מאפייני סגסוגת זירקוניום, מגבלות קורוזיה ושימושים עיקריים

זירקוניום הוא מתכת כסופה-לבנה ופסיבית שסרט פני השטח שלה צפוף מספיק כדי לעמוד ברוב החומצות האורגניות והאי-אורגניות, אלקליות חזקות, מלחים מותכים ומים בטמפרטורה- גבוהה. הסרט הזה הוא הסיבה שסגסוגות זירקוניום נבחרות למפעל כימי, וחתך הספיגה הנמוך מאוד של נויטרונים של המתכת- הוא הסיבה שהן נבחרות לחיפוי דלק גרעיני. אותו יסוד עומד גם בבסיס משפחה גדולה של מוצרים עקשנים וכימיים המופקים מחול זירקון וזירקוניה.

מאפיינים פיזיים ומטלורגיים

בטמפרטורה גבוהה מאוד זירקוניום מגיב עם הרבה יסודות מתכתיים ולא-מתכתיים ליצירת תמיסות ותרכובות מוצקות. התנהגות גטרינג זו שימושית בטכנולוגיית ואקום והופכת את הזירקוניום לחומר מועמד לאחסון מימן, מכיוון שהוא סופג מימן בקלות ומשחרר אותו שוב כאשר הוא מחומם או כאשר לחץ המימן יורד. אותה זיקה פירושה שהתכה וריתוך חייבים להתבצע תחת ואקום או גז אינרטי כדי למנוע איסוף של חמצן וחנקן.

עמידות בפני קורוזיה וגבולותיה

זירקוניום עמיד יותר בפני קורוזיה מטיטניום בסביבות רבות, וזו הסיבה שהוא מופיע בשירות כימי אגרסיבי. עם זאת, אין לבחור בו עבור מדיה שתוקפת את הסרט הפסיבי:

תמיסות הנושאות חומצה הידרופלואורית ופלואוריד-;

חומצה גופרתית מרוכזת וחומצה זרחתית מרוכזת;

אקווה רג'יה ומי ברום;

כלור רטוב וכלורידים מחמצנים כגון תמיסות קופרי כלוריד וכלוריד ברזל.

מחוץ לחריגים אלה, ציוד זירקוניום מטפל ברוב החומצות האורגניות, חומצות מינרליות בריכוז ובטמפרטורה בינונית, אלקליות, מלחים מותכים ומים בטמפרטורה- גבוהה, והוא נפוץ במחלפי חום, כורים, עמודים, משאבות וצנרת שבהן יש להימנע מזיהום על ידי מוצרי קורוזיה.

ציוני סגסוגת וצורות מוצר

זירקוניום טהור מסחרית משמש לציוד לתהליכים כימיים, בעוד שסגסוגות זירקוניום-בדיל כגון Zr-2 ו-Zr-4, המכוסות במפרטי מוצר טחנה כגון ASTM B352 עבור צלחת, גיליון ורצועה, ASTM B353 עבור צינורות ללא תפרים ומרותכים ו-ASTM B550 עבור סרגלי סרגל וחוטים ועוד ביקוש. סגסוגות עם ניוביום נבחרות כאשר נדרשים ביצועי קורוזיה משופרים או חוזק. הטפסים הזמינים כוללים צלחת, יריעות, רצועות, צינורות ללא תפרים ומרותכים, סרגל, חוט וחישול, המיוצרים מזירקוניום ספוג על ידי התכת ואקום ולאחר מכן עבודה חמה וקרה עם חישול ביניים מבוקר. תכולת החמצן היא נקודת המפרט העיקרית, מכיוון שהיא שולטת בחוזק ובמשיכות.

שדות יישום ראשיים

אנרגיה גרעינית.סגסוגות זירקוניום עם חתך קליטת נויטרונים תרמי נמוך מאוד- הן החיפוי והחומר המבני הסטנדרטי למוטות דלק, שם הם חייבים להכיל דלק, להעביר חום ביעילות ולהישאר יציבים בממדים תחת קרינה.

ציוד כימי ומתכות.לוחות זירקוניום, צינור וחוט מיוצרים לתוך מחליפי חום, כלים, ספינות וחלקים פנימיים לשירות קורוזיבי, וזירקוניום מתווסף לסגסוגות מסוימות כדי לשפר את התנהגות הקורוזיה וכדי לשמש כמזקק תבואה.

חסיני אש, יציקה וקרמיקה.זירקון וזירקוניה נצרכים בכמויות גדולות כמו לבני אש על בסיס-זירקוניה, יציקת חול וציפוי עובש מדויקים, ובקרמיקה, אמייל וזכוכית, שם הם מעלים את העמידות והעמידות הכימית.

כימיקלים של זירקוניום.זירקוניום דו חמצני, זירקוניום אוקסיכלוריד, זירקוניום סולפט, נתרן זירקונט ואשלגן פלואורוזירקונט מיוצרים מחול זירקון ומשמשים בזרזים, טיפול פני השטח, פיגמנטים, עיבוד טקסטיל ונייר וכימיה מיוחדת אחרת.

שאלות נפוצות

ש: למה משמשת סגסוגת זירקוניום?
השימושים העיקריים הם חיפוי דלק גרעיני ורכיבים מבניים, ציוד לתהליכים כימיים עמידים בפני-קורוזיה כגון מחליפי חום וכורים, תוספות סגסוגות ומגוון רחב של חומרים עקשנים, חולות יציקה וכימיקלים מזרקוניום.

ש: מהי נקודת ההיתוך והצפיפות של זירקוניום?
זירקוניום נמס בערך ב-1855 מעלות ובעל צפיפות של כ-6.5 גרם/סמ"ק, עם מראה לבן כסוף-.

ש: אילו כימיקלים תוקפים זירקוניום?
חומצה הידרופלואורית, חומצה גופרתית וזרחתית מרוכזת, אקווה רג'יה, מי ברום, כלור רטוב וכלורידים מחמצנים כגון תמיסות קופרי וכלוריד ברזל תוקפים כולם את הסרט הפסיבי, כך שזירקוניום לא נבחר לתפקידים אלה.

ש: האם זירקוניום עמיד יותר בפני קורוזיה מטיטניום?
בסביבות חומצה ואלקליות רבות זירקוניום עמיד בפני קורוזיה טוב יותר מטיטניום, וזו הסיבה שהוא נבחר לשירות כימי חמור למרות עלותו הגבוהה יותר.

ש: מדוע משתמשים בזירקוניום בכורים גרעיניים?
הוא משלב חתך קליטת נויטרונים תרמי נמוך- עם חוזק טוב, משיכות ועמידות בפני קורוזיה במים בטמפרטורה- גבוהה, מה שהופך אותו לחומר הסטנדרטי לחיפוי דלק.

ש: מה ההבדל בין Zr-2 ל-Zr-4?
שניהם סגסוגות פח-זירקוניום המשמשות בשירות גרעיני; הם שונים בתוספות סגסוגת, ו-Zr-4 פותח כדי להפחית את איסוף המימן בתנאי כור מים בלחץ.