Zergatik egiten dio zirkoniozko paperak korrosioari aurre?

Oxido geruza pasiboaren eraketa mekanismoa azalduta

Zirkonioaren korrosioarekiko erresistentziaren oinarria oxido geruza pasibo bat eratzeko duen gaitasunean datza. Prozesu hau, pasibazio izenekoa, berez gertatzen da zirkonioa aireko edo ur-disoluzioetako oxigenoaren eraginpean dagoenean. Sortzen den geruza, batez ere zirkonio dioxidoz (ZrO2) osatua, oso mehea da - normalean nanometro gutxi batzuetako lodiera duena - baina oso eraginkorra azpiko metala babesteko.

Pasibazioaren kimika.

Noiz zirkoniozko papera oxigenoarekin kontaktuan jartzen denean, metalaren gainazaleko atomoek erreakzionatzen dute oxido geruza estu bat sortzeko. Erreakzio hau ekuazio kimiko honen bidez adieraz daiteke:

Zr + O2 → ZrO2

Sortutako zirkonio dioxido geruza amorfoa eta oso egonkorra da, gutxi gorabehera 2700 °C-ko urtze-puntua duelarik. Egonkortasun honek nabarmen laguntzen dio bere babes-propietateei.

Auto-sendatzeko propietateak

Zirkonioaren geruza pasiboaren alderdirik aipagarrienetako bat bere burua sendatzeko duen gaitasuna da. Oxido geruza kaltetuta edo urratuta badago, azpiko metala agerian utziz, agerian geratzen den zirkonio berriak oxigenoarekin erreakzionatzen du babes-geruza berriro sortzeko. Bere burua sendatzeko propietate honek korrosioaren aurkako babes jarraitua bermatzen du, ingurune zailetan ere.

Korrosioarekiko erresistentzia ingurune azidoetan eta alkalinoetan

Zirkonioaren korrosioarekiko erresistentzia pH espektro zabal batean zehar hedatzen da, eta horrek egokia egiten du bai baldintza oso azidoetan bai baldintza oso alkalinoetan erabiltzeko. Hala ere, portaera zirkoniozko papera ingurune espezifikoaren arabera alda daiteke.

Baldintza azidoetan errendimendua

Ingurune azidoetan, zirkonioak erresistentzia apartekoa erakusten du azido mineral gehienen aurrean, besteak beste, azido klorhidriko, sulfuriko eta nitrikoarekiko. Oxido geruza pasiboa egonkor mantentzen da baldintza hauetan, azpiko metala erasoetatik babestuz. Erresistentzia hau bereziki nabarmena da azido bero eta kontzentratuetan, non beste material askok azkar degradatuko liratekeen.

Hala ere, kontuan izan behar da zirkonioa azido fluorhidrikoarekin eta fluoruroa duten zenbait disoluziorekin eraso daitekeela, eta hauek babes-oxido geruza disolbatu dezaketela. Kasu hauetan, zirkonio aleazioen kalitate bereziak edo material alternatiboak beharrezkoak izan daitezke.

Portaera disoluzio alkalinoetan

Zirkonioak korrosioarekiko erresistentzia bikaina erakusten du ingurune alkalinoetan ere. Oxido geruza pasiboa egonkorra izaten da 14ko pH balioa duten disoluzioetan, eta horrek baldintza oso basikoetan erabiltzeko egokia egiten du. Erresistentzia hau disoluzio kaustiko beroetara hedatzen da, non zirkonioak beste material asko gainditzen dituen, altzairu herdoilgaitzak barne.

Zirkonioaren egonkortasuna ingurune alkalinoetan bere oxido geruzaren izaera anfoteroari egozten zaio. Horrek esan nahi du oxidoak azido eta base gisa joka dezakeela, pH tarte zabal batean egonkor mantentzea ahalbidetuz.

Konparaketa: Zirkonioaren eta Hastelloyaren korrosioarekiko erresistentzia

Korrosioarekiko erresistenteak diren aplikazioetarako materialak aukeratzerakoan, ingeniariek askotan alderatzen dituzte zirkoniozko papera beste errendimendu handiko aleazioekin, hala nola Hastelloy-rekin. Bi materialek korrosioarekiko erresistentzia bikaina eskaintzen duten arren, propietate eta aplikazio-eremu desberdinak dituzte.

Zirkonioaren abantailak.

Zirkonioa oso ondo funtzionatzen du ingurune oso korrosiboetan, batez ere azido mineral beroetan eta disoluzio kaustikoetan. Bere oxido geruza pasiboak babes bikaina eskaintzen du baldintza hauetan, askotan Hastelloy baino hobea izanik. Zirkonioaren abantaila nagusietako batzuk hauek dira:

• Azido sulfuriko eta klorhidriko beroen aurrean erresistentzia hobea
• Errendimendu bikaina ingurune kaustikoetan
• Dentsitate txikiagoa, arinagoa izan dadin erresistentzia konparagarria izan dezan
• Urtze-puntu altuagoa, tenperatura altuko aplikazioetarako egokia

Hastelloyren indarguneak

Hastelloy-k, nikel-oinarritutako superaleazio batek, abantaila multzo bat eskaintzen du korrosioarekiko erresistenteak diren aplikazioetan:

• Azido nitrikoa bezalako azido oxidatzaileen aurrean erresistentzia hobea
• Tenperatura altuetan propietate mekaniko bikainak
• Tentsio-korrosioaren aurkako pitzaduraren aurkako erresistentzia handiagoa
• Soldagarritasun eta formagarritasun hobea

Aplikazio espezifikoen hautaketa

Zirkonioaren eta Hastelloyaren arