Абдумаликов Б.Г.

Алмалык - 2022 г.

Содержание

Введение

1. Свойства и производство циркония

2. Особенности сплавов циркония

3. Применения циркония и его сплавов

Заключение

Список использованной литературы

Аннотация

В данной работе рассмотрены свойства и производство циркония. Цирконий (Zr) - элемент с атомным номером 40 и атомным весом 91,22. Является элементом побочной подгруппы четвёртой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Изучены особенности и области применения циркония и его сплавов. В настоящее время определились следующие области промышленного использования циркония: керамика и огнеупоры, производство эмалей истекла, производство сталей и сплавов с цветными металлами, пиротехника и электровакуумная техника.

Ключевые слова: цирконий, сплавы циркония

Abstract

This paper discusses the properties and production of zirconium. Zirconium (Zr) is anelement with an atomic number of 40 and an atomic weight of 91.22. It is an element of a sidesubgroup of the fourth group, the fifth period of the periodic system of chemical elements ofDmitry Ivanovich Mendeleev. The features and applications of zirconium and its alloys arestudied. Currently, the following areas of industrial use of zirconium have been identified:ceramics and refractories, the production of enamels and glass, the production of steels andalloys with non-ferrous metals, pyrotechnics and electric vacuum equipment.

Key words: zirconium, zirconium alloys.

Введение

Цирконий - тугоплавкий металл. Среднее содержание циркония в земной коре составляет 0,02% (по массе). По распространенности он превосходит такие металлы, как медь, цинк, олово, никель и свинец. Цирконовые концентраты служат исходным сырьем для получения металлического циркония, а также для выплавки ферросплавов и производства химических соединений (сульфатоцирконаты, основной хлорид, основной карбонат). Кроме того, при переработке цирконовых концентратов получают гафний и его соединения. Циркониевые сплавы широко применяются в ядерной энергетике, а также цирконий используется для формирования многофункциональных, в том числе биосовместимых покрытий, что обусловливает актуальность проблемы экономичной обработки и минимизации отходов при производстве ответственных изделий из дорогостоящих сплавов циркония. Циркониевые сплавы с различными легирующими добавками обладают высокими механическими и прочностными характеристиками, высокой коррозионной стойкостью при эксплуатации в воде. Цель данной работы - рассмотреть особенности циркония и сплавы на его основе. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. изучить свойства и производство циркония; 2. охарактеризовать особенности сплавов циркония; 3. рассмотреть применения циркония и его сплавов.

