1. Πόσοι τύποι ζιρκονίου υπάρχουν;
Εμπορικά καθαρό (CP) ζιρκόνιο
Ζιρκόνιο υψηλής καθαρότητας με ελάχιστα στοιχεία κράματος, που χρησιμοποιούνται για εφαρμογές που απαιτούν αντίσταση στη διάβρωση.
Κράματα ζιρκονίου
Τροποποιήθηκαν με στοιχεία κράματος (π.χ., κασσίτερο, νιόβιο, σίδηρο, χρωμίου) για την ενίσχυση συγκεκριμένων ιδιοτήτων όπως η αντοχή, η ολκιμότητα ή η αντοχή στην ακτινοβολία.
2. Ποιες είναι οι διαφορετικοί βαθμοί του ζιρκονίου;
Σειρά zircaloy(Κράματα πυρηνικής ποιότητας):
Zircaloy -2: Περιέχει SN (~ 1,2-1,7%), Fe (~ 0. 0 7 - 0. Χρησιμοποιείται σε αντιδραστήρες βρασμού νερού (BWRS).
Zircaloy -4: Παρόμοια με το zircaloy -2 αλλά χωρίς νικέλιο. Χρησιμοποιείται σε αντιδραστήρες νερού υπό πίεση (PWRS) για τη μείωση της διάβρωσης υπό υψηλή ακτινοβολία.
Κράματα ζιρκονίου-niobium(π.χ. Zr -2. 5nb):
Περιέχει Niobium (~ 2,5%) για βελτιωμένη αντοχή και αντοχή στη διάβρωση σε νερό υψηλής θερμοκρασίας. Που χρησιμοποιούνται σε σωλήνες πίεσης αντιδραστήρων candu.
3. Ποιες είναι οι ιδιότητες των κραμάτων ζιρκονίου;
4. Για ποιο λόγο χρησιμοποιείται το κράμα ζιρκονίου;
Πυρηνική βιομηχανία
Η επένδυση ράβδων καυσίμου σε PWRs, BWRs και Candu αντιδραστήρες.
Δομικά συστατικά σε αντιδραστήρες (π.χ. σωλήνες πίεσης, υποστηρίγματα πυρήνα).
Χημικές και πετροχημικές βιομηχανίες
Οι εναλλάκτες θερμότητας, οι αντιδραστήρες, οι βαλβίδες και οι αγωγοί για διαβρωτικά περιβάλλοντα (π.χ., δεξαμενές αποχρωματισμού, παραγωγή λιπασμάτων).
Αεροδιαστημική και θαλάσσια
Αεροδιαστημικές συνδετήρες, ανθεκτικά σε πυρκαγιά εξαρτήματα και ανθεκτικά στη θάλασσα μέρη (π.χ. αντλίες, συστήματα θαλασσινών).
Ιατρικές συσκευές
Τα εμφυτεύματα (π.χ., κεραμικές επικαλύψεις οξειδίου ζιρκονίου για προσθετική) λόγω της βιοσυμβατότητας και της αντοχής στη διάβρωση.
Ηλεκτρονικά και ενέργεια
Σφραγίδες υψηλής θερμοκρασίας, συστατικά σωλήνα κενού και κύτταρα καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFCs).
5. Ποια είναι η διάβρωση των κραμάτων ζιρκονίου;
Μηχανισμός αντοχής στη διάβρωση
Το ζιρκόνιο σχηματίζει ένα λεπτό, προσκολλημένοΔιοξείδιο ζιρκονίου (Zro₂)Παθητικό στρώμα οξειδίου (πάχος 1-5 nm) σε οξειδωτικά ή ουδέτερα περιβάλλοντα, προστατεύοντας το μέταλλο από περαιτέρω επίθεση.
Το στρώμα οξειδίου είναι αυτοθεραπεία, ακόμη και στη μείωση των οξέων (π.χ. HCl), λόγω της ικανότητας του ζιρκονίου να επαναπροσδιορίσει.
Αντίσταση σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα
Οξέα:
Εξαιρετική αντίσταση στο συμπυκνωμένο HCl (έως και 70% στους 100 βαθμούς) και H2SO4 (έως και 50% σε 80 βαθμούς).
Λιγότερο ανθεκτικό στο υδροφθορικό οξύ (HF), το οποίο διαλύει το στρώμα ZRO₂.
Αλκάλια:
Σταθερό σε ισχυρά αλκάλια (π.χ., ΝαΟ, ΚΟΗ) μέχρι το σημείο βρασμού.
Θαλάσσιο περιβάλλον και θαλάσσια περιβάλλοντα:
Εξαιρετικά ανθεκτικό σε σπάσιμο διάβρωσης τάσης που προκαλείται από χλωριούχο (SCC), σε αντίθεση με τους ανοξείδωτους χάλυβες.
Νερό υψηλής θερμοκρασίας:
In nuclear reactors, zirconium alloys form a protective oxide layer, but prolonged exposure to high-temperature water (e.g., >300 βαθμοί) μπορεί να οδηγήσει σε σταδιακή οξείδωση (π.χ., "αντίδραση ζιρκονίου-νερού" σε σενάρια ατυχημάτων, αν και τα σύγχρονα κράματα βελτιστοποιούνται για να μετριάσουν αυτό).
Περιορισμοί διάβρωσης
Απορρόφηση υδρογόνου:
Σε μείωση των περιβαλλόντων ή κατά τη συγκόλληση, το ζιρκόνιο μπορεί να απορροφήσει το υδρογόνο, οδηγώντας σεσχηματισμός υδριδίου(Zrhx), που προκαλεί την καταστροφή.
Οξείδωση υψηλής θερμοκρασίας:
Πάνω από ~ 500 μοίρες στον αέρα, η οξείδωση επιταχύνεται, σχηματίζοντας ζυγαριές Zro₂ που μπορεί να απομακρυνθούν.
Ειδικές εκτιμήσεις από κράμα:
Οι ακαθαρσίες (π.χ. σίδηρο, αλουμίνιο) σε ζιρκόνιο CP μπορούν να μειώσουν την αντίσταση στη διάβρωση. Τα κράματα όπως το Zircaloy ελέγχονται προσεκτικά για επίπεδα ακαθαρσιών.
