Zirconium : alliages à base de celui-ci. Propriétés, application

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

Rare, mais en même temps très important dans de nombreuses industries, le métal - le zirconium - n'a été isolé pour la première fois qu'en 1824. Cependant, il contenait encore un certain pourcentage d'autres éléments. Ce n'est qu'au XXe siècle qu'il a été possible d'obtenir du zirconium pur, exempt de diverses impuretés. Les alliages à base de celui-ci sont utilisés avec succès pour la fabrication de réfractaires, d'abrasifs, de peintures céramiques, de papier de verre, de textiles, de déodorants et de pierres artificielles. Bien sûr, il ne faut pas oublier la grande importance de ce métal en médecine. En savoir plus sur lui.

Développement de la métallurgie

Le zirconium est le composant principal des alliages pour l'ingénierie de l'énergie nucléaire. Mais pour cela il faut qu'il soit le plus pur possible de diverses impuretés. Le fait est que dans les minerais de zirconium, il existe non seulement un élément de terre rare tel que le hafnium, mais également de l'azote, du carbone et de l'oxygène. Et ces impuretés non métalliques sont assez dangereuses et peuvent être incluses dans la composition des matériaux de structure des réacteurs nucléaires en une quantité ne dépassant pas un millionième de pour cent. Par conséquent, l'obtention de zirconium pur et d'alliages sursa base est un processus assez long et laborieux. Tout d'abord, le concentré est ouvert, puis il est enrichi, les impuretés indésirables et le hafnium sont séparés.

Le zirconium pur ressemble à un métal typique. En apparence, il ressemble beaucoup à l'acier, mais en même temps plus durable et ductile. Bien sûr, dans les alliages à base de celui-ci, ses caractéristiques peuvent varier considérablement en fonction de la quantité d'autres éléments. Par exemple, l'oxygène (supérieur à 0,6 %) rendra le zirconium plus cassant. Mais il y a aussi un inconvénient: le dioxyde de ce métal (ZrO_{2) a un point de fusion de 2680 °C.}

Matériau de construction principal

Comme mentionné précédemment, le domaine le plus large où le zirconium et ses alliages sont utilisés est l'industrie nucléaire. Leur principal avantage est qu'ils ont une faible section efficace de capture des neutrons thermiques (seulement 0,18 bar), de bonnes propriétés de corrosion et un point de fusion élevé. Ainsi, TVEL est le principal élément combustible constructif de la zone active d'un réacteur nucléaire, dans lequel le combustible nucléaire est placé. C'est dans celui-ci que se produit la fission des noyaux lourds, ce qui signifie que l'élément combustible doit être constitué du métal le plus durable et le plus réfractaire, et qu'il ne doit pas modifier le caractère de l'absorption des neutrons dans le réacteur.

Ainsi, des alliages de zirconium sont utilisés pour fabriquer sa coque. Les exigences pour eux sont assez strictes. Ainsi, les éléments d'alliage ne doivent pas aggraver ses caractéristiques. Cela concerne en particulier la faible section efficace pour la capture des neutrons thermiques. Le zirconium est allié afin desupprimer les effets nocifs de l'azote et améliorer ses propriétés de corrosion. De nombreux éléments du système périodique de Mendeleev ne conviennent pas, car ils réduisent certaines caractéristiques.

L'alliage le plus célèbre utilisé pour fabriquer des barres de combustible est le zircaloy. Son principal élément d'alliage est l'étain et les éléments auxiliaires sont le fer, le chrome et le nickel. En Russie, le niobium est le plus souvent utilisé pour l'alliage du zirconium. Il a également une faible section efficace de capture des neutrons thermiques, réduit l'absorption d'hydrogène et ne forme que des solutions solides. Et cela, à son tour, fournit des alliages à haute ductilité.

Alliage de zirconium

La haute résistance à la corrosion de ce métal explique pourquoi il est si souvent utilisé comme élément d'alliage dans la métallurgie ferreuse et non ferreuse. De plus, il est insoluble dans les acides chlorhydrique et nitrique et les alcalis. Ainsi, les alliages multicomposants de zirconium avec du magnésium sont très populaires. De plus, l'alliage avec ce métal augmente la résistance aux acides du titane. Les alliages de zirconium avec du cuivre ont une résistance et une conductivité électrique élevées. Très souvent, il est également utilisé comme additif dans la production de différentes nuances d'acier. Cela vous permet d'en éliminer le soufre, l'azote et l'oxygène.

Industrie médicale

Considérant le zirconium et ses alliages, on ne peut manquer de mentionner un autre domaine d'utilisation. Dans l'industrie médicale, ils occupent loin d'être la dernière place. Plus récemment, l'acier etalliages de titane. Cependant, dans certains cas, l'organisme a rejeté ces métaux, contre lesquels une réaction allergique est apparue. La médecine moderne utilise des alliages de zirconium et de titane pour la fabrication d'agrafes, de plaques, d'implants, de prothèses dentaires et de leurs mécanismes de fixation.

Parce que ce métal et ses composés ne sont pas irritants pour les os et les tissus mous environnants, il a été utilisé avec succès dans la fabrication de bijoux. Par exemple, les boucles d'oreilles en zirconium ne provoquent pas de réaction allergique et guérissent une blessure au lobe de l'oreille pas pire que l'or.

Consommation électrique

L'alliage d'aluminium et de zirconium présente de nombreuses caractéristiques positives et est donc utilisé avec succès dans l'industrie énergétique. Le fait est que les fils d'acier et de cuivre pèsent beaucoup et que les anciens supports ne peuvent souvent pas supporter une telle charge. En 1960, au Japon, un groupe de scientifiques a produit une série d'alliages d'aluminium et de zirconium. Ils ont déterminé qu'un tel matériau peut être utilisé pendant longtemps à des températures élevées (150-230 ° C) et qu'il sera en même temps assez léger. Cela lui permet d'être utilisé pour la fabrication de fils haute température. Cela augmente la fiabilité et l'efficacité des réseaux électriques.

Autres applications pour les composés et alliages de zirconium

Dans de nombreux antisudorifiques, vous pouvez trouver un composant tel que l'Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. C'est un composé chimique qui absorbe la sueur et son odeur. Les scientifiques ont découvert que ce n'est pasabsorbée par la peau et, par conséquent, ne peut pas nuire gravement à la santé. Malgré cela, l'aluminium-zirconium-tétrachlorohydrexglycine est interdit dans l'UE et aux États-Unis.

L'oxyde de zirconium est utilisé pour fabriquer l'électrocorindon. Il est obtenu par fusion dans des fours électriques basculants. L'électrocorindon de zirconium s'avère assez résistant et permet de traiter des matériaux avec une grande force de serrage. Le plus souvent, il est utilisé pour le meulage grossier et grossier.

En général, il convient de noter que le zirconium et ses alliages ont un point de fusion élevé, une résistance chimique et un faible coefficient de dilatation thermique. C'est pour cette raison qu'il est activement utilisé dans une grande variété de domaines.