1. Свойства и производство циркония

цирконий сплав огнеупор

Цирконий (Zr) - элемент с атомным номером 40 и атомным весом 91,22. Является элементом побочной подгруппы четвёртой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Цирконий в свободном состоянии при нормальных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый металл плотностью 6,45 г./см3. Чистый, не содержащий примесей цирконий очень пластичен и с легкостью поддается холодной и горячей обработке. Как и многие другие металлы, включая своего соседа по группе - титан, цирконий, содержащий примеси неметаллов (особенно кислород), резко ухудшает свои механические свойства. Например, для надежной работы ядерного реактора необходимо, чтобы в расщепляющихся материалах такие «опасные» примеси, как бор, кадмий и другие, содержались в количествах, не превышающих миллионных долей процента. Чистый цирконий - один из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов - становится совершенно непригодным для этой цели, если в нем содержится даже незначительная примесь гафния, который не имеет собственных минералов и в природе обычно сопутствует цирконию. Науке известно пять природных изотопов циркония: 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%), 94Zr (17,4%), 96Zr (2,8%). Из искусственно полученных радиоактивных изотопов циркония важнейшим является 95Zr, период полураспада которого 65 суток. Он нашел применение в качестве изотопного индикатора. В 1789 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот выделил двуокись циркония в результате анализа минерала циркона. В виде порошка впервые цирконий был получен гораздо позже - в 1824 году Йенсом Якобом Берцелиусом, а пластичный цирконий получили только в 1925 году голландские ученые А. ван Аркел и И. де Бур вследствие термической диссоциации иодидов циркония [4, c. 87].Одно из наиболее ценных свойств металлического циркония - его высокая стойкость против коррозии в различных средах. Например, он не растворяется в азотной и соляной кислотах и в щелочах. На этом свойстве металла №40 основано легирование сталей цирконием. Так многокомпонентные магниевые сплавы с добавкой циркония становятся более коррозионно-устойчивыми. Цирконий повышает стойкость титана к действию кислот. Кроме того, стали, легированные цирконием, не теряют необходимой вязкости в широком интервале температур, они хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Повышается прочность легированных сталей. Добавка циркония к меди значительно повышает ее прочность, почти не снижая электропроводность. Сплав на основе магния с добавкой нескольких процентов цинка и всего нескольких десятых процента циркония вдвое прочнее чистого магния и не теряет прочности при 200° C. Качество алюминиевых сплавов также значительно повышается при добавлении к ним циркония. Цирконий почти не захватывает медленные (тепловые) нейтроны. Именно на этом его свойстве в сочетании с высокой стойкостью против коррозии и агрессивных сред, механической прочностью при повышенных температурах основано его и сплавов на его основе активное использование в конструировании энергетических атомных реакторов. При производстве сталей присадки циркония служат для удаления из нее кислорода, азота, серы. Также цирконий используется в качестве легирующего компонента некоторых броневых, нержавеющих и жаропрочных сталей. На таком известном свойстве циркония, как активное поглощение газов в нагретом состоянии, основано его применение при спекании порошков металлов, а также в электровакуумной технике. Так при температуре 300° C цирконий поглощает водород, а при 400° C и выше взаимодействует с кислородом и азотом. Технологическая схема производства циркония показана на рисунке [10, c. 126].Одно из самых замечательных свойств циркония - это его высокая коррозионная стойкость по отношению ко многим агрессивным средам. По способности сопротивляться коррозии цирконий превосходит такие стойкие металлы, как ниобий и титан. При обычных условиях цирконий инертен по отношению к атмосферным газам и воде, не реагирует с соляной и серной (концентрацией до 50%) кислотами. При проведении опытов было установлено, что нержавеющая сталь теряет в пятипроцентной соляной кислоте при 60° С примерно 2,6 миллиметра в год, титан - около 1 миллиметра, а цирконий - в 1000 раз меньше. Самое большое сопротивление цирконий оказывает щелочам, это единственный металл стойкий в щелочах, содержащих аммиак. По сопротивлению агрессивным средам цирконию уступает даже тантал - один из самых мощнейших борцов с коррозией. В свободном металлическом виде цирконий был выделен, как мы знаем, давно - в1824 году шведским химиком Иенсом Берцелиусом. Получить же элемент высокой степени чистоты не удавалось в течение долгих десятилетий, именно поэтому изучить физические свойства этого металла не представлялось возможным. Только в середине двадцатого века ученым удалось получить цирконий свободный от примесей. Выяснилось, что в цирконии, порой в очень больших количествах, присутствует гафний - постоянный спутник этого металла, который ранее не был замечен из-за сходных сцирконием химических свойств. Чистый цирконий имеет облик типичного металла - блестящий серебристо-серый цвет, напоминающий сталь, но отличающийся от нее большей прочностью и пластичностью. Причем последнее качество, как заметили металлурги, напрямую зависит от количества содержащегося в цирконии кислорода. Так, если в расплавленный жидкий цирконий попадает более 0,7% кислорода, то металл будет хрупким из-за образования твердых растворов кислорода в цирконии, свойства которых сильно отличаются от свойств чистого металла. Такое же действие оказывают примеси азота, углерода и водорода. Плотность чистого циркония при 20° C составляет 6,45 г./см3, твердость по Бринеллю 640-670 Мн/м2 или 64-67 кгс/мм2. На твердость большое влияние имеет присутствие примесей (особенно кислорода), которые повышают твердость циркония, снижая его хрупкость. Так при содержании кислорода более 0,2% цирконий не поддается холодной обработке давлением. Предел прочности циркония при растяжении 253 Мн/м2или 25,3 кгс/мм2, модуль упругости при 20° С = 97 Гн/м2 или 9700 кгс/мм2 [2, c. 131].

