Zirkonium: legeringen op basis ervan. Eigenschappen, toepassing

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 14:00

Zeldzaam, maar tegelijkertijd erg belangrijk in veel industrieën, werd het metaal - zirkonium - pas in 1824 voor het eerst geïsoleerd. Het bevatte echter nog steeds een bepaald percentage andere elementen. Pas in de 20e eeuw was het mogelijk om zuiver zirkonium te verkrijgen, vrij van verschillende onzuiverheden. Legeringen op basis daarvan worden met succes gebruikt voor de vervaardiging van vuurvaste materialen, schuurmiddelen, keramische verven, schuurpapier, textiel, deodorants en kunstmatige stenen. Natuurlijk mag men het grote belang van dit metaal in de geneeskunde niet vergeten. Leer meer over hem.

Ontwikkeling van de metallurgie

Zirkonium is het hoofdbestanddeel van legeringen voor kernenergietechniek. Maar hiervoor is het noodzakelijk dat het zo zuiver mogelijk is van verschillende onzuiverheden. Feit is dat er in zirkoniumerts niet alleen zo'n zeldzaam aardelement als hafnium zit, maar ook stikstof, koolstof en zuurstof. En dergelijke niet-metalen onzuiverheden zijn behoorlijk gevaarlijk en kunnen worden opgenomen in de samenstelling van structurele materialen voor kernreactoren in een hoeveelheid van niet meer dan miljoenste procent. Daarom, het verkrijgen van zuiver zirkonium en legeringen opde basis ervan is een vrij lang en moeizaam proces. Eerst wordt het concentraat geopend, daarna wordt het verrijkt, ongewenste onzuiverheden en hafnium worden gescheiden.

Puur zirkonium ziet eruit als een typisch metaal. Qua uiterlijk lijkt het sterk op staal, maar is het tegelijkertijd duurzamer en kneedbaarder. Natuurlijk, in legeringen die erop zijn gebaseerd, kunnen de kenmerken ervan aanzienlijk variëren, afhankelijk van de hoeveelheid andere elementen. Zo zal zuurstof (meer dan 0,6%) zirkonium brozer maken. Maar er is ook een keerzijde: het dioxide van dit metaal (ZrO_{2) heeft een smeltpunt van 2680 °C.}

Belangrijkste bouwmateriaal

Zoals eerder vermeld, is de nucleaire industrie het grootste gebied waar zirkonium en zijn legeringen worden gebruikt. Hun belangrijkste voordeel is dat ze een kleine thermische neutronenvangstdwarsdoorsnede hebben (slechts 0,18 barn), goede corrosie-eigenschappen en een hoog smeltpunt. TVEL is dus het belangrijkste constructieve brandstofelement van de actieve zone van een kernreactor, waarin kernbrandstof wordt geplaatst. Hierin vindt de splijting van zware kernen plaats, wat betekent dat het brandstofelement gemaakt moet zijn van het meest duurzame en vuurvaste metaal en het karakter van de neutronenabsorptie in de reactor niet mag veranderen.

Dus, zirkoniumlegeringen worden gebruikt om de schaal te maken. De eisen voor hen zijn vrij streng. Legeringselementen mogen dus de eigenschappen ervan niet verslechteren. Dit betreft met name de kleine doorsnede voor het afvangen van thermische neutronen. Zirkonium is gelegeerd omonderdrukken de schadelijke effecten van stikstof en verbeteren de corrosie-eigenschappen. Veel elementen van het periodiek systeem van Mendelejev zijn niet geschikt, omdat ze bepaalde kenmerken verminderen.

De meest bekende legering die wordt gebruikt om brandstofstaven te maken, is zircaloy. Het belangrijkste legeringselement is tin en hulpelementen zijn ijzer, chroom en nikkel. In Rusland wordt niobium het meest gebruikt voor het legeren van zirkonium. Het heeft ook een lage thermische neutronenvangstdwarsdoorsnede, vermindert de waterstofopname en vormt alleen vaste oplossingen. En dit zorgt op zijn beurt voor legeringen met een hoge ductiliteit.

Zirkoniumlegering

De hoge corrosieweerstand van dit metaal verklaart waarom het zo vaak wordt gebruikt als legeringselement in ferro- en non-ferrometallurgie. Bovendien is het onoplosbaar in zoutzuur, salpeterzuur en alkaliën. Zo zijn meercomponentenlegeringen van zirkonium met magnesium erg populair. Bovendien verhoogt legering met dit metaal de zuurbestendigheid van titanium. Legeringen van zirkonium met koper hebben een hoge sterkte en elektrische geleidbaarheid. Heel vaak wordt het ook gebruikt als additief bij de productie van verschillende staalsoorten. Hierdoor kun je zwavel, stikstof en zuurstof eruit halen.

Medische industrie

Gezien zirkonium en zijn legeringen, kan men niet anders dan nog een gebied van hun gebruik noemen. In de medische industrie nemen ze verre van de laatste plaats in. Meer recent, staal entitanium legeringen. In sommige gevallen stootte het lichaam deze metalen echter af, waartegen een allergische reactie verscheen. De moderne geneeskunde gebruikt zirkonium en titaniumlegeringen voor de vervaardiging van nietjes, platen, implantaten, kunstgebitten en hun fixatiemechanismen.

Omdat dit metaal en zijn verbindingen niet irriterend zijn voor botten en de omliggende zachte weefsels, is het met succes gebruikt bij het maken van sieraden. Oorbellen van zirkonium veroorzaken bijvoorbeeld geen allergische reactie en genezen een wond aan de oorlel die niet erger is dan goud.

Stroomverbruik

Een legering van aluminium en zirkonium heeft veel positieve eigenschappen en wordt daarom met succes toegepast in de energie-industrie. Het feit is dat staal- en koperdraden behoorlijk veel wegen, en vaak zijn oude steunen niet bestand tegen een dergelijke belasting. In 1960 produceerde een groep wetenschappers in Japan een reeks legeringen van aluminium en zirkonium. Ze stelden vast dat een dergelijk materiaal lange tijd kan worden gebruikt bij hoge temperaturen (150-230 ° C) en tegelijkertijd vrij licht zal zijn. Hierdoor kan het worden gebruikt voor de vervaardiging van draden voor hoge temperaturen. Dit verhoogt de betrouwbaarheid en efficiëntie van elektrische netwerken.

Andere toepassingen voor zirkoniumverbindingen en legeringen

In veel anti-transpiranten vind je een bestanddeel als aluminiumzirkoniumtetrachloorhydrex. Het is een chemische verbinding die zweet en zijn geur absorbeert. Wetenschappers hebben ontdekt dat dit niet het geval isgeabsorbeerd in de huid, en kan daarom geen ernstige schade aan de gezondheid veroorzaken. Desondanks is aluminium-zirkonium-tetrachloorhydrexglycine verboden in de EU en de VS.

Zirkoniumoxide wordt gebruikt om elektrokorund te maken. Het wordt verkregen door smelten in kantelbare elektrische ovens. Zirkonium-elektrokorund blijkt behoorlijk sterk te zijn en maakt het verwerken van materialen met een grote klemkracht mogelijk. Meestal wordt het gebruikt voor ruw en ruw slijpen.

In het algemeen moet worden opgemerkt dat zirkonium en zijn legeringen een hoog smeltpunt, chemische weerstand en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt hebben. Het is om deze reden dat het actief wordt gebruikt in een groot aantal verschillende gebieden.