Использование циркониевого сплава в настоящее время довольно широко распространено в медицине и атомной энергетике. В других отраслях этот материал также используется, но с меньшей долей. Стоит отметить, что популярность приобрели именно различные сплавы из этого сырья. Сам по себе цирконий не стал популярным материалом, так как его качества намного хуже, чем непосредственно у сплава из этого же металла.
Общие сведения
Цирконий (Zr) — это элемент таблицы Менделеева, атомный номер которого равен 40, а его атомный вес составляет 91,22. При нормальном состоянии и в нормальных условиях, данный материал представляет собой блестящий металл с серебристо-белым оттенком. Плотность такого сырья достигает 6,45 г/см 3 . Данный металл в чистом виде, не содержащий никаких примесей, отличается тем, что у него очень высокая пластичность, и он очень легко поддается обработке как холодной, так и горячей. Тут стоит отметить, что это сырье, как и титан, к примеру, резко потеряет свои механические свойства, если его соединить с примесями неметаллических веществ. Худшим соединением считается цирконий и кислород.
Коронки из циркония. Опасность! Danger! Achtung!
Свойства материала и сплава
Сам по себе цирконий выделяется тем, что у него довольно высокая устойчивость к различным кислотам. Данное сырье не растворяется в такой среде, как азотная и соляная кислота или щелочи. Эта характеристика является ключевой. На ее основе создается множество циркониевых сплавов.
К примеру, если взять многокомпонентные сплавы магния и добавить к ним такой элемент, как цирконий, то материал станет намного устойчивее к воздействию коррозии. Если создать сплав титана и циркония, то повысится устойчивость к кислотам у первого элемента.
Также стоит отметить, что все циркониевые сплавы с другими металлами характеризуются тем, что они не теряют своей вязкости в широком интервале температуры, сопротивление ударным механическим нагрузкам сохраняется на очень высоком уровне. Можно привести пример сплава магния с несколькими процентами цинка и всего с несколькими десятыми процента циркония. Полученный в итоге металл будет практически вдвое прочнее, чем простой магний, а также он сможет сохранять свою прочность при температуре до 200 градусов по Цельсию.
Описание характеристик
Циркониевые сплавы наиболее активно используются в таких областях, как оболочки ТВЭлов, труб топливных каналов, различных деталей ТВС. Сам по себе цирконий характеризуется еще и тем, что сечение поглощения нейтронов довольно низкое. По этому показателю он уступает лишь таким веществам, как магний и бериллий. Кроме этого, температура плавления циркония очень высока.
Циркониевые сплавы, использующиеся в разных отраслях, характеризуются тем, что у них очень высокая коррозионная стойкость в воде, в пароводяной смеси, в насыщенном и перегретом паре до температуры примерно в 350-360 градусов по Цельсию. Также стоит отметить, что в ближайшем будущем ожидается, что этот температурный предел будет повышен до более высоких значений.
Для чего нужен родий в украшениях? Стираем родий и смотрим разницу!
Параметры сплава
Однако у таких материалов есть и свои недостатки. К минусам стоит отнести то, что сплав с цирконием получается слишком ползучим при достижении температуры в 320-350 градусов по Цельсию и выше. Еще одним недостатком стало то, что Zr активно растворяет водород, который часто возникает в процессе коррозии. Из-за этого будут образовываться такие вещества, как гидриды циркония, сильно снижающие пластичность сырья, что делает металл более хрупким.
Цирконий в медицине
Циркониевые сплавы в медицине используются довольно активно. Ученые путем экспериментов выяснили, что даже ношение простых циркониевых браслетов может помочь в лечении некоторых болезней, а также это может повысить общий уровень самочувствия человека.
