Principales propriétés et utilisations du zirconium

 

• Le zirconium (Zr) est le neuvième élément le plus courant et est abondant dans la croûte terrestre, représentant 0,025 %. Son contenu géologique dépasse Zn, Pb, Ni et même Cu et Sn, et ses réserves sont de 2,5. fois celui du cuivre.

• Le point de fusion est de 1882 °C, le point d'ébullition est de 4377 degrés et la densité est de 6,506 g/cm3(20).

• Selon les caractéristiques de performance du zirconium, le zirconium est principalement utilisé dans les réacteurs nucléaires, les équipements chimiques et comme composants d'alliage.

• Le zirconium a une faible section efficace d'absorption des neutrons thermiques (cible 0 0,18) et l'hafnium a une section efficace de neutrons thermiques élevée (cible 105) ; le zirconium a un numéro atomique de 4a et un poids atomique de 91,224.

(1) Le zirconium est un matériau pénétrant thermiquement neutre
Sous le rayonnement neutronique, la résistance et la ténacité du zirconium restent inchangées et sa section efficace d'absorption des neutrons thermiques est petite, ce qui en fait un bon matériau structurel pour réacteur.

(2) Le zirconium, un excellent matériau résistant à la corrosion, présente une forte résistance à de nombreux milieux corrosifs.

Son excellente résistance à la corrosion acide, alcaline et par métal liquide fait du zirconium un matériau idéal pour les échangeurs de chaleur, les tours de décapage, les tours de séchage et les vannes de réacteurs d'aujourd'hui. Matériau préféré pour les portes, les conduits et les applications nucléaires.

(3) L'hydrogène et les matériaux de dégazage commencent à absorber l'hydrogène dans des conditions de basse température.

(4) En tant que meilleur élément d'alliage pour l'acier, l'aluminium, le magnésium, le cuivre, le titane, le zirconium, le niobium, etc.

En tant qu'additif d'alliage, il est principalement utilisé dans les alliages aluminium-magnésium pour contrôler la taille des grains et la microstructure, ainsi que dans l'acier pour la désoxydation.

(1) Pour le zirconium utilisé dans l'industrie nucléaire, la teneur en hafnium est limitée à moins de quelques parties pour dix mille et nécessite un traitement thermique.
(2) Zirconium pour l'industrie non nucléaire, la teneur en hafnium peut atteindre environ 4 %.

 

Le zirconium est un métal actif et est très sensible à la présence d’éléments impuretés. Des traces d'impuretés peuvent provoquer une fragilisation. Il a une forte affinité pour l'oxygène, l'azote, l'hydrogène et d'autres gaz présents dans le gaz ambiant.

 

À haute température, le zirconium est facilement contaminé par les gaz et subit une réaction d'oxydation.

 

Il peut réagir avec l'oxygène de l'air à température ambiante pour former un film protecteur d'oxyde. Ce film protecteur confère au zirconium et à ses alliages des capacités anticorrosion extrêmement fortes.

 

1. Propriétés mécaniques du matériau zirconium à température ambiante

Le zirconium a de bonnes propriétés mécaniques à température ambiante. Généralement, le zirconium est utilisé comme matériau pour les récipients sous pression et son allongement ne doit pas être inférieur à 16 %. Le taux d'allongement minimum des matériaux généraux des conteneurs ne peut pas être inférieur à 14 %, et le général L'exigence est que le taux d'allongement soit supérieur ou égal à 20 %. Le diamètre de l'axe de flexion lors de l'essai de flexion des matériaux métalliques généraux est de 4 t et la norme pour le zirconium est de 10 t.

2. Propriétés à haute et basse température du matériau en zirconium

1) Résistance au fluage :
Le fluage sous contrainte dépendant du temps est généralement exprimé comme le pourcentage de déformation plastique à un moment donné sous charge constante.

2) Rupture de contrainte
La méthode de mesure de la durée de vie du métal dans des conditions de température et de charge constantes est généralement utilisée pour les alliages porteurs qui sont endommagés dans un court laps de temps.

3) Performances à basse température, le zirconium n'a aucune transition de la ductilité à basse température à la fragilité.

4) Fatigue, limites de fatigue dans le zirconium et les alliages de zirconium.