Sirkonium ərintiləri: tərkibi, xassələri, tətbiqi

2024 Müəllif: Howard Calhoun | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 10:18

Sirkonium ərintisi hazırda tibbdə və nüvə enerjisində kifayət qədər geniş yayılmışdır. Digər sənaye sahələrində bu material da istifadə olunur, lakin daha az dərəcədə. Qeyd etmək lazımdır ki, bu xammaldan müxtəlif ərintilər populyarlıq qazanmışdır. Öz-özünə sirkonium populyar materiala çevrilmədi, çünki onun keyfiyyəti eyni metalın ərintisindən daha pisdir.

Ümumi məlumat

Sirkonium (Zr) dövri cədvəlin atom nömrəsi 40 və atom çəkisi 91,22 olan elementdir. Normal şəraitdə və normal şəraitdə bu material gümüşü ağ rəngə malik parlaq metaldır. Belə xammalın sıxlığı 6,45 q/sm3-ə çatır. Tərkibində heç bir çirki olmayan saf formada olan bu metal çox yüksək çevikliyə malik olması, həm soyuq, həm də isti emal edilməsi çox asan olması ilə seçilir. Burada qeyd etmək lazımdır ki, bu xammal, məsələn, titan kimi, qeyri-metal maddələrin çirkləri ilə birləşərsə, mexaniki xüsusiyyətlərini kəskin şəkildə itirəcəkdir. Sirkonium və oksigen ən pis birləşmələr hesab olunur.

Material xassələri vəərinti

Sirkoniumun özü müxtəlif turşulara kifayət qədər yüksək müqavimət göstərməsi ilə seçilir. Bu xammal azot və xlorid turşusu və ya qələvi kimi mühitdə həll olunmur. Bu xüsusiyyət əsasdır. Onun əsasında bir çox sirkonium ərintiləri yaradılır. Məsələn, çoxkomponentli maqnezium ərintilərini götürsəniz və onlara sirkonium kimi bir element əlavə etsəniz, material korroziyaya daha davamlı olacaqdır. Əgər titan və sirkonium ərintisi yaratsanız, onda birinci elementin turşu müqaviməti artacaq.

Onu da qeyd etmək lazımdır ki, digər metallarla bütün sirkonium ərintiləri geniş temperatur diapazonunda öz möhkəmliyini itirməməsi, mexaniki zərbəyə qarşı müqavimətinin çox yüksək səviyyədə qalması ilə xarakterizə olunur. Məsələn, bir neçə faiz sink və yüzdə sirkoniumun yalnız bir neçə onda biri olan maqnezium ərintisi. Əldə edilən metal maqneziumdan demək olar ki, iki dəfə güclü olacaq və o, həmçinin 200 dərəcə Selsiyə qədər olan temperaturda öz gücünü qoruya biləcək.

Xüsusiyyətlərin təsviri

Sirkonium ərintiləri ən çox yanacaq elementlərinin örtülməsi, yanacaq kanalı boruları və yanacaq birləşmələrinin müxtəlif hissələri kimi sahələrdə istifadə olunur. Sirkoniumun özü də neytron udma kəsiyinin kifayət qədər aşağı olması ilə xarakterizə olunur. Bu göstəriciyə görə maqnezium və berilyum kimi maddələrdən sonra ikinci yerdədir. Bundan əlavə, sirkoniumun ərimə nöqtəsi çox yüksəkdir.

Müxtəlif sənaye sahələrində istifadə edilən sirkonium ərintiləri suda, buxar-su qarışığında, doymuş və qızdırılmış buxarda təxminən 350-360 dərəcə Selsi temperaturuna qədər çox yüksək korroziyaya davamlı olması ilə xarakterizə olunur. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, bu temperatur həddinin yaxın gələcəkdə daha yüksək dəyərlərə qaldırılacağı gözlənilir.

Alaşım parametrləri

Sirkonium ərintilərinin mexaniki dayanıqlıq baxımından xassələri kifayət qədər yüksəkdir, bunu təmiz sirkonium haqqında demək olmaz. Məhz ərintisi ilə materialın yüksək gücü əldə edilir. Məsələn, niobium (Nb) və 1% sirkonium (Zr) kimi bir ərinti, 20, 200, 300 və 400 dərəcə Selsi temperaturlarında materialın axma müqavimətinin 200, 160, 120 olacağı ilə xarakterizə ediləcəkdir. və 90 MPa. Bu ərinti yanacaq çubuğunun üzlənməsi üçün fəal şəkildə istifadə olunur. Və məsələn, sirkonium ərintinin tərkibini niobium ilə dəyişdirsəniz, yəni sirkoniumun tərkibini 2,5% artırsanız, eyni temperaturda məhsuldarlıq 280, 220, 200 və 180 MPa-a qədər artacaq.

