Zirkonium: paduan berdasarkan itu. Properti, aplikasi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 13:57

Langka, tetapi pada saat yang sama sangat penting di banyak industri, logam - zirkonium - pertama kali diisolasi hanya pada tahun 1824. Namun, itu masih mengandung persentase tertentu dari elemen lain. Hanya pada abad ke-20 dimungkinkan untuk memperoleh zirkonium murni, bebas dari berbagai kotoran. Paduan berdasarkan itu berhasil digunakan untuk pembuatan refraktori, abrasif, cat keramik, amplas, tekstil, deodoran dan batu buatan. Tentu saja, orang tidak boleh melupakan pentingnya logam ini dalam pengobatan. Pelajari lebih lanjut tentang dia.

Perkembangan metalurgi

Zirkonium adalah komponen utama paduan untuk rekayasa tenaga nuklir. Tetapi untuk ini perlu semurni mungkin dari berbagai kotoran. Faktanya adalah bahwa dalam bijih zirkonium tidak hanya ada unsur tanah jarang seperti hafnium, tetapi juga nitrogen, karbon, dan oksigen. Dan pengotor non-logam semacam itu cukup berbahaya dan dapat dimasukkan dalam komposisi bahan struktural untuk reaktor nuklir dalam jumlah tidak lebih dari sepersejuta persen. Oleh karena itu, memperoleh zirkonium dan paduan murni padadasarnya adalah proses yang agak panjang dan melelahkan. Pertama, konsentrat dibuka, kemudian diperkaya, kotoran yang tidak diinginkan dan hafnium dipisahkan.

Zirkonium murni terlihat seperti logam biasa. Secara penampilan, sangat mirip dengan baja, tetapi pada saat yang sama lebih tahan lama dan ulet. Tentu saja, dalam paduan berdasarkan itu, karakteristiknya dapat sangat bervariasi tergantung pada jumlah elemen lainnya. Misalnya, oksigen (lebih besar dari 0,6%) akan membuat zirkonium lebih rapuh. Tetapi ada juga kelemahannya: dioksida dari logam ini (ZrO_{2) memiliki titik leleh 2680 °C.}

Bahan konstruksi utama

Seperti disebutkan sebelumnya, area terluas di mana zirkonium dan paduannya digunakan adalah industri nuklir. Keuntungan utama mereka adalah bahwa mereka memiliki penampang penangkapan neutron termal kecil (hanya 0,18 gudang), sifat korosi yang baik dan titik leleh yang tinggi. Jadi, TVEL adalah elemen bahan bakar konstruktif utama dari zona aktif reaktor nuklir, di mana bahan bakar nuklir ditempatkan. Di situlah terjadi pembelahan inti berat, yang berarti elemen bahan bakar harus terbuat dari logam yang paling tahan lama dan tahan api, dan tidak boleh mengubah sifat penyerapan neutron di dalam reaktor.

Jadi, paduan zirkonium digunakan untuk membuat cangkangnya. Persyaratan untuk mereka cukup ketat. Jadi, elemen paduan seharusnya tidak memperburuk karakteristiknya. Secara khusus, ini menyangkut penampang kecil untuk penangkapan neutron termal. Zirkonium dicampur untukmenekan efek berbahaya dari nitrogen dan meningkatkan sifat korosi. Banyak elemen dari sistem periodik Mendeleev tidak cocok, karena mereka mengurangi karakteristik tertentu.

Paduan paling terkenal yang digunakan untuk membuat batang bahan bakar adalah zircaloy. Elemen paduan utamanya adalah timah, dan elemen tambahannya adalah besi, kromium, dan nikel. Di Rusia, niobium paling sering digunakan untuk paduan zirkonium. Ia juga memiliki penampang penangkapan neutron termal yang rendah, mengurangi penyerapan hidrogen, dan hanya membentuk larutan padat. Dan ini, pada gilirannya, memberikan paduan dengan daktilitas tinggi.

Paduan zirkonium

Ketahanan korosi yang tinggi dari logam ini menjelaskan mengapa logam ini sering digunakan sebagai elemen paduan dalam metalurgi besi dan non-besi. Selain itu, tidak larut dalam asam klorida dan nitrat dan alkali. Dengan demikian, paduan multikomponen zirkonium dengan magnesium sangat populer. Selain itu, paduan dengan logam ini meningkatkan ketahanan asam titanium. Paduan zirkonium dengan tembaga memiliki kekuatan dan konduktivitas listrik yang tinggi. Cukup sering juga digunakan sebagai aditif dalam produksi berbagai nilai baja. Ini memungkinkan Anda untuk menghilangkan belerang, nitrogen, dan oksigen dari mereka.

Industri medis

Mempertimbangkan zirkonium dan paduannya, orang tidak dapat tidak menyebutkan satu lagi area penggunaannya. Dalam industri medis, mereka menempati jauh dari tempat terakhir. Baru-baru ini, baja danpaduan titanium. Namun, dalam beberapa kasus, tubuh menolak logam-logam ini, yang menimbulkan reaksi alergi. Pengobatan modern menggunakan paduan zirkonium dan titanium untuk pembuatan staples, pelat, implan, gigi palsu dan mekanisme fiksasinya.

Karena logam ini dan senyawanya tidak menyebabkan iritasi pada tulang dan jaringan lunak di sekitarnya, logam ini telah berhasil digunakan dalam pembuatan perhiasan. Misalnya, anting zirkonium tidak menyebabkan reaksi alergi dan menyembuhkan luka di daun telinga tidak lebih buruk dari emas.

Konsumsi daya

Paduan aluminium dan zirkonium memiliki banyak karakteristik positif dan karenanya berhasil digunakan dalam industri energi. Faktanya adalah bahwa kabel baja dan tembaga cukup berat, dan seringkali penyangga lama tidak dapat menahan beban seperti itu. Pada tahun 1960, di Jepang, sekelompok ilmuwan menghasilkan serangkaian paduan aluminium dan zirkonium. Mereka menentukan bahwa bahan seperti itu dapat digunakan untuk waktu yang lama pada suhu tinggi (150-230 ° C) dan pada saat yang sama akan cukup ringan. Ini memungkinkannya digunakan untuk pembuatan kabel suhu tinggi. Hal ini meningkatkan keandalan dan efisiensi jaringan listrik.

Aplikasi lain untuk senyawa dan paduan zirkonium

Dalam banyak antiperspiran, Anda dapat menemukan komponen seperti Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Ini adalah senyawa kimia yang menyerap keringat dan baunya. Para ilmuwan telah menemukan bahwa itu bukandiserap ke dalam kulit, dan karena itu, tidak dapat menyebabkan kerusakan parah pada kesehatan. Meskipun demikian, aluminium-zirkonium-tetraklorohidreksglisin dilarang di UE dan AS.

Zirkonium oksida digunakan untuk membuat elektrokorundum. Itu diperoleh dengan melebur dalam tungku listrik miring. Zirkonium electrocorundum ternyata cukup kuat dan memungkinkan pemrosesan bahan dengan kekuatan penjepit yang besar. Paling sering digunakan untuk penggilingan kasar dan kasar.

Secara umum, perlu dicatat bahwa zirkonium dan paduannya memiliki titik leleh yang tinggi, ketahanan kimia, dan koefisien ekspansi termal yang rendah. Karena alasan inilah ia secara aktif digunakan di berbagai bidang.