалпы ақпарат

Цирконий (Zr) – атомдық нөмірі 40 және атомдық салмағы 91,22 болатын периодтық жүйенің элементі. Қалыпты жағдайда және қалыпты жағдайда бұл материал күмістей ақ түсті жылтыр металл болып табылады. Мұндай шикізаттың тығыздығы 6,45 г/см3 жетеді. Құрамында ешқандай қоспасы жоқ таза күйінде бұл металдың иілгіштігі өте жоғары болуымен, суықта да, ыстықта да өңдеуге өте оңай болуымен ерекшеленеді. Бұл жерде айта кету керек, бұл шикізат, мысалы, титан сияқты, металл емес заттардың қоспаларымен қосылса, оның механикалық қасиеттерін күрт жоғалтады. Цирконий мен оттегі ең нашар қосылыстар болып саналады.

Материалдық қасиеттері жәнеқорытпа

Цирконийдің өзі әртүрлі қышқылдарға жеткілікті жоғары төзімділігімен ерекшеленеді. Бұл шикізат азот және тұз қышқылы немесе сілті сияқты ортада ерімейді. Бұл функция негізгі болып табылады. Оның негізінде көптеген цирконий қорытпалары жасалады. Мысалы, көп компонентті магний қорытпаларын алсаңыз және оларға цирконий сияқты элемент қоссаңыз, материал коррозияға әлдеқайда төзімді болады. Егер сіз титан мен цирконий қорытпасын жасасаңыз, онда бірінші элементтің қышқылға төзімділігі артады.

Сондай-ақ басқа металдармен барлық цирконий қорытпалары кең температура диапазонында беріктігін жоғалтпайтындығымен, механикалық соққыға төзімділігі өте жоғары деңгейде сақталатынымен сипатталатынын атап өткен жөн. Мысал ретінде бірнеше пайыздық мырыш пен цирконийдің оннан бір бөлігі ғана бар магний қорытпасын келтіруге болады. Алынған металл магнийден екі есе дерлік берік болады, сонымен қатар ол 200 градус Цельсийге дейінгі температурада беріктігін сақтай алады.

Мүмкіндіктердің сипаттамасы

Цирконий қорытпалары отын элементтерін қаптау, отын арналарының құбырлары және отын жинақтарының әртүрлі бөліктері сияқты салаларда белсенді түрде қолданылады. Цирконийдің өзі нейтрондарды сіңіру қимасының біршама төмен болуымен сипатталады. Бұл көрсеткіш бойынша магний және бериллий сияқты заттардан кейін екінші орында. Сонымен қатар, цирконийдің балқу температурасы өте жоғары.

Өнеркәсіптің әртүрлі салаларында қолданылатын цирконий қорытпалары суда, бу-су қоспасында, қаныққан және өте қызған буда шамамен 350-360 градус Цельсий температураға дейін коррозияға төзімділігі өте жоғары болуымен сипатталады. Бұл температура шегі жақын арада жоғары мәндерге дейін көтерілетінін де атап өткен жөн.

Қорытпа параметрлері

Цирконий қорытпаларының механикалық тұрақтылық бойынша қасиеттері айтарлықтай жоғары, оны таза цирконий туралы айту мүмкін емес. Дәл легірлеу арқылы материалдың жоғары беріктігіне қол жеткізіледі. Мысалы, ниобий (Nb) және 1% цирконий (Zr) сияқты қорытпа материалдың 20, 200, 300 және 400 градус Цельсий температурасында аққыштық шегі 200, 160, 120 болатындығымен сипатталады. және 90 МПа. Бұл қорытпа отын штангасын қаптау үшін белсенді қолданылады. Ал, мысалы, цирконий қорытпасының құрамын ниобиймен өзгертсе, яғни цирконийдің құрамын 2,5%-ға дейін арттырса, сол температурада аққыштық шегі 280, 220, 200 және 180 МПа-ға дейін артады.

Алайда мұндай материалдардың кемшіліктері бар. Кемшіліктерге цирконий қосылған қорытпаның 320-350 градус Цельсий және одан жоғары температураға жеткенде тым қорқынышты болып шығуы жатады. Тағы бір кемшілігі Zr сутекті белсенді түрде ерітеді, ол коррозия кезінде жиі пайда болады. Осыған байланысты цирконий гидридтері сияқты заттар түзіледі, олар шикізаттың икемділігін айтарлықтай төмендетеді, бұл металды сынғыш етеді.

