Zirconium: hợp kim dựa trên nó. Thuộc tính, ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Hiếm, nhưng đồng thời rất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, kim loại - zirconium - lần đầu tiên được phân lập chỉ vào năm 1824. Tuy nhiên, nó vẫn chứa một tỷ lệ nhất định các nguyên tố khác. Chỉ trong thế kỷ 20, người ta mới có thể thu được zirconi tinh khiết, không lẫn các tạp chất khác nhau. Các hợp kim dựa trên nó được sử dụng thành công để sản xuất vật liệu chịu lửa, chất mài mòn, sơn gốm, giấy nhám, hàng dệt, chất khử mùi và đá nhân tạo. Tất nhiên, người ta không nên quên về tầm quan trọng cao của kim loại này trong y học. Tìm hiểu thêm về anh ấy.

Sự phát triển của luyện kim

Zirconium là thành phần chính của hợp kim dùng trong kỹ thuật điện hạt nhân. Nhưng đối với điều này, điều cần thiết là nó phải càng tinh khiết càng tốt từ các tạp chất khác nhau. Thực tế là trong quặng zirconi không chỉ có một nguyên tố đất hiếm như hafni, mà còn có nitơ, cacbon và oxy. Và các tạp chất phi kim loại như vậy khá nguy hiểm và có thể được đưa vào thành phần của vật liệu cấu trúc cho lò phản ứng hạt nhân với số lượng không quá phần triệu phần trăm. Do đó, thu được zirconi tinh khiết và các hợp kim trêncơ sở của nó là một quá trình khá lâu dài và tốn nhiều công sức. Đầu tiên, cô đặc được mở ra, sau đó nó được làm giàu, các tạp chất không mong muốn và hafnium được tách ra.

Zirconium nguyên chất trông giống như một kim loại điển hình. Về ngoại hình, nó rất giống với thép, nhưng đồng thời bền và dễ uốn hơn. Tất nhiên, trong các hợp kim dựa trên nó, các đặc tính của nó có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào lượng các nguyên tố khác. Ví dụ, oxy (lớn hơn 0,6%) sẽ làm cho zirconium giòn hơn. Nhưng cũng có một nhược điểm là điôxít của kim loại này (ZrO_{2) có nhiệt độ nóng chảy là 2680 ° C.}

Vật liệu cấu tạo chính

Như đã đề cập trước đó, khu vực rộng nhất mà zirconium và các hợp kim của nó được sử dụng là ngành công nghiệp hạt nhân. Ưu điểm chính của chúng là có tiết diện bắt nơtron nhiệt nhỏ (chỉ 0,18 ô), tính chất ăn mòn tốt và nhiệt độ nóng chảy cao. Vì vậy, TVEL là phần tử nhiên liệu xây dựng chính của vùng hoạt động của lò phản ứng hạt nhân, trong đó nhiên liệu hạt nhân được đặt vào. Trong đó xảy ra sự phân hạch của các hạt nhân nặng, có nghĩa là nguyên tố nhiên liệu phải được làm bằng kim loại chịu lửa và bền nhất, và nó không được thay đổi tính chất hấp thụ nơtron trong lò phản ứng.

Vì vậy, hợp kim zirconium được sử dụng để làm vỏ của nó. Yêu cầu đối với họ khá khắt khe. Vì vậy, các nguyên tố hợp kim không nên làm xấu đi các đặc tính của nó. Đặc biệt, điều này liên quan đến tiết diện nhỏ để bắt các nơtron nhiệt. Zirconium được hợp kim hóa đểngăn chặn tác hại của nitơ và cải thiện tính chất ăn mòn của nó. Nhiều nguyên tố của hệ thống tuần hoàn Mendeleev không phù hợp, vì chúng làm giảm một số đặc tính.

