Jun
30
2015

Цирконий


Этот химический элемент, который впоследствии с атомной массой в 91,224 г/моль занял 40-е место в таблице Д.И. Менделеева, был получен шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом в начале XIX века. За основу был взят оксид ZrO2, который обнаружили в драгоценном камне, привезенном еще одним ученым – Мартином Генрихом Клапротом – с Цейлона. Успешным оказалось воздействие на фторцирконат калия металлического натрия:

К2[ZrF6] + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Цирконий
Итогом опытов стало получение чистого циркония – блестящего, серебристо-белого металла, невероятно пластичного, но вместе с тем достаточно плотного. Впоследствии выяснилось, что Zr прекрасно поддается обработке – горячей и холодной (ковка, прокатка, штамповка), но практически полностью теряет свои лучшие качества, получая неметаллические примеси.

Физические свойства Циркония

Известны 2 кристаллические модификации циркония:

  • α-цирконий – гексагональная плотноупакованная решетка (а = 3.228Å; с = 5,120Å)
  • β-цирконий – кубическая объемноцентрированная решетка (а = 3,61Å)

Получение β-формы из α-формы возможно при нагревании металла до 862°С.

Цирконий обладает следующими физическими свойствами:

  • плотность циркония – 6,45 г/см3 (при нормальных условиях, т.е. при 20°С)
  • температура плавления – 1825°С
  • температура кипения 3580-3700°С
  • удельная теплоемкость (25-100°С) – 0,291 кдж/(кг·К) [0,0693 кал/(г·°С)]
  • коэффициент теплопроводности (50°С) – 20,96 вт/(м·К) [0,050 кал/(см·сек·°С)]
  • температурный коэффициент линейного расширения (20-400°С) – 6,9·10-6
  • удельное электрическое сопротивление (20°С) – 44,1 мком·см

чистый цирконий
Металл, имеющий в качестве примесей водород, углерод, азот или кислород, заметно увеличивает в своей хрупкости. Чистый же цирконий наделен:

  • модулем упругости (20 °С) – 97 Гн/м2(9700 кгс/мм2)
  • пределом прочности при растяжении – 253 Мн/м2 (25,3 кгс/мм2)
  • твердостью по Бринеллю – 640-670 Мн/м2 (64-67 кгс/мм2)

Коррозионная стойкость циркония

Защита от коррозии – вот то качество, которое в случае с цирконием зачастую ставится во главу угла. Данный элемент не растворим ни в щелочах, ни в азотной или соляной кислотах. Это прекрасный легирующий элемент, который делает любые многокомпонентные магниевые сплавы на порядок более коррозионно-устойчивыми.
Цирконий применение
Помимо коррозионной защиты цирконий способен заметно улучшать и другие качества сплава: сохранять его вязкость, повышать ударопрочность, а в медных сплавах – сохранять электропроводность на фоне значительного упрочнения. Всего нескольких десятых процента Zr в магниевом сплаве увеличивают его прочность вдвое. Почти то же можно сказать и об алюминиевых сплавах, которые при наличии циркония на порядок повышают свои эксплуатационные характеристики.

Цирконий в металлургии

Цирконий – металл, широко используемый в металлургии. Прежде всего, его применяют в качестве высокоэффективного раскислителя (по этим свойствам Zr оказался лучше титана и марганца). Также цирконий способствует сохранению вязкости сталей, наделяя при этом их стойкостью к большим ударным нагрузкам. Наконец, элемент Zr выводит из сплава газы и серу, а значит, способствует сохранению пластичности металла.

Для примера: металлический сплав без циркония выдерживает ударную нагрузку в 900 кг. Лишь 0,1-процентная добавка Zr повышает её до 1600 кг.

В цветной металлургии цирконий выступает в качестве легирующего элемента, а также используется для повышения теплостойкости алюминиевых сплавов.

Leave a Reply


Рубрики



Архив блога