2. Особенности сплавов циркония

Циркониевый сплав содержит титан, железо, медь и активирующую добавку, выбранную из ряда элементов в сумме или по отдельности: ванадий, никель, ниобий, гафний, хром, германий, олово, марганец, бор, кобальт и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: бериллий 1,0 - 3,5; железо 4,0 - 9,0; активирующая добавка 0,2 - 5,0; титан 3,0 - 35,0; цирконий со случайными примесями остальное. 1 з. п.ф-лы, 1 табл. Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к сплавам на основе циркония и титана, используемым в промышленности, в частности для пайки циркония, титана и их сплавов, а также для соединения керамики с помощью расплавляемого материала. Ввиду высокой температуры плавления циркония (1860 град) для пайки обычно используют эвтектические сплавы циркония, например с Ni, Cu, Fe, Mn. Для упрощения пайки некоторые припои изготавливают в виде гибкой, пластичной аморфной ленты методом литья расплава на вращающийся металлический диск (методспиннингования расплава). Известны аморфные эвтектические сплавы систем Zr-Ni, Zr-Cu, Ti-Cu, полученные в виде тонких аморфных лент толщиной до 30 мкм. Однако известные сплавы имеют относительно высокие температуры плавления (более 1000 о С), что приводит к повышению температуры пайки и сильному взаимодействию. К тому же, аморфные ленты из этих сплавов не могут быть получены спиннингованием на воздухе. Известен сплав на основе циркония, содержащий 3-8% бериллия, 9-14% железа и имеющий относительно низкую температуру начала плавления 820 о С. Однако наличие в его составе токсичного элемента бериллия (более 3%) не позволяет применять его для многих отраслей народного хозяйства (например, в пищевой и медицинской промышленности). К тому же он имеет высокую температуру конца плавления 870-1100 о Си не может быть изготовлен в виде пластичной ленты. Известен аморфный слав на основе меди, содержащий дополнительно в сумме 15-85 атомных% циркония, титана, а также тантал и ниобий. Этот сплав получают одновременным напылением на образец исходных компонентов. Этот сплав предназначен для использования в качестве коррозионностойкого аморфного покрытия. Однако температура его плавления высока (свыше 1000 о С), что не дает возможности использовать его для пайки [9].Наиболее близкими по своей технической сути являются тройные аморфные сплавы на основе циркония, содержащие титан и один из следующих компонентов: железо, никель, кобальт, медь. Эти сплавы имеют температуру начала плавления около 920 о С и могут быть изготовлены в виде аморфной пластичной ленты толщиной до 40 мкм методом спиннингования в вакууме. Однако их относительно высокая температура плавления не позволяет получать пластичную ленту на воздухе. Высокая температура пайки (свыше1000 о С) приводит к сильному взаимодействию с соединяемыми пайкой материалами. Технической задачей изобретения является снижение температуры плавления сплавов, повышение активности припоя при пайке, в первую очередь разнородных материалов, и обеспечение возможности изготовления из них пластичной ленты методом спиннингования на воздухе. Для решения поставленной технической задачи в циркониевом сплаве, содержащем титан и железо, изменено содержание титана и железа, а также дополнительно добавлена медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: Титан 5-35 Железо 5-15 Медь 5-20 Цирконий вместе со случайными примесями Остальное Более того, в состав сплава дополнительно введена активирующая добавка, выбранная из ряда элементов в сумме или по отдельности: ванадий, никель, ниобий, гафний, хром, германий, олово, марганец, бор, кремний, кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%: Титан 5-35 Железо5-15 Медь 5-20 Активирующая добавка 0,2-5,0 Цирконий вместе со случайными примесями Остальное При разработке состава сплава в качестве основной структурной составляющей сплава зафиксирована фаза с решеткой типа СuAl 2. Этот тип решетки обладает широкой областью гомогенности. Для этого в тройной сплав дополнительно добавлена медь. В результате образована сложная фаза (Zr, Ti) 2 (Fe, Cu) со структурой типа CuAl 2, где медь почти наполовину замещает железо. В результате усложнения структуры снижается температура плавления сплава и появляется возможность изготовления пластичной ленты методом спиннингования на воздухе. При пайке разнородных материалов для лучшего смачивания паяемых материалов, повышения активности припоя и уменьшения взаимодействия необходимо присутствие в сплаве элементов, входящих в состав паяемых материалов. Так, например, при пайке циркония с ниобием необходимо присутствие в сплаве некоторой доли ниобия. Однако при этом не должна меняться температура плавления и структура сплава. В нашем случае, благодаря широкой области гомогенности в фазе (Zr, Ti) 2 (Fe, Cu) может растворяться вместе или по отдельности до 5 мас.% V, Ni, Nb, Hf, Cr, Ge, Sn, Mn, B, Co, Si. Усложнение структуры данной фазы за счет этих элементов приводит к увеличению энергии смешения и снижению температуры плавления сплава, в целом облегчает получение сплавов в виде пластичной ленты. Так, например, температура начала плавления сплавов 820-840 о С, что на 80-100 о С ниже, чем у известных сплавов. Сплавы согласно изобретению слабо окисляются на воздухе в отличие от известных сплавов, что позволяет получить пластичные ленты методом спиннингования на воздухе. Сплавы согласно изобретению хорошо смачивают поверхность разнородных материалов, затекают в узкие зазоры под действием капиллярных сил и могут соединять разнородные материалы, в том числе керамику. Сопоставительный анализ с известными решениями позволяет сделать вывод, что состав сплава согласно изобретению отличается от известных введением нового элемента - меди, и новым содержанием титана и железа, а также введением V, Ni, Nb, Hf, Cr, Ge, Sn, Mn, B, Co, Si. Вышеизложенное позволяет утверждать о соответствии настоящего изобретения требованиям критерию " новизна ".Известно введение в цирконий меди, с целью снижения температуры плавления. Однако температура плавления сплава при этом превышает 1000 о С, что на 180 о С выше, чем у сплава согласно изобретению. К тому же известные сплавы не могут быть использованы для соединения разнородных материалов, в том числе керамики. Образование в сплаве согласно изобретению сложной фазы (Zr, Ti) 2 (Fe, Cu) c большой областью растворимости и низкой температурой плавления придает сплаву новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения требованиям критерия «уровень техники» [1, c. 145].Примеси в циркониевых сплавах, связанные с процессами их получения, систематизированы в табл. 1. В ней также приведены примеси, которые могут попасть в циркониевые сплавы в процессе окончательной обработки труб из этих сплавов, т.е. обезжиривание, окончательная очистка и полировка поверхности твердыми оксидами. Примеси, связанные с обработкой труб, попадают в сплавы при температуре, близкой к комнатной, поэтому их присутствие ограничивается тонким слоем у поверхности труб. Таблица 1 - Примеси, попавшие в циркониевые сплавы в процессе получения