На сегодняшний день довольно часто используются импланты (фиксаторы) в таких областях медицины, как травматология и челюстно-лицевая хирургия. Фиксаторы применяют при переломах, фиксируя кости так, чтобы они не двигались. Именно в этих случаях можно выделить такие преимущества использования циркониевых сплавов, как: высокая биологическая совместимость (имеется в виду отсутствие аллергических реакций организма человека на такой сплав или отторжение), высокие прочностные характеристики сплава, что очень важно для фиксаторов. Также стоит отметить, что отсутствие отторжения или аллергии на такое вещество привело к тому, что отпала необходимость в повторном проведении хирургической операции по извлечению фиксатора, если вдруг организм начинал отторгать имплант.
Цирконий в атомной энергетике
До 50-х годов прошлого столетия считалось, что цирконий не пригоден для использования в этой сфере. Однако именно в 50-х гг. был впервые получен материал, который полностью очищен от такой примеси, как гафний. После очистки оказалось, что чистый цирконий обладает очень малым поперечным сечением поглощения тепловых нейтронов. Именно это качество стало основным и дало возможность использовать циркониевые сплавы в атомной энергетике.
Стоит добавить, что использовать просто очищенный цирконий не получалось из-за того, что стойкость к коррозии была слишком низкой в горячей воде. После этого было принято решение об использовании именно сплавов на основе циркония. Они отлично зарекомендовали себя при применении в реакторах с пароводяным теплоносителем, а также в других подобных агрессивных средах.
Общее применение сплавов
Очень широко используется цирконий в качестве легирующего элемента. Это обусловлено тем, что металлы, к которым добавляют это вещество, становятся более жаропрочными, кислотоупорными и т.д. То есть сплав металла и циркония сильно превышает по своим характеристикам начальное сырье.
Довольно широко используется ферроцирконий. Это сплав циркония с железом. Содержание легирующего элемента Zr достигает 20% от общей массы. Используется такое вещество в металлургии в качестве раскислителя и дегазатора для стали. Алюминиево-циркониевые сплавы, к примеру, считаются наиболее устойчивыми к коррозии и применяются в катодных сетках для электровакуумных ламп.
Содержание Zr в таком сплаве не более 3% от общей массы.
В черной металлургии, кроме ферроциркония, часто используется сплав Zr и кремния. Применяют его для дегазации стали. Широко используется сплав меди и циркония для изготовления токопроводящих элементов для электротехнической аппаратуры.
Нахождение циркония
Стоит отметить, что цирконий — это довольно слабо распространенный элемент. Содержание этого вещества в земной коре не превышает 0,025% по массе. В таблице распространенности металлов цирконий занимает двенадцатую строчку. Это сырье довольно сильно распылено, а потому найти его хоть сколько-нибудь крупные залежи очень трудно. Чаще всего он встречается в качестве химического соединения, расположенного в литосфере, так как сам по себе цирконий — это литофильный элемент.
Источник: fb.ru
Статьи
Цирконий в шлифовании – зачем он нужен и чем отличается от других абразивных зёрен
Давайте разберёмся, в чём сильные и слабые стороны циркония и в каких случаях целесообразно его применять. Речь пойдёт о гибком абразивном инструменте – шлифовальные ленты с цирконием, шлифовальные круги на липучке с цирконием, циркониевые КЛТ.
- Шлифовальные ленты и круги с цирконием работают АГРЕССИВНО и ДОЛГО за счёт эффекта самозатачивания.
- Для правильной работы они ТРЕБУЮТ ПРИЖИМА.
- Основное применение шлифовальных лент и кругов с цирконием – ОБРАБОТКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ.
- Также применяются для работ по ТВЁРДОЙ ДРЕВЕСИНЕ (паркет), УГЛЕРОДИСТЫМ СТАЛЯМ на самых грубых зёрнах ДЛЯ СНЯТИЯ УСИЛЕНИЯ СВАРНЫХ ШВОВ, а также по АЛЮМИНИЮ и ПОЛИУРЕТАНУ
- Шлифовальные ленты и круги с цирконием применяются в основном в зёрнах: Р36, Р40, Р60, Р80, Р120.
Цирконий, цирконат, оксид циркония, циркониевый электрокорунд, Zr – всё это обозначения для одного вида абразивного зерна.