Hợp kim nổi tiếng nhất được sử dụng để chế tạo thanh nhiên liệu là zircaloy. Nguyên tố hợp kim chính của nó là thiếc, và các nguyên tố phụ là sắt, crom và niken. Ở Nga, niobi thường được sử dụng để hợp kim hóa zirconi. Nó cũng có tiết diện bắt nơtron nhiệt thấp, làm giảm sự hấp thụ hydro và chỉ tạo thành các dung dịch rắn. Và điều này, đến lượt nó, cung cấp các hợp kim có độ dẻo cao.

Hợp kim Zirconium

Khả năng chống ăn mòn cao của kim loại này giải thích tại sao nó thường được sử dụng làm nguyên tố hợp kim trong luyện kim đen và kim loại màu. Ngoài ra, nó không hòa tan trong axit và kiềm clohydric và nitric. Do đó, các hợp kim đa thành phần của zirconi với magiê rất phổ biến. Ngoài ra, hợp kim với kim loại này làm tăng khả năng chống axit của titan. Hợp kim của zirconi với đồng có độ bền và độ dẫn điện cao. Khá thường xuyên nó cũng được sử dụng như một chất phụ gia trong sản xuất các loại thép khác nhau. Điều này cho phép bạn loại bỏ lưu huỳnh, nitơ và oxy khỏi chúng.

Ngành y

Xem xét zirconium và các hợp kim của nó, người ta không thể không đề cập đến một lĩnh vực sử dụng của chúng. Trong ngành y tế, họ chiếm rất xa vị trí cuối cùng. Gần đây, thép vàhợp kim titan. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cơ thể từ chối các kim loại này, do đó phản ứng dị ứng xuất hiện. Y học hiện đại sử dụng hợp kim zirconium và titan để sản xuất kim ghim, đĩa, cấy ghép, răng giả và các cơ chế cố định của chúng.

Vì kim loại này và các hợp chất của nó không gây kích ứng cho xương và các mô mềm xung quanh nên nó đã được sử dụng thành công trong việc chế tác đồ trang sức. Ví dụ, bông tai zirconium không gây phản ứng dị ứng và chữa lành vết thương trên dái tai không tệ hơn vàng.

Công suất tiêu thụ

Hợp kim của nhôm và zirconium có nhiều đặc tính tích cực và do đó được sử dụng thành công trong ngành công nghiệp năng lượng. Thực tế là các dây thép và đồng có trọng lượng khá lớn, và thường các gối đỡ cũ không thể chịu được tải trọng như vậy. Năm 1960, tại Nhật Bản, một nhóm các nhà khoa học đã sản xuất hàng loạt hợp kim của nhôm và zirconi. Họ xác định rằng một vật liệu như vậy có thể sử dụng lâu dài ở nhiệt độ cao (150-230 ° C) và đồng thời nó sẽ khá nhẹ. Điều này cho phép nó được sử dụng để sản xuất dây nhiệt độ cao. Điều này làm tăng độ tin cậy và hiệu quả của mạng điện.

Các ứng dụng khác cho hợp chất và hợp kim zirconium

Trong nhiều chất chống mồ hôi, bạn có thể tìm thấy một thành phần như Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Nó là một hợp chất hóa học có khả năng hấp thụ mồ hôi và mùi của nó. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nó khônghấp thụ vào da, và do đó, không thể gây hại nghiêm trọng cho sức khỏe. Mặc dù vậy, nhôm-zirconium-tetrachlorohydrexglycine bị cấm ở EU và Hoa Kỳ.

Zirconium oxide được sử dụng để tạo ra chất điện tử. Nó thu được bằng cách nấu chảy trong lò điện nghiêng. Zirconium electrocorundum hóa ra khá mạnh và cho phép xử lý vật liệu với lực kẹp lớn. Thông thường nó được sử dụng để mài thô và thô.

Nói chung, cần lưu ý rằng zirconi và các hợp kim của nó có nhiệt độ nóng chảy cao, khả năng chịu hóa chất và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Chính vì lý do này mà nó được sử dụng tích cực trong nhiều lĩnh vực khác nhau.