Principalele proprietăți și utilizări ale zirconiului

 

• Zirconiul (Zr) este al nouălea element cel mai comun și este abundent în scoarța terestră, reprezentând 0,025%. Conținutul său geologic depășește Zn, Pb, Ni și chiar Cu și Sn, iar rezervele sale sunt de 2,5. ori mai mare decât a cuprului.

• Punctul de topire este 1882C, punctul de fierbere este 4377 grade, iar densitatea este 6,506g/cm3(20).

• În conformitate cu caracteristicile de performanță ale zirconiului, zirconiul este utilizat în principal în reactoare nucleare, echipamente chimice și ca componente de aliaj.

• Zirconiul are o secțiune transversală de absorbție a neutronilor termici scăzut (0.18 țintă), iar hafniul are o secțiune transversală mare de neutroni termici (țintă 105); zirconiul are un număr atomic de 4a și o greutate atomică de 91,224.

(1) Zirconiul este un material cu penetrare neutru termic
Sub radiația neutronică, rezistența și duritatea zirconiului rămân neschimbate, iar secțiunea transversală de absorbție a neutronilor termici este mică, ceea ce îl face un bun material structural pentru reactor.

(2) Zirconiul, un material excelent rezistent la coroziune, are o rezistență puternică la multe medii corozive.

Rezistența sa excelentă la coroziune acizilor, alcaline și a metalelor lichide face din zirconiu un material ideal pentru schimbătoarele de căldură, turnurile de decapare, turnurile de uscare și supapele reactoarelor de astăzi. Material preferat pentru uși, conducte și aplicații nucleare.

(3) Hidrogenul și materialele de degazare încep să absoarbă hidrogenul în condiții de temperatură scăzută.

(4) Ca cel mai bun element de aliere pentru oțel, aluminiu, magneziu, cupru, titan, zirconiu, niobiu etc.

Ca aditiv pentru aliaj, este utilizat în principal în aliajele de aluminiu-magneziu pentru a controla dimensiunea granulelor și microstructura și în oțel pentru dezoxidare.

(1) Pentru zirconiul utilizat în industria nucleară, conținutul de hafniu este limitat la mai puțin de câteva părți la zece mii și necesită tratament termic.
(2) Zirconiu pentru industria non-nucleară, conținutul de hafniu poate ajunge la aproximativ 4%.

 

Zirconiul este un metal activ și este foarte sensibil la prezența elementelor impurități. Urme de impurități pot provoca fragilizare. Are o afinitate puternică pentru oxigen, azot, hidrogen și alte gaze din gazul ambiental.

 

La temperaturi ridicate, zirconiul este ușor contaminat cu gaz și suferă o reacție de oxidare.

 

Poate reacționa cu oxigenul din aer la temperatura camerei pentru a forma o peliculă protectoare de oxid. Această peliculă de protecție conferă zirconiului și aliajelor capacități anticorozive extrem de puternice.

 

1. Proprietăți mecanice ale materialului de zirconiu la temperatura camerei

Zirconiul are proprietăți mecanice bune la temperatura camerei. În general, zirconiul este utilizat ca material pentru recipiente sub presiune, iar alungirea sa nu trebuie să fie mai mică de 16%. Rata minimă de alungire a materialelor generale ale containerului nu poate fi mai mică de 14%, iar generalul cerința este ca rata de alungire să fie mai mare sau egală cu 20%. Diametrul axei de îndoire în timpul testului de îndoire a materialelor metalice generale este de 4 t, iar standardul pentru zirconiu este de 10 t.

2. Proprietăți de temperatură ridicată și temperatură scăzută ale materialului zirconiu

1) Rezistenta la fluaj:
Fluajul dependent de timp, dependent de deformare sub efort este exprimat în general ca procent de deformare plastică la un moment dat sub sarcină constantă.

2) Ruptura de stres
Metoda de măsurare a duratei de viață a metalului în condiții de temperatură constantă și de încărcare constantă este în general utilizată pentru aliajele portante care sunt deteriorate într-o perioadă scurtă de timp.

3) Performanță la temperatură scăzută, zirconiul nu are tranziție de la ductilitate la temperaturi scăzute la fragilitate.

4) Oboseala, limitele de oboseală în zirconiu și aliaje de zirconiu.