Leghe di zirconio: composizione, proprietà, applicazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'uso della lega di zirconio è attualmente abbastanza diffuso in medicina e nell'energia nucleare. In altre industrie, questo materiale viene utilizzato anche, ma in misura minore. Vale la pena notare che varie leghe di questa materia prima hanno guadagnato popolarità. Di per sé, lo zirconio non è diventato un materiale popolare, poiché la sua qualità è molto peggiore di quella di una lega dello stesso metallo.

Informazioni generali

Lo zirconio (Zr) è un elemento della tavola periodica il cui numero atomico è 40 e il suo peso atomico è 91,22 In condizioni normali e in condizioni normali, questo materiale è un metallo brillante con una sfumatura bianco argentea. La densità di tali materie prime raggiunge 6,45 g/cm3. Questo metallo nella sua forma pura, che non contiene impurità, si distingue per il fatto di avere una duttilità molto elevata, ed è molto facile da lavorare sia a freddo che a caldo. Vale la pena notare qui che questa materia prima, come ad esempio il titanio, perderà drasticamente le sue proprietà meccaniche se viene combinata con impurità di sostanze non metalliche. Zirconio e ossigeno sono considerati i peggiori composti.

Proprietà del materiale elega

Lo stesso zirconio si distingue per il fatto che ha una resistenza abbastanza elevata a vari acidi. Questa materia prima non si dissolve in un ambiente come acido nitrico e cloridrico o alcali. Questa caratteristica è fondamentale. Sulla sua base vengono create molte leghe di zirconio. Ad esempio, se si prendono leghe di magnesio multicomponente e si aggiunge un elemento come lo zirconio, il materiale diventerà molto più resistente alla corrosione. Se crei una lega di titanio e zirconio, la resistenza agli acidi del primo elemento aumenterà.

Vale anche la pena notare che tutte le leghe di zirconio con altri metalli sono caratterizzate dal fatto che non perdono la loro tenacità in un ampio intervallo di temperature, la resistenza agli shock meccanici rimane ad un livello molto alto. Un esempio è una lega di magnesio con una piccola percentuale di zinco e solo pochi decimi di percentuale di zirconio. Il metallo risultante sarà quasi due volte più forte del magnesio e sarà anche in grado di mantenere la sua forza a temperature fino a 200 gradi Celsius.

Descrizione delle caratteristiche

Le leghe di zirconio sono utilizzate più attivamente in aree come il rivestimento degli elementi del carburante, i tubi dei canali del carburante e varie parti di assiemi di carburante. Lo zirconio stesso è anche caratterizzato dal fatto che la sezione d'urto di assorbimento dei neutroni è piuttosto bassa. Secondo questo indicatore, è secondo solo a sostanze come magnesio e berillio. Inoltre, il punto di fusione dello zirconio è molto alto.

Le leghe di zirconio utilizzate nei vari settori industriali sono caratterizzate dal fatto di avere un'elevatissima resistenza alla corrosione in acqua, in miscela vapore-acqua, in vapore saturo e surriscaldato fino ad una temperatura di circa 350-360 gradi Celsius. Vale anche la pena notare che questo limite di temperatura dovrebbe essere portato a valori più alti nel prossimo futuro.

Parametri della lega

Le proprietà delle leghe di zirconio in termini di stabilità meccanica sono piuttosto elevate, cosa che non si può dire dello zirconio puro. È mediante la lega che si ottiene l'elevata resistenza del materiale. Ad esempio, una lega come il niobio (Nb) e lo zirconio all'1% (Zr) sarà caratterizzata dal fatto che il carico di snervamento del materiale a temperature di 20, 200, 300 e 400 gradi Celsius sarà di 200, 160, 120 e 90 MPa. Questa lega viene utilizzata attivamente per il rivestimento delle barre di combustibile. E, ad esempio, se si modifica la composizione della lega di zirconio con niobio, ovvero si aumenta il contenuto di zirconio al 2,5%, la resistenza allo snervamento aumenterà a 280, 220, 200 e 180 MPa, alle stesse temperature.

