Odolnosť zirkónu proti korózii v močovine, organických médiách a horúcich plynoch

Prečo zirkónium odoláva korózii

Zirkónium vďačí za svoju odolnosť proti korózii tenkému, húževnatému oxidovému filmu, ktorý sa okamžite vytvorí na čistom povrchu a pri poškodení sa sám opraví, podobne ako titán. Vo väčšine vodných a organických médií zostáva film stabilný, takže miera napadnutia zostáva zanedbateľná aj v agresívnom chemickom prostredí. Kov je dodávaný hlavne ako nelegovaný Zr702 s kontrolovaným obsahom hafnia a v menšej miere ako legovaný Zr705 vo forme tyče, drôtu a trubice. Tyč a drôt sa bežne objednávajú podľa ASTM B550 a hadice podľa ASTM B523.

Syntéza močoviny a organické médiá

Pri vysokej teplote a vysokotlakových podmienkach syntézy močoviny je zirkón výnimočne odolný voči korózii, a preto sa v tomto procese používa na vložky, vnútorné časti a rúrky. Vykazuje tiež dobrú chemickú stabilitu v mnohých médiách na výrobu chemických polymérov, azofarbív a etanolu. Pri testoch s teplonosnými médiami, ako sú zmesi chlórovaného bifenylu a kuménu, bola rýchlosť korózie zirkónu v skutočnosti nulová. Ak je však v médiu prítomný vodík, zirkónium ho absorbuje; udržiavanie vody v médiu chráni oxidový film a znižuje zachytávanie vodíka-.

Správanie sa v plynoch a pri vysokej teplote

Zirkónium nie je napadnuté väčšinou plynov pri 300-400 stupňoch, ale nad týmto rozsahom sa obraz rýchlo mení a každý plyn má svoj vlastný prah.

Stredná	Prahová hodnota	Vplyv na zirkónium
CO, CO2, SO2, C3H8, N2 a para	300-400 stupňov	žiadna korózia
Vzduch	asi 425 stupňov	silné odlupovanie a odlupovanie
Kyslík	asi 540 stupňov	tvorí na povrchu biely zirkón
Vodík	nad asi 704 stupňov	rýchle vstrebávanie a krehnutie
Dusík	pomalý od 400 stupňov, prudký nad 800 stupňov	tvorba nitridov
Vzduch, dlhá expozícia	asi 1000 stupňov	rýchla oxidácia a strata integrity

Tieto limity nie sú jednoduchým spôsobom kumulatívne a akonáhle pracovná teplota na vzduchu prekročí okolo 400 stupňov, vákuum alebo inertná atmosféra vysokej čistoty je oveľa spoľahlivejšia ako akékoľvek čiastočné ochranné opatrenie.

Absorpcia vodíka, krehnutie a žíhanie

Vodík je ľahko rozpustný v zirkóniu a jeho rozpustnosť prudko stúpa s teplotou. Absorpcia začína pri asi 300 až 400 stupňoch a akonáhle sa absorbuje dostatok vodíka, kov utrpí vodíkové skrehnutie, čo sa prejavuje stratou ťažnosti a praskaním. Vodík zachytený v prevádzke alebo počas morenia možno odstrániť vákuovým žíhaním pri teplote asi 1000 stupňov. Kyslík a dusík sa správajú odlišne: vákuové žíhanie ich neodstráni, takže obe musia byť počas tavenia a spracovania kontrolované, pretože každá zvyšuje tvrdosť a nevratne znižuje ťažnosť. Zirkónium má silnú afinitu ku kyslíku, dusíku a vodíku, blízko porovnateľnú s titánom.

Návod na dizajn a výrobu

Udržujte nepretržitú vzduchovú prevádzku pod asi 400 stupňov a na akékoľvek teplejšie ošetrenie použite vákuum alebo suchý inertný plyn.

Vyhnite sa atmosfére obsahujúcej vodík nad približne 300 stupňov, pokiaľ sa neplánuje neskoršie vákuové žíhanie.

Chráňte oxidový film: manipulujte s čistými nástrojmi a vyhnite sa zbytočnému odieraniu alebo otryskaniu.

Na morenie použite zmesi kyseliny fluorovodíkovej a dusičnej, potom dôkladne opláchnite a vysušte.

Zabráňte priamemu kontaktu s uhlíkom pri vysokej teplote, pretože sa môže vytvárať karbid zirkónia.

Dlhé komponenty podopierajte radšej na zirkónových alebo keramických podložkách ako na oceli, aby ste sa vyhli galvanickým a difúznym efektom.

Často kladené otázky

Otázka: Prečo sa zirkónium používa v zariadeniach na syntézu močoviny?
Za podmienok vysokej teploty a vysokého tlaku močoviny je zirkón výnimočne odolný voči korózii, takže vložky, vnútorné časti a rúrky si zachovávajú svoju integritu tam, kde mnohé iné kovy rýchlo zlyhávajú.

Otázka: Pri akej teplote oxiduje zirkón na vzduchu?
Útok vzduchu sa stáva závažným pri asi 425 stupňoch, kyslík tvorí biely zirkón pri asi 540 stupňoch a dlhá expozícia v blízkosti 1000 stupňov ničí kov, takže horúca práca vyžaduje vákuum alebo inertný plyn.

Otázka: Trpí zirkón vodíkovým krehnutím?
áno. Začína absorbovať vodík asi pri 300-400 stupňoch a rozpustnosť stúpa s teplotou, takže zachytávanie spôsobuje krehnutie. Vodík je možné odstrániť vákuovým žíhaním pri teplote asi 1000 stupňov.

Otázka: Môže vákuové žíhanie odstrániť kyslík a dusík zo zirkónu?
Nie. Vákuové žíhanie odstraňuje iba vodík; kyslík a dusík sa musia počas tavenia a spracovania udržiavať na nízkej úrovni, pretože obe zvyšujú tvrdosť a trvalo znižujú ťažnosť.

Otázka: Ako sa zirkónium správa v dusíku?
Začína pomaly reagovať pri teplote asi 400 stupňov a prudko reaguje pri teplote nad 800 stupňov, pričom vytvára nitrid, takže pri spracovaní za tepla sa vyhýba dusíkovej atmosfére.

Otázka: Pomáha voda v procesnom médiu zirkónu?
áno. Malé množstvo vody udržuje ochranný oxidový film a znižuje absorpciu vodíka, preto sú médiá obsahujúce vodu menej agresívne ako suché médiá obsahujúce vodík.