Главные отличия между сплавами российского и западного производства по процессам получения и наличию примесей можно обобщить таким образом: - процессам производства сплавов типа циркалой, Zirlo, M5 свойственно присутствие в конечном продукте примесей: кальция и магния (отделение гафния методом МИБК с последующим восстановлением методом Кролля) или алюминия и магния (отделение гафния экстракционной дистилляцией и последующим методом Кролля); попадание фтора в эти сплавы невозможно в процессе изготовления этих сплавов из-за отсутствия в процессе производства реагентов, содержащих фтор; - процессу производства сплавов Э110 и Э635 не свойственно присутствие кальция, магния и алюминия в течение всего производственного цикла и, следовательно, попадание этих примесей в сплавы; в процессе производства этих сплавов используется фтор, и как следствие, - его присутствие в этих сплавах. Высокая коррозионная стойкость циркониевых сплавов в условиях нормальной эксплуатации реакторов - это необходимое требование для всех оболочечных трубок, нонет гарантии, что эти сплавы будут показывать высокую коррозионную стойкость и при повышенных температурах в условиях потери теплоносителя (loss-of-coolant accident(LOCA)). Известно, что в условиях LOCA существенно возрастает температура оболочечных трубок (до 1200°С), происходит высокотемпературное паровое окисление оболочечных трубок, сопровождаемое их охрупчиванием, и возможно разрушение охрупченных оболочечных трубок. В этой связи очень важным является установление взаимосвязи между коррозионной стойкостью циркониевых сплавов и их химическим составом, поскольку поведение сплавов российского и западного производства, содержащих различные примеси, в условиях LOCA отличаются. В работах показано, что существует зависимость коррозионной стойкости циркониевых сплавов от присутствия в них различных примесей. Основные данные приведены ниже: - стабилизация тетрагональной формы диоксида циркония приводит к улучшению коррозионной стойкости оболочечных труб; - в этой связи все примеси в сплавах можно разделить на полезные и вредные: - полезные примеси: Fe, Cr, Ca, Mg, Y; - вредные примеси: C, N, F, Cl, Si, Ti, Ta, V, Mn, Pt, Cu; - по влиянию таких элементов, как Al, Ni, Mo существуют противоположные точки зрения; - относительно кислорода многие исследователи считают, что он нейтрален по отношению к коррозионной стойкости; - коррозия сплавов очень чувствительна к содержанию таких легирующих элементов, как Nb и Sn. Каждый тип сплавов имеет оптимальную концентрацию легирующих элементов, обеспечивающую наилучшую коррозионную стойкость. Примесный состав - один из ключевых факторов, определяющих поведение сплавов Zr-Nb в высокотемпературных условиях [6, c. 159].