Lakin belə materialların çatışmazlıqları var. Dezavantajlara sirkonium ilə ərintilərin temperaturun 320-350 dərəcə Selsi və yuxarıya çatdıqda çox ürpertici olması daxildir. Digər bir çatışmazlıq, Zr-nin hidrogeni aktiv şəkildə həll etməsidir, bu da tez-tez korroziya zamanı baş verir. Bu səbəbdən, sirkonium hidridləri kimi maddələr əmələ gələcək və bu, xammalın çevikliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və bu da metalı daha kövrək edir.

Tibbdə sirkonium

Sirkonium ərintiləri tibbdə kifayət qədər fəal istifadə olunur. Alimlər təcrübələr vasitəsilə müəyyən ediblər ki, hətta sadə sirkonium bilərziklər taxmaq müəyyən xəstəliklərin müalicəsinə kömək edə bilər və bu, həm də insanın ümumi rifahını artıra bilər.

Bu gün implantlar (retainers) tez-tez tibbin travmatologiya və üz-çənə cərrahiyyəsi kimi sahələrində istifadə olunur. Fiksatorlar sınıqlar üçün istifadə olunur, sümükləri hərəkət etməməsi üçün düzəldir. Məhz bu hallarda sirkonium ərintilərindən istifadənin üstünlüklərini ayırd etmək olar: yüksək bioloji uyğunluq (insan orqanizminin belə bir ərintiyə allergik reaksiyalarının olmaması və ya rədd edilməsi deməkdir), ərintinin yüksək möhkəmlik xüsusiyyətləri, bu da çox vacibdir. fiksatorlar üçün. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, belə bir maddəyə qarşı imtina və ya allergiyanın olmaması, bədən qəfil implantı rədd etməyə başlayarsa, tutucunun çıxarılması üçün cərrahi əməliyyatın təkrarlanmasına ehtiyac olmadığına gətirib çıxardı.

Nüvə energetikasında sirkonium

Keçən əsrin 50-ci illərinə qədər sirkoniumun bu sahədə istifadə üçün uyğun olmadığına inanılırdı. Halbuki 50-ci illərdə idi. İlk dəfə olaraq, hafnium kimi çirkdən tamamilə təmizlənmiş material əldə edildi. Təmizləndikdən sonra, saf sirkoniumun çox kiçik bir termal neytron udma kəsiyi olduğu ortaya çıxdı. Məhz bu keyfiyyət əsas keyfiyyət oldu və nüvə enerjisi sənayesində sirkonium ərintilərindən istifadə etməyə imkan verdi.

Əlavə etmək lazımdır ki, isti suda korroziyaya qarşı müqavimət çox aşağı olduğu üçün sadəcə təmizlənmiş sirkoniumdan istifadə etmək mümkün deyildi. Bundan sonra sirkonium əsaslı ərintilərdən istifadə etmək qərara alındı. Onlar buxarla soyudulan reaktorlarda və oxşar aşındırıcı mühitlərdə öz dəyərlərini sübut ediblər.

Ərintilərin ümumi tətbiqləri

Sirkonium ərinti elementi kimi geniş istifadə olunur. Bunun səbəbi bu maddənin əlavə olunduğu metalların istiliyə davamlı, turşuya davamlı və s. Yəni, metal və sirkonium ərintisi öz xüsusiyyətlərinə görə ilkin xammalı xeyli üstələyir.

Ferrozirkonium kifayət qədər geniş istifadə olunur. Bu sirkonium və dəmir bir ərintidir. Zr ərintisi elementinin tərkibi ümumi kütlənin 20% -ə çatır. Belə bir maddə metallurgiyada polad üçün oksidləşdirici və deqazator kimi istifadə olunur. Məsələn, alüminium-zirkonium ərintiləri korroziyaya ən davamlı hesab olunur və vakuum boruları üçün katod şəbəkələrində istifadə olunur. Belə bir ərintidə Zr tərkibi ümumi kütlənin 3%-dən çox deyil.

Qara metallurgiyada ferrozirkoniumdan əlavə Zr və silisium ərintisi tez-tez istifadə olunur. Poladın deqazasiyası üçün istifadə olunur. Mis və sirkoniumun ərintisi elektrik avadanlıqları üçün keçirici elementlərin istehsalı üçün geniş istifadə olunur.

Sirkonium tapılır

Qeyd etmək lazımdır ki, sirkonium olduqca nadir elementdir. Yer qabığında bu maddənin tərkibi aşmırçəki ilə 0,025%. Sirkonium metalların yayılması cədvəlində on ikinci cərgəni tutur. Bu xammal kifayət qədər dağılmışdır və buna görə də onun böyük yataqlarını tapmaq çox çətindir. Ən çox litosferdə yerləşən kimyəvi birləşmə kimi tapılır, çünki sirkoniumun özü litofil elementdir.