Aliatges de zirconi: composició, propietats, aplicació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

L'ús de l'aliatge de zirconi està actualment força estès en medicina i energia nuclear. En altres indústries també s'utilitza aquest material, però en menor mesura. Val la pena assenyalar que diversos aliatges d'aquesta matèria primera han guanyat popularitat. Per si mateix, el zirconi no s'ha convertit en un material popular, ja que la seva qualitat és molt pitjor que la d'un aliatge del mateix metall.

Informació general

El zirconi (Zr) és un element de la taula periòdica el nombre atòmic del qual és 40 i el seu pes atòmic és 91,22. En condicions normals i en condicions normals, aquest material és un metall brillant amb un tint blanc platejat. La densitat d'aquestes matèries primeres arriba als 6,45 g/cm3. Aquest metall en la seva forma pura, que no conté impureses, es distingeix pel fet que té una ductilitat molt elevada, i és molt fàcil de processar tant en fred com en calent. Val la pena assenyalar aquí que aquesta matèria primera, com el titani, per exemple, perdrà bruscament les seves propietats mecàniques si es combina amb impureses de substàncies no metàl·liques. El zirconi i l'oxigen es consideren els pitjors compostos.

Propietats del material ialiatge

El propi zirconi es distingeix pel fet que té una resistència bastant alta a diversos àcids. Aquesta matèria primera no es dissol en un ambient com l'àcid nítric i clorhídric o àlcali. Aquesta característica és clau. Sobre la seva base, es creen molts aliatges de zirconi. Per exemple, si agafeu aliatges de magnesi multicomponent i els hi afegiu un element com el zirconi, el material serà molt més resistent a la corrosió. Si creeu un aliatge de titani i zirconi, la resistència a l'àcid del primer element augmentarà.

També val la pena assenyalar que tots els aliatges de zirconi amb altres metalls es caracteritzen pel fet que no perden la seva tenacitat en un ampli rang de temperatures, la resistència al xoc mecànic es manté en un nivell molt elevat. Un exemple és un aliatge de magnesi amb un poc per cent de zinc i només unes dècimes per cent de zirconi. El metall resultant serà gairebé el doble de fort que el magnesi i també podrà mantenir la seva resistència a temperatures de fins a 200 graus centígrads.

Descripció de les funcions

Els aliatges de zirconi s'utilitzen més activament en àrees com ara el revestiment d'elements de combustible, les canonades del canal de combustible i diverses parts dels conjunts de combustible. El propi zirconi també es caracteritza pel fet que la secció transversal d'absorció de neutrons és bastant baixa. Segons aquest indicador, és el segon lloc després de substàncies com el magnesi i el beril·li. A més, el punt de fusió del zirconi és molt alt.

Els aliatges de zirconi utilitzats en diverses indústries es caracteritzen pel fet que tenen una resistència a la corrosió molt alta en aigua, en barreja de vapor-aigua, en vapor saturat i sobreescalfat fins a una temperatura d'uns 350-360 graus centígrads. També val la pena assenyalar que s'espera que aquest límit de temperatura s'elevi a valors més alts en un futur proper.

Paràmetres d'aliatge

Les propietats dels aliatges de zirconi en termes d'estabilitat mecànica són força altes, cosa que no es pot dir sobre el zirconi pur. És mitjançant l'aliatge que s'aconsegueix l' alta resistència del material. Per exemple, un aliatge com el niobi (Nb) i l'1% de zirconi (Zr) es caracteritzarà pel fet que la resistència elàstica del material a temperatures de 20, 200, 300 i 400 graus Celsius serà de 200, 160, 120. i 90 MPa. Aquest aliatge s'utilitza activament per al revestiment de barres de combustible. I, per exemple, si canvieu la composició de l'aliatge de zirconi amb niobi, és a dir, augmenteu el contingut de zirconi al 2,5%, aleshores el límit elàstic augmentarà a 280, 220, 200 i 180 MPa, a les mateixes temperatures.