Tuttavia, tali materiali hanno i loro svantaggi. Gli svantaggi includono il fatto che la lega con zirconio risulta essere troppo inquietante quando la temperatura raggiunge i 320-350 gradi Celsius e oltre. Un altro svantaggio è che Zr dissolve attivamente l'idrogeno, che spesso si verifica durante la corrosione. Per questo motivo si formeranno sostanze come gli idruri di zirconio, che riducono notevolmente la duttilità della materia prima, rendendo il metallo più fragile.

Zirconio in medicina

Le leghe di zirconio sono usate abbastanza attivamente in medicina. Gli scienziati attraverso esperimenti hanno scoperto che anche indossare semplici braccialetti in zirconio può aiutare a curare alcune malattie e può anche aumentare il benessere generale di una persona.

Oggi, gli impianti (ritentori) sono spesso utilizzati in aree della medicina come la traumatologia e la chirurgia maxillo-facciale. I fissatori vengono utilizzati per le fratture, fissando le ossa in modo che non si muovano. È in questi casi che si possono distinguere tali vantaggi dall'utilizzo di leghe di zirconio come: elevata compatibilità biologica (ovvero l'assenza di reazioni allergiche del corpo umano a tale lega o rigetto), caratteristiche di elevata resistenza della lega, che è molto importante per fissatori. Vale anche la pena notare che l'assenza di rigetto o di allergia a tale sostanza ha portato al fatto che non era necessario ripetere l'operazione chirurgica per rimuovere il fermo se il corpo iniziava improvvisamente a rifiutare l'impianto.

Zirconio nell'industria nucleare

Fino agli anni '50 del secolo scorso si credeva che lo zirconio non fosse adatto all'uso in quest'area. Tuttavia, era negli anni '50. Per la prima volta si ottenne un materiale completamente purificato da un'impurità come l'afnio. Dopo la purificazione, si è scoperto che lo zirconio puro ha una sezione trasversale di assorbimento dei neutroni termici molto piccola. È stata questa qualità che è diventata la principale e ha permesso di utilizzare le leghe di zirconio nell'industria nucleare.

Va aggiunto che lo zirconio semplicemente purificato non poteva essere utilizzato perché la resistenza alla corrosione era troppo bassa in acqua calda. Successivamente si è deciso di utilizzare leghe a base di zirconio. Hanno dimostrato il loro valore in reattori raffreddati a vapore e ambienti corrosivi simili.

Applicazioni generali delle leghe

Lo zirconio è ampiamente usato come elemento di lega. Ciò è dovuto al fatto che i metalli a cui viene aggiunta questa sostanza diventano più resistenti al calore, agli acidi, ecc. Cioè, la lega di metallo e zirconio supera di gran lunga la materia prima iniziale nelle sue caratteristiche.

Il ferrozirconio è abbastanza diffuso. È una lega di zirconio e ferro. Il contenuto dell'elemento legante Zr raggiunge il 20% della massa totale. Tale sostanza viene utilizzata nella metallurgia come disossidante e degassante per l'acciaio. Le leghe di alluminio-zirconio, ad esempio, sono considerate le più resistenti alla corrosione e sono utilizzate nelle griglie catodiche per tubi a vuoto. Il contenuto di Zr in tale lega non supera il 3% della massa totale.

Nella metallurgia ferrosa, oltre al ferrozirconio, viene spesso utilizzata una lega di Zr e silicio. Viene utilizzato per il degasaggio dell'acciaio. Una lega di rame e zirconio è ampiamente utilizzata per la produzione di elementi conduttivi per apparecchiature elettriche.

Trovare lo zirconio

Vale la pena notare che lo zirconio è un elemento piuttosto raro. Il contenuto di questa sostanza nella crosta terrestre non supera0,025% in peso. Lo zirconio occupa la dodicesima riga nella tabella di prevalenza dei metalli. Questa materia prima è abbastanza dispersa, e quindi è molto difficile trovarne grandi depositi. Si trova più comunemente come composto chimico situato nella litosfera, poiché lo zirconio stesso è un elemento litofilo.