Цирконий (марка 38А) – это вид абразивного зерна (наравне с оксидом алюминия (электрокорунд) и карбидом кремния), который имеет свойство самозатачивания за счёт кристаллической, «пластинчатой» структуры зерна. Что это значит?
Если посмотреть на зерно электрокорунда, оно изначально острое, однако в процессе работы постепенно затупляется и теряет свои режущие свойства, то есть абразивный инструмент перестаёт работать. При этом в начале и в конце использования одного инструмента, например, бесконечной шлифовальной ленты, поверхность заготовки будет разная. В отличие от электрокорунда, зерно циркония в процессе работы постоянно скалывается, и на поверхности шлифовальной ленты или шлифовального круга с цирконием всё время будут находиться острые грани. За счёт этого поверхность заготовки будет однородная на протяжении всей работы шлифовальной ленты с цирконием, а само зерно будет скалываться вплоть до полного износа, что обеспечивает высокий ресурс работы инструмента.
За счёт эффекта самозатачивания цирконий работает с одинаково высокой агрессивностью до полного износа абразива, в отличие от электрокорунда, который начинает агрессивно, а потом быстро «садится».
Помимо долгой и равномерно агрессивной работы, эффект скалывания зерна также помогает отводить тепло из зоны шлифовки, а значит, заготовка не будет перегреваться, и можно избежать цветов побежалости при обработке нержавеющей стали. Частички зёрен циркония скалываются в процессе шлифовки и забирают тепло. Это очень важное свойство для работы по нержавеющей стали.
Источник: hamer.su
Цирконий: сплавы на его основе, свойства и применение
Редкий, но при этом очень важный во многих отраслях металл – цирконий — был впервые выделен только в 1824 году. При этом он все же содержал некоторый процент других элементов. Только в 20-м столетии удалось получить чистый, свободный от различных примесей цирконий.
Сплавы на его основе успешно используются для изготовления огнеупоров, абразивов, керамических красок, наждачной бумаги, текстиля, дезодорантов и искусственных камней. Конечно же, нельзя забыть и о высокой значимости этого металла в медицине. Узнаем о нем более детально.
Развитие металлургии
Цирконий – это основной компонент сплавов для ядерной энергетики. Но для этого необходимо, чтобы он был максимально чист от различных примесей. Дело в том, что в циркониевых рудах присутствует не только такой редкоземельный элемент, как гафний, но и азот, углерод и кислород.
А такие примеси неметаллов достаточно опасны и могут входить в состав конструкционных материалов для ядерных реакторов в количестве не более чем миллионные доли процентов. Поэтому получение чистого циркония и сплавов на его основе – это достаточно долгий и трудоёмкий процесс. Сначала производят вскрытие концентрата, затем его обогащают, отделяют нежелательные примеси и гафний.
Протезирование зубов применяется повсеместно, во всех стоматологических клиниках. Материалов для.
Чистый цирконий выглядит как типичный металл. По внешнему виду он очень похож на сталь, но при этом более прочный и пластичный. Конечно же, в сплавах на его основе его характеристики могут значительно меняться в зависимости от количества других элементов. Например, кислород (больше 0,6 %) сделает цирконий более хрупким. Но есть и обратная сторона медали: двуокись этого металла (ZrO2) имеет температуру плавления 2680 °С.
Основной конструкционный материал
Как уже было сказано ранее, самой широкою областью, где применяется цирконий и его сплавы, является ядерная промышленность. Их главным преимуществом является то, что у них малое сечение захвата тепловых нейтронов (всего 0,18 барн), хорошие коррозионные свойства и высокая температура плавления. Так, ТВЭЛ – это главный конструктивный тепловыделяющий элемент активной зоны ядерного реактора, в который помещают ядерное топливо. Именно в нем происходит деление тяжелых ядер, а значит, ТВЭЛ должен быть выполнен из максимально прочного и тугоплавкого металла, и он не должен изменять характер поглощения нейтронов в реакторе.