No obstant això, aquests materials tenen els seus inconvenients. Els desavantatges inclouen el fet que l'aliatge amb zirconi resulta massa esgarrifós quan la temperatura arriba als 320-350 graus centígrads i més. Un altre desavantatge és que Zr dissol activament l'hidrogen, que sovint es produeix durant la corrosió. A causa d'això, es formaran substàncies com els hidrurs de zirconi, que redueixen molt la ductilitat de la matèria primera, la qual cosa fa que el metall sigui més trencadís.

Zirconi en medicina

Els aliatges de zirconi s'utilitzen força activament en medicina. Els científics mitjançant experiments han descobert que fins i tot portar polseres de zirconi senzilles pot ajudar a tractar certes mal alties i també pot augmentar el benestar general d'una persona.

Avui, els implants (retenidors) s'utilitzen sovint en àrees de la medicina com la traumatologia i la cirurgia maxil·lofacial. Els fixadors s'utilitzen per a les fractures, fixant els ossos perquè no es moguin. És en aquests casos on es poden distingir avantatges d'utilitzar aliatges de zirconi com: alta compatibilitat biològica (és a dir, l'absència de reaccions al·lèrgiques del cos humà a aquest aliatge o rebuig), característiques d' alta resistència de l'aliatge, que és molt important. per fixadors. També val la pena assenyalar que l'absència de rebuig o al·lèrgia a aquesta substància va fer que no calgués repetir l'operació quirúrgica per retirar el retenedor si el cos començava de sobte a rebutjar l'implant.

Zirconi a la indústria de l'energia nuclear

Fins als anys 50 del segle passat, es creia que el zirconi no era apte per utilitzar-lo en aquesta zona. Tanmateix, va ser als anys 50. Per primera vegada es va obtenir un material que es va purificar completament d'una impuresa com l'hafni. Després de la purificació, va resultar que el zirconi pur té una secció transversal d'absorció de neutrons tèrmica molt petita. Va ser aquesta qualitat la que es va convertir en la principal i va permetre utilitzar aliatges de zirconi a la indústria de l'energia nuclear.

Cal afegir que el zirconi simplement purificat no es va poder utilitzar perquè la resistència a la corrosió era massa baixa en aigua calenta. Després d'això, es va decidir utilitzar aliatges a base de zirconi. Han demostrat el seu valor en reactors refrigerats per vapor i entorns corrosius similars.

Aplicacions generals d'aliatges

El zirconi s'utilitza àmpliament com a element d'aliatge. Això es deu al fet que els metalls als quals s'afegeix aquesta substància es tornen més resistents a la calor, als àcids, etc. És a dir, l'aliatge de metall i zirconi supera molt en les seves característiques la matèria primera inicial.

El ferrozirconi s'utilitza força. És un aliatge de zirconi i ferro. El contingut de l'element d'aliatge Zr arriba al 20% de la massa total. Aquesta substància s'utilitza en la metal·lúrgia com a desoxidant i desgasificador de l'acer. Els aliatges d'alumini-zirconi, per exemple, es consideren els més resistents a la corrosió i s'utilitzen en reixetes càtodes per a tubs de buit. El contingut de Zr en aquest aliatge no supera el 3% de la massa total.

En la metal·lúrgia ferrosa, a més del ferrozirconi, s'utilitza sovint un aliatge de Zr i silici. S'utilitza per desgasificar l'acer. Un aliatge de coure i zirconi s'utilitza àmpliament per a la fabricació d'elements conductors per a equips elèctrics.

Trobant zirconi

Val la pena assenyalar que el zirconi és un element força rar. El contingut d'aquesta substància a l'escorça terrestre no supera0,025% en pes. El zirconi ocupa la dotzena línia de la taula de prevalença dels metalls. Aquesta matèria primera està força dispersa i, per tant, és molt difícil trobar-ne grans dipòsits. Es troba més habitualment com un compost químic situat a la litosfera, ja que el zirconi en si és un element litòfil.