Медицинадағы цирконий

Цирконий қорытпалары медицинада белсенді түрде қолданылады. Ғалымдар тәжірибелер арқылы қарапайым цирконий білезіктерін тағудың өзі белгілі бір ауруларды емдеуге көмектесетінін және адамның жалпы әл-ауқатын арттыратынын анықтады.

Бүгінгі таңда имплантанттар (тапсырмалар) медицинаның травматология және жақ-бет хирургиясы сияқты салаларында жиі қолданылады. Фиксаторлар сүйектерді қозғалмайтындай етіп бекітетін сынықтар үшін қолданылады. Дәл осы жағдайларда цирконий қорытпаларын қолданудың мынадай артықшылықтарын ажыратуға болады: жоғары биологиялық үйлесімділік (адам ағзасының мұндай қорытпаға аллергиялық реакцияларының болмауы немесе қабылданбауы), қорытпаның жоғары беріктік сипаттамалары, бұл өте маңызды. бекітушілер үшін. Сондай-ақ, мұндай заттан бас тартудың немесе аллергияның болмауы, егер дене кенеттен импланттан бас тарта бастаса, ұстағышты алып тастау үшін хирургиялық операцияны қайталаудың қажеті жоқтығына әкелгенін атап өткен жөн.

Атом энергетикасындағы цирконий

Өткен ғасырдың 50-жылдарына дейін цирконий бұл салада қолдануға жарамсыз деп есептелді. Дегенмен, бұл 50-ші жылдары болды. Алғаш рет гафний сияқты қоспадан толығымен тазартылған материал алынды. Тазартудан кейін таза цирконийдің термиялық нейтронды сіңіру қимасы өте аз екені белгілі болды. Дәл осы сапаның басты қасиеті болды және цирконий қорытпаларын атом энергетикасында қолдануға мүмкіндік берді.

Жай ғана тазартылған цирконийді пайдалану мүмкін емес екенін қосу керек, себебі ыстық суда коррозияға төзімділік тым төмен болды. Осыдан кейін цирконий негізіндегі қорытпаларды қолдану туралы шешім қабылданды. Олар бумен салқындатылған реакторларда және ұқсас коррозиялық орталарда өз құндылығын дәлелдеді.

Қорытпалардың жалпы қолданылуы

Цирконий легирлеуші элемент ретінде кеңінен қолданылады. Себебі, бұл зат қосылған металдар ыстыққа төзімді, қышқылға төзімді және т.б. Яғни, метал мен цирконий қорытпасы өзінің сипаттамалары бойынша бастапқы шикізаттан айтарлықтай асып түседі.

Ферроцирконий өте кең қолданылады. Бұл цирконий мен темірдің қорытпасы. Zr легирленген элементтің мөлшері жалпы массаның 20% жетеді. Мұндай зат металлургияда болат үшін тотықсыздандырғыш және газсыздандырғыш ретінде қолданылады. Алюминий-цирконий қорытпалары, мысалы, коррозияға ең төзімді болып саналады және вакуумдық түтіктерге арналған катодты торларда қолданылады. Мұндай қорытпадағы Zr мөлшері жалпы массаның 3%-дан аспайды.

Қара металлургияда ферроцирконийден басқа Zr және кремний қорытпасы жиі қолданылады. Ол болатты газсыздандыру үшін қолданылады. Мыс пен цирконийдің қорытпасы электр жабдықтарына арналған өткізгіш элементтерді жасау үшін кеңінен қолданылады.

Цирконийді табу

Айта кетейік, цирконий өте сирек кездесетін элемент. Жер қыртысындағы бұл заттың мөлшері аспайдысалмағы бойынша 0,025%. Цирконий металдардың таралу кестесінде он екінші қатарда. Бұл шикізат айтарлықтай дисперсті, сондықтан оның кез келген ірі кен орындарын табу өте қиын. Ол көбінесе литосферада орналасқан химиялық қосылыс түрінде кездеседі, өйткені цирконийдің өзі литофильді элемент.