Ligas de zircônio: composição, propriedades, aplicação

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

O uso da liga de zircônio é atualmente bastante difundido na medicina e energia nuclear. Em outras indústrias, esse material também é utilizado, mas em menor escala. Vale a pena notar que várias ligas desta matéria-prima ganharam popularidade. Por si só, o zircônio não se tornou um material popular, pois sua qualidade é muito pior que a de uma liga do mesmo metal.

Informações gerais

Zircônio (Zr) é um elemento da tabela periódica cujo número atômico é 40 e seu peso atômico é 91,22. Em condições normais e em condições normais, este material é um metal brilhante com um tom branco prateado. A densidade dessas matérias-primas chega a 6,45 g/cm3. Este metal em sua forma pura, que não contém impurezas, distingue-se pelo fato de ter uma ductilidade muito alta e ser muito fácil de processar a frio e a quente. Vale a pena notar aqui que esta matéria-prima, como o titânio, por exemplo, perderá drasticamente suas propriedades mecânicas se for combinada com impurezas de substâncias não metálicas. Zircônio e oxigênio são considerados os piores compostos.

Propriedades do material eliga

O próprio zircônio se distingue pelo fato de ter uma resistência bastante alta a vários ácidos. Esta matéria-prima não se dissolve em um ambiente como ácido nítrico e clorídrico ou alcalino. Esse recurso é fundamental. Com base nisso, muitas ligas de zircônio são criadas. Por exemplo, se você pegar ligas de magnésio multicomponentes e adicionar um elemento como o zircônio, o material se tornará muito mais resistente à corrosão. Se você criar uma liga de titânio e zircônio, a resistência ao ácido do primeiro elemento aumentará.

Também vale a pena notar que todas as ligas de zircônio com outros metais são caracterizadas pelo fato de não perderem sua tenacidade em uma ampla faixa de temperatura, a resistência ao choque mecânico permanece em um nível muito alto. Um exemplo é uma liga de magnésio com alguns por cento de zinco e apenas alguns décimos de um por cento de zircônio. O metal resultante será quase duas vezes mais forte que o magnésio e também será capaz de manter sua resistência em temperaturas de até 200 graus Celsius.

Descrição dos recursos

As ligas de zircônio são usadas mais ativamente em áreas como revestimento de elementos de combustível, tubos de canal de combustível e várias partes de conjuntos de combustível. O próprio zircônio também é caracterizado pelo fato de que a seção de choque de absorção de nêutrons é bastante baixa. De acordo com este indicador, perde apenas para substâncias como magnésio e berílio. Além disso, o ponto de fusão do zircônio é muito alto.

As ligas de zircônio utilizadas em diversas indústrias são caracterizadas pelo fato de possuírem uma resistência à corrosão muito alta em água, em mistura vapor-água, em vapor saturado e superaquecido até uma temperatura de cerca de 350-360 graus Celsius. Também vale a pena notar que este limite de temperatura deverá ser elevado para valores mais altos em um futuro próximo.

Parâmetros de liga

As propriedades das ligas de zircônio em termos de estabilidade mecânica são bastante altas, o que não pode ser dito sobre o zircônio puro. É por liga que a alta resistência do material é alcançada. Por exemplo, uma liga como nióbio (Nb) e 1% de zircônio (Zr) será caracterizada pelo fato de que o limite de escoamento do material a temperaturas de 20, 200, 300 e 400 graus Celsius será de 200, 160, 120 e 90 MPa. Esta liga é usada ativamente para revestimento de barras de combustível. E, por exemplo, se você alterar a composição da liga de zircônio com nióbio, ou seja, aumentar o teor de zircônio para 2,5%, o limite de elasticidade aumentará para 280, 220, 200 e 180 MPa, nas mesmas temperaturas.

No entanto, esses materiais têm suas desvantagens. As desvantagens incluem o fato de que a liga com zircônio acaba sendo muito assustadora quando a temperatura atinge 320-350 graus Celsius e acima. Outra desvantagem é que o Zr dissolve ativamente o hidrogênio, o que geralmente ocorre durante a corrosão. Com isso, serão formadas substâncias como hidretos de zircônio, que reduzem bastante a ductilidade da matéria-prima, o que torna o metal mais quebradiço.

Zircônio na medicina

As ligas de zircônio são usadas ativamente na medicina. Cientistas por meio de experimentos descobriram que até mesmo o uso de pulseiras simples de zircônio pode ajudar a tratar certas doenças e também pode aumentar o bem-estar geral de uma pessoa.

Hoje, os implantes (contentores) são frequentemente usados em áreas da medicina como traumatologia e cirurgia bucomaxilofacial. Fixadores são usados para fraturas, fixando os ossos para que eles não se movam. É nesses casos que se podem distinguir vantagens do uso de ligas de zircônio como: alta compatibilidade biológica (ou seja, ausência de reações alérgicas do corpo humano a tal liga ou rejeição), características de alta resistência da liga, o que é muito importante para fixadores. Também vale ress altar que a ausência de rejeição ou alergia a tal substância levou ao fato de que não havia necessidade de repetir a operação cirúrgica para remover o retentor se o corpo repentinamente começasse a rejeitar o implante.

Zircônio na indústria de energia nuclear

Até os anos 50 do século passado, acreditava-se que o zircônio não era adequado para uso nesta área. No entanto, foi na década de 50. Pela primeira vez, foi obtido um material que foi completamente purificado de uma impureza como o háfnio. Após a purificação, descobriu-se que o zircônio puro tem uma seção transversal de absorção de nêutrons térmicos muito pequena. Foi essa qualidade que se tornou a principal e possibilitou o uso de ligas de zircônio na indústria de energia nuclear.

Deve-se acrescentar que o zircônio simplesmente purificado não pode ser usado porque a resistência à corrosão era muito baixa em água quente. Depois disso, optou-se por utilizar ligas à base de zircônio. Eles provaram seu valor em reatores resfriados a vapor e ambientes corrosivos semelhantes.

Aplicações gerais de ligas

Zircônio é amplamente utilizado como elemento de liga. Isso se deve ao fato de que os metais aos quais essa substância é adicionada se tornam mais resistentes ao calor, resistentes a ácidos, etc. Ou seja, a liga de metal e zircônio supera em muito a matéria-prima inicial em suas características.

Ferrozirconium é bastante utilizado. É uma liga de zircônio e ferro. O teor do elemento de liga Zr atinge 20% da massa total. Tal substância é usada na metalurgia como desoxidante e desgaseificador para o aço. As ligas de alumínio-zircônio, por exemplo, são consideradas as mais resistentes à corrosão e são utilizadas em grades catódicas para tubos de vácuo. O teor de Zr em tal liga não é superior a 3% da massa total.

Na metalurgia ferrosa, além do ferrozircônio, é frequentemente utilizada uma liga de Zr e silício. É usado para desgaseificar aço. Uma liga de cobre e zircônio é amplamente utilizada para a fabricação de elementos condutores para equipamentos elétricos.

Encontrando zircônio

Vale a pena notar que o zircônio é um elemento bastante raro. O conteúdo desta substância na crosta terrestre não excede0,025% em peso. O zircônio ocupa a décima segunda linha na tabela de prevalência dos metais. Esta matéria-prima é bastante dispersa e, portanto, é muito difícil encontrar grandes depósitos dela. É mais comumente encontrado como um composto químico localizado na litosfera, pois o próprio zircônio é um elemento litófilo.