На сегодняшний день коронка металлическая все еще является актуальной и очень даже надежной. Она.
Так, для изготовления его оболочки используют сплавы циркония. Требования к ним достаточно жесткие. Так, легирующие элементы не должны ухудшить его характеристик. В особенности это касается малого сечения захвата тепловых нейтронов. Цирконий легируют для того, чтобы подавить вредное влияние азота и улучшить его коррозионные свойства.
Многие элементы периодической системы Менделеева не подходят, так как снижают те или иные характеристики.
Самый известный сплав, используемый для изготовления ТВЭЛа, — это циркалой. Его основным легирующим элементом является олово, а вспомогательными – железо, хром и никель. В России чаще всего для легирования циркония применяют ниобий. Он также обладает малым сечением захвата тепловых нейтронов, снижает поглощение водорода и образует только твердые растворы. А это, в свою очередь, обеспечивает сплавам высокую пластичность.
Продолжаются споры о вреде и пользе циркония для человека. Медицина активно применяет его в.
Легирование цирконием
Высокая коррозионная стойкость этого металла объясняет, почему его так часто используют в качестве легирующего элемента в черной и цветной металлургии. Кроме того, он нерастворим в соляной и азотной кислотах и щелочах. Так, высокой популярностью пользуются многокомпонентные сплавы циркония с магнием.
К тому же легирование этим металлом повышает стойкость к действию кислот титана. Сплавы циркония с медью обладают высокой прочностью и электропроводностью. Достаточно часто он также используется в качестве присадки при производстве различных марок стали. Это позволяет удалить из них серу, азот и кислород.
Медицинская промышленность
Рассматривая цирконий и его сплавы, нельзя не упомянуть и о еще одной сфере их использования. В медицинской промышленности они занимают далеко не последнее место. Еще совсем недавно для изготовления имплантатов и фиксаторов применяли сталь и титановые сплавы. Однако в некоторых случаях организм отторгал эти металлы, на фоне чего появлялась аллергическая реакция. Современная медицина использует сплавы циркония и титана для изготовления скоб, пластин, имплантатов, зубных протезов и механизмов их фиксации.
Поскольку этот металл и его соединения не оказывают раздражающего действия на кости и окружающие мягкие ткани, его с успехом применяют для изготовления ювелирных изделий. Так, например, циркониевые сережки не вызывают аллергической реакции и заживляют ранку на мочке уха не хуже, чем золото.
Электропотребление
Сплав алюминия и циркония обладает многими положительными характеристиками и поэтому с успехом используется в энергетической промышленности. Дело в том, что стальные и медные провода весят достаточно много, и часто старые опоры не выдерживают такой нагрузки. В 1960 году в Японии одна группа ученых изготовила серию сплавов алюминия и циркония.
Они определили, что такой материал может длительно эксплуатироваться при высоких температурах (150-230 °С) и при этом он будет достаточно легким. Это позволяет использовать его для изготовления высокотемпературных проводов. Это повышает надежность и эффективность работы электрических сетей.
Другие области применения соединений и сплавов на основе циркония
В многих антиперспирантах в составе можно встретить такой компонент, как Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Это химическое соединение, которое поглощает пот и его неприятный запах. Учеными было выяснено, что он не впитывается в кожу, а значит, не может принести сильного вреда здоровью. Несмотря на это, в ЕС и США алюминий-цирконий-тетрахлоргидрексглицин запрещен.
Оксид циркония применяется для изготовления электрокорунда. Его получают при плавке в наклоняющихся электропечах. Циркониевый электрокорунд получается достаточно прочным и позволяет обрабатывать материалы с большим усилием прижима. Чаще всего его применяют при черновом и обдирочном шлифовании.
В целом следует отметить, что цирконий и его сплавы имеют высокую температуру плавления, стойкость к химическим воздействиям, малый коэффициент термического расширения. Именно по этой причине он активно используется в самых разнообразных областях.
Источник: autogear.ru