3. Применения циркония и его сплавов

До 50-х годов прошлого столетия считалось, что цирконий не пригоден для использования в автомной энергетике. Однако именно в 50-х гг. был впервые получен материал, который полностью очищен от такой примеси, как гафний. После очистки оказалось, что чистый цирконий обладает очень малым поперечным сечением поглощения тепловых нейтронов. Именно это качество стало основным и дало возможность использовать циркониевые сплавы в атомной энергетике. Стоит добавить, что использовать просто очищенный цирконий не получалось из-за того, что стойкость к коррозии была слишком низкой в горячей воде. После этого было принято решение об использовании именно сплавов на основе циркония. Они отлично зарекомендовали себя при применении в реакторах с пароводяным теплоносителем, а также в других подобных агрессивных средах. Очень широко используется цирконий в качестве легирующего элемента. Это обусловлено тем, что металлы, к которым добавляют это вещество, становятся более жаропрочными, кислотоупорными и т.д. То есть сплав металла и циркония сильно превышает по своим характеристикам начальное сырье. Довольно широко используется ферроцирконий. Это сплав циркония с железом. Содержание легирующего элемента Zr достигает 20% от общей массы. Используется такое вещество в металлургии в качестве раскислителя и дегазатора для стали. Алюминиево-циркониевые сплавы, к примеру, считаются наиболее устойчивыми к коррозии и применяются в катодных сетках для электровакуумных ламп. Содержание Zr в таком сплаве не более 3% от общей массы. В черной металлургии, кроме ферроциркония, часто используется сплав Zr и кремния. Применяют его для дегазации стали. Широко используется сплав меди и циркония для изготовления токопроводящих элементов для электротехнической аппаратуры. Циркониевые сплавы в медицине используются довольно активно. Ученые путем экспериментов выяснили, что даже ношение простых циркониевых браслетов может помочь в лечении некоторых болезней, а также это может повысить общий уровень самочувствия человека. На сегодняшний день довольно часто используются импланты (фиксаторы) в таких областях медицины, как травматология и челюстно-лицевая хирургия. Фиксаторы применяют при переломах, фиксируя кости так, чтобы они не двигались. Именно в этих случаях можно выделить такие преимущества использования циркониевых сплавов, как: высокая биологическая совместимость (имеется в виду отсутствие аллергических реакций организма человека на такой сплав или отторжение), высокие прочностные характеристики сплава, что очень важно для фиксаторов. Также стоит отметить, что отсутствие отторжения или аллергии на такое вещество привело к тому, что отпала необходимость в повторном проведении хирургической операции по извлечению фиксатора, если вдруг организм начинал отторгать имплант [7, c. 120].Значительная доля мирового производства циркониевых концентратов используется для изготовления огнеупорных изделий и в производстве специального фарфора. В качестве огнеупорного материала применяют чистую двуокись циркония и бадделеитовые и цирконовые рудные концентраты. Двуокись циркония плавится при температуре 2700-2900°, минерал циркон - при 2430°. Однако примеси, особенно Fe2O3, снижают температуру плавления этих соединений. Недостатком чистой двуокиси циркония как огнеупорного материала является термическая неустойчивость, проявляющаяся в растрескивании нагретых до высокой температуры изделий из двуокиси циркония при их охлаждении. Это явление обусловлено наличием у двуокиси циркония полиморфных превращений. Переход одной модификации в другую связан с объемными изменениями, которые являются причиной растрескивания. Явление растрескивания устраняется добавками к двуокиси циркония стабилизаторов - окислов магния или кальция. Последние, растворяясь в двуокиси циркония, образуют твердый раствор с кубической кристаллической решеткой, которая сохраняется как при высокой, так и низкой температуре. Этим устраняется растрескивание. Для образования твердого раствора с кубической решеткой достаточно к двуокиси циркония добавить 4% MgO. Из двуокиси циркония или минералов бадделеита и циркона изготовляют огнеупорный кирпич для металлургических печей, тигли для плавки металлов и сплавов, огнеупорные трубы и другие изделия. Циркониевые минералы или двуокись циркония добавляют в некоторые сорта фарфора, применяемого для изготовления изоляторов на линиях электропередач высокого напряжения, в высокочастотных установках, запальных свечах двигателей внутреннего сгорания. Циркониевый фарфор обладает высокой диэлектрической постоянной и малым коэффициентом расширения. Двуокись циркония и циркон (очищенный от примеси железа) нашли широкое применение в качестве составной части эмалей. Они сообщают эмали белый цвет икислотоустойчивость и вполне заменяют применяемую для этих целей дефицитную окись олова. Циркон и двуокись циркония вводят также в состав некоторых сортов стекла. Добавки ZrO2 повышают устойчивость стекла против действия растворов щелочей [5, c. 493].