Aloi za Zirconium: muundo, sifa, matumizi

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Matumizi ya aloi ya zirconium kwa sasa yameenea sana katika dawa na nishati ya nyuklia. Katika viwanda vingine, nyenzo hii pia hutumiwa, lakini kwa kiasi kidogo. Ni muhimu kuzingatia kwamba aloi mbalimbali kutoka kwa malighafi hii zimepata umaarufu. Kwa yenyewe, zirconium haijawa nyenzo maarufu, kwani ubora wake ni mbaya zaidi kuliko ule wa aloi ya chuma sawa.

Maelezo ya jumla

Zirconium (Zr) ni elementi ya jedwali la muda ambalo nambari yake ya atomiki ni 40 na uzito wake wa atomiki ni 91.22. Katika hali ya kawaida na katika hali ya kawaida, nyenzo hii ni metali ing'aayo yenye tint nyeupe ya fedha. Msongamano wa malighafi kama hizo hufikia 6.45 g/cm3. Chuma hiki katika fomu yake safi, ambayo haina uchafu wowote, inajulikana na ukweli kwamba ina ductility ya juu sana, na ni rahisi sana kusindika wote baridi na moto. Inafaa kumbuka hapa kuwa malighafi hii, kama titani, kwa mfano, itapoteza sana sifa zake za mitambo ikiwa imejumuishwa na uchafu wa vitu visivyo vya metali. Zirconium na oksijeni huchukuliwa kuwa misombo mbaya zaidi.

Sifa naaloi

Zirconium yenyewe inatofautishwa na ukweli kwamba ina upinzani wa juu kwa asidi mbalimbali. Malighafi hii haiyeyuki katika mazingira kama vile asidi ya nitriki na hidrokloriki au alkali. Kipengele hiki ni muhimu. Kwa msingi wake, aloi nyingi za zirconium huundwa. Kwa mfano, ikiwa unachukua aloi za magnesiamu za sehemu nyingi na kuongeza kipengee kama zirconium kwao, nyenzo zitakuwa sugu zaidi kwa kutu. Ikiwa utaunda aloi ya titani na zirconium, basi upinzani wa asidi wa kipengele cha kwanza utaongezeka.

Inafaa pia kuzingatia kwamba aloi zote za zirconium na metali zingine zina sifa ya ukweli kwamba hazipoteza ugumu wao katika anuwai ya joto, upinzani wa mshtuko wa mitambo unabaki kwa kiwango cha juu sana. Mfano ni aloi ya magnesiamu yenye zinki asilimia chache na sehemu ya kumi tu ya zirconium ya asilimia. Metali itakayotokana itakuwa na nguvu karibu mara mbili ya magnesiamu, na pia itaweza kudumisha uimara wake kwenye halijoto ya hadi nyuzi joto 200.

Maelezo ya vipengele

Aloi za Zirconium hutumika sana katika maeneo kama vile ufunikaji wa vipengele vya mafuta, mabomba ya njia ya mafuta na sehemu mbalimbali za mikusanyiko ya mafuta. Zirconium yenyewe pia ina sifa ya ukweli kwamba sehemu ya msalaba ya kunyonya neutroni ni ya chini sana. Kulingana na kiashiria hiki, ni ya pili kwa vitu kama vile magnesiamu na beryllium. Kwa kuongeza, kiwango myeyuko wa zirconium ni cha juu sana.

Aloi za Zirconium zinazotumiwa katika tasnia mbalimbali zina sifa ya ukweli kwamba zina upinzani wa juu sana wa kutu katika maji, katika mchanganyiko wa maji ya mvuke, kwenye mvuke uliojaa na kupashwa joto kupita kiasi hadi nyuzi joto 350-360. Inafaa pia kuzingatia kwamba kikomo hiki cha halijoto kinatarajiwa kupandishwa hadi viwango vya juu zaidi katika siku za usoni.

Vigezo vya aloi

Sifa za aloi za zirconium katika suala la uthabiti wa mitambo ni za juu kabisa, ambazo haziwezi kusemwa kuhusu zirconium safi. Ni kwa alloying kwamba nguvu ya juu ya nyenzo inapatikana. Kwa mfano, aloi kama vile niobium (Nb) na 1% zirconium (Zr) itajulikana na ukweli kwamba nguvu ya mavuno ya nyenzo kwa joto la 20, 200, 300 na 400 digrii Celsius itakuwa 200, 160, 120. na MPa 90. Aloi hii inatumika kikamilifu kwa kufunika fimbo ya mafuta. Na, kwa mfano, ukibadilisha muundo wa aloi ya zirconium na niobium, yaani, kuongeza maudhui ya zirconium hadi 2.5%, basi nguvu ya mavuno itaongezeka hadi 280, 220, 200 na 180 MPa, kwa joto sawa.