Высокое сродство циркония к кислороду и азоту обусловливает применение его как активного раскислителя и деазотизатора стали. Очистка стали от кислорода и азота приводит к получению мелкозернистой структуры, обладающей повышенными механическими свойствами Кроме того, цирконий связывает серу, устраняя красноломкость стали. Цирконий является также ценным легирующим элементом V, входит в состав некоторых сортов броневых никельциркониевых сталей (вместе с 2% Kiвводят 0,3 Zr), сталей для орудийных поковок, нержавеющих, жароупорных и некоторых других. В некоторых сортах хромистых сталей содержание циркония достигает 2%.Цирконий вводят в расплавленную сталь в виде ферроциркония и ферросиликоциркония. Ферроцирконий содержит до 40% Zr, около 10% Si и 8-10% Al. Ферросиликоцирконий содержит от 20 до 50% Zr и от 20 до 50% Si. Имеют также практическое значение добавки циркония к меди: сплавы меди с цирконием, содержащие от 0,1 до 5% Zr, способны к упрочнению, которое достигается термической обработкой (закалка и упрочняющий отпуск). Предел прочности при растяжении достигает 50 кг/мм2, что на 5% выше прочности неотожженной меди. При нагревании изделий из чистой меди (проволоки, листов, труб) до 200° их прочность сильно падает вследствие снятия наклепа. Добавки циркония повышают температуру отжига меди до 500°. Небольшие добавки циркония к меди, повышая ее прочность, снижают лишь в незначительной степени электропроводность. Цирконий вводится в медь в виде лигатурного сплава, содержащего 12-14% Zr, остальное медь. Сплавы меди с цирконием применяют для изготовления электродов точечной сварки, для электропроводов в тех случаях, где требуется высокая их прочность. В последние годы получили распространение сплавы магния, легированные цирконием. Небольшие добавки циркония способствуют получению мелкозернистых магниевых отливок, что приводит к повышению прочности металла. Высокой прочностью обладают магниевые сплавы, легированные цирконием и цинком. Прочность сплава магния с 4-5% Zn и 0,6-0,7% Zr вдвое выше, чем обычного сплава Сплавы этого типа не проявляют ползучести до 200° и рекомендованы как конструкционные материалы для реактивных двигателей. Цирконий добавляется (в виде кремнециркониевого сплава) в свинцовистые бронзы Он обеспечивает дисперсное распределение свинца и полностью предотвращает сегрегацию свинца в сплаве. Высокой прочностью и электропроводностью обладают меднокадмиевые сплавы, содержащие до 0,35% Zr. Добавки 0,02-0,1% Zr в медноникелевые сплавы устраняют вредное влияние свинца на свойства этих сплавов. Рекомендуется добавление циркония в марганцовистую латунь, алюминиевые бронзы и бронзы, содержащие никель. Сплав циркония со свинцом и титаном (33% Zr, 53% Pb, 11% Ti) обладает хорошими пирофорными свойствами. Цирконий входит в состав некоторых антикоррозионных сплавов. Так, сплав, состоящий из 54% Nb, 40% Ta и 6-7% Zr, предложен как заменитель платины [8, c. 161].Металлический цирконий до последнего времени применяли преимущественно в виде порошка и, в более ограниченном масштабе, в виде компактного металла. Высокое сродство циркония к кислороду, низкая температура воспламенения (180-285°) и большая скорость сгорания позволили применить тонкий порошок циркония в качестве воспламенителя в смесях для капсулей-детонаторов, а также для фотовспышек. В смеси с окислителями [Ba(NO3) 2, KClO3] он образует бездымный порох. В электровакуумной технике используют прежде всего геттерирующие свойства циркония (способность поглощать газы - О2, N2, Н2, CO, H2O). Для этих целей применяют ковкий цирконий или используют порошкообразный цирконий, который наносят на детали горячей арматуры (аноды, сетки и др.).Цирконий применяют также как подавитель эмиссии сетки в радиолампе. С этой целью суспензия из тонкого порошка гидрида циркония в смеси с ксиленом, амилацетатом или другим органическим веществом намазывают на сетку. Органическое вещество затем испаряется. При нагревании сетки до 1100°в вакууме гидрид разлагается и цирконий остается на поверхности сетки. Циркониевые листы применяют в рентгеновских трубках с молибденовым иантикатодами. Они служат здесь в качестве фильтра для повышения монохроматично-стирентгеновского излучения. Возможности использования металлического циркония далеко не исчерпаны и ограничивались до последнего времени лишь малым количеством и высокой стоимостью ковкого металла. В связи с промышленным освоением производства ковкого циркония намечаютсяследующие области его использования: в химическом машиностроении (деталицентрифуг, насосов, конденсаторов и др.); в общем машиностроении (поршни, шатуны, тяги и другие детали); в турбостроении (лопасти турбин и другие детали) и впроизводстве медицинского инструмента, В последние годы привлечено внимание к использованию чистого циркония (свободного также и от примеси гафния) в качестве конструкционного материала в установках по производству атомной энергии Наряду с высокой температурой плавления к высокими антикоррозионными свойствами чистый цирконий имеет малое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов (0,22-0,4 барна), что выгодно отличает его от других тугоплавких и коррозионно-устойчивых металлов, в том числе и гафния. В связи с этим ведутся исследования по разработке производственных способов получения чистого циркония, свободного от примеси гафния [3, c. 187].