Hata hivyo, nyenzo kama hizo zina mapungufu yake. Hasara ni pamoja na ukweli kwamba alloy na zirconium inageuka kuwa ya kutisha sana wakati joto linafikia digrii 320-350 Celsius na hapo juu. Hasara nyingine ni kwamba Zr kikamilifu kufuta hidrojeni, ambayo mara nyingi hutokea wakati wa kutu. Kwa sababu hii, vitu kama vile hidridi za zirconium vitaundwa, ambayo hupunguza kwa kiasi kikubwa udugu wa malighafi, ambayo hufanya chuma kuwa brittle zaidi.

Zirconium katika dawa

Aloi za Zirconium hutumika kikamilifu katika dawa. Wanasayansi kupitia majaribio wamegundua kuwa hata kuvaa bangili rahisi za zirconium kunaweza kusaidia kutibu magonjwa fulani, na pia kunaweza kuongeza ustawi wa jumla wa mtu.

Leo, vipandikizi (vihifadhi) hutumiwa mara nyingi katika maeneo ya matibabu kama vile traumatology na upasuaji wa maxillofacial. Fixators hutumiwa kwa fractures, kurekebisha mifupa ili wasiondoke. Ni katika kesi hizi kwamba mtu anaweza kutofautisha faida kama hizo za kutumia aloi za zirconium kama: utangamano mkubwa wa kibaolojia (ikimaanisha kutokuwepo kwa athari ya mzio wa mwili wa binadamu kwa aloi kama hiyo au kukataliwa), sifa za nguvu za juu za aloi, ambayo ni muhimu sana. kwa fixators. Inafaa pia kuzingatia kwamba kukosekana kwa kukataliwa au mzio wa dutu kama hiyo kulisababisha ukweli kwamba hakukuwa na haja ya kurudia operesheni ya upasuaji ili kuondoa kihifadhi ikiwa mwili ulianza ghafla kukataa implant.

Zirconium katika tasnia ya nishati ya nyuklia

Hadi miaka ya 50 ya karne iliyopita, iliaminika kuwa zirconium haikufaa kutumika katika eneo hili. Walakini, ilikuwa katika miaka ya 50. Kwa mara ya kwanza, nyenzo ilipatikana ambayo ilikuwa imetakaswa kabisa kutoka kwa uchafu kama vile hafnium. Baada ya utakaso, ikawa kwamba zirconium safi ina sehemu ndogo ya kunyonya ya neutroni ya mafuta. Ni ubora huu ambao ukawa ndio kuu na kuwezesha kutumia aloi za zirconium katika tasnia ya nguvu ya nyuklia.

Inapaswa kuongezwa kuwa zirconium iliyosafishwa kwa urahisi haikuweza kutumika kwa sababu upinzani wa kutu ulikuwa mdogo sana katika maji moto. Baada ya hayo, iliamuliwa kutumia aloi za msingi za zirconium. Wamethibitisha thamani yao katika vinu vilivyopozwa na mvuke na mazingira yanayofanana na uliyo.

Matumizi ya jumla ya aloi

Zirconium hutumiwa sana kama kipengele cha aloi. Hii ni kutokana na ukweli kwamba metali ambazo dutu hii huongezwa huwa zaidi ya joto, sugu ya asidi, nk. Hiyo ni, aloi ya chuma na zirconium inazidi sana malighafi ya awali katika sifa zake.

Ferrozirconium inatumika sana. Ni aloi ya zirconium na chuma. Maudhui ya kipengele cha alloying Zr hufikia 20% ya jumla ya wingi. Dutu kama hiyo hutumiwa katika madini kama deoxidizer na degasser kwa chuma. Aloi za alumini-zirconium, kwa mfano, zinachukuliwa kuwa sugu zaidi kwa kutu na hutumiwa katika gridi za cathode kwa zilizopo za utupu. Yaliyomo katika Zr katika aloi kama hiyo sio zaidi ya 3% ya uzito wote.

Katika madini ya feri, pamoja na ferrozirconium, aloi ya Zr na silikoni hutumiwa mara nyingi. Inatumika kwa degassing chuma. Aloi ya shaba na zirconium hutumiwa sana kwa ajili ya utengenezaji wa vipengele vya conductive vya vifaa vya umeme.

Kutafuta zirconium

Inafaa kukumbuka kuwa zirconium ni kipengele adimu. Maudhui ya dutu hii katika ukoko wa dunia hayazidi0.025% kwa uzani. Zirconium inachukua mstari wa kumi na mbili katika jedwali la kuenea kwa metali. Malighafi hii hutawanywa kabisa, na kwa hiyo ni vigumu sana kupata amana yoyote kubwa yake. Kwa kawaida hupatikana kama kiwanja cha kemikali kilicho katika lithosphere, kwani zirconium yenyewe ni kipengele cha lithophile.