Заключение

Таким образом, цирконий (Zr) - это элемент таблицы Менделеева, атомный номер которого равен 40, а его атомный вес составляет 91,22. Цирконовые концентраты служат исходным сырьем для получения металлического циркония, а также для выплавки ферросплавов и производства химических соединений (сульфатоцирконаты, основной хлорид, основной карбонат). Циркон практически не разлагается соляной, серной и азотной кислотами. Для его разложения с целью перевода циркония в раствор используют большей частью спекание (или сплавление) с содой или спекание с карбонатом кальция (мелом). Использование циркониевого сплава в настоящее время довольно широко распространено в медицине и атомной энергетике. В других отраслях этот материал также используется, но с меньшей долей.

Список использованной литературы

1. Адаскин, А.М. Материаловедение (металлообработка) / А.М. Адаскин. - М.:Academia, 2018. - 256 c.

2. Волков, А. Химия / А. Волков. - М.: Омега-Л, 2018. - 448 c.

3. Груздев, В.С. Материаловедение: Учебник / В.С. Груздев. - М.: Академия, 2018. -336 c.

4. Дунаев, С.Ф. Общая химия: Учебник / С.Ф. Дунаев. - М.: Академия, 2018. - 160 c.

5. Журавлев, В.А. Лекции по квантовой теории металлов / В.А. Журавлев. - М.: [неуказано], 2016. - 901 c.

6. Мозберг, Р.К. Материаловедение / Р.К. Мозберг. - М.: Высшая школа; Издание 2-е, перераб., 2015. - 448 c.

7. Сильман, Г.И. Материаловедение: Учебное пособие / Г.И. Сильман. - М.:Академия, 2018. - 272 c.

8. Чернов, Д.К. Избранные труды по металлургии и металловедению: моногр. / Д.К. Чернов. - М.: Книга по Требованию, 2016. - 452 c.

9. Чжан Ю. - ., Чэнь В. - ., Цзян С.- Свойства циркония в микро и наноструктуре // Международный студенческий научный вестник. - 2016. - №6.

10. Юм-Розери, В. Введение в физическое металловедение / В. Юм-Розери. - Москва: Наука, 2016. - 204 c.

Размещено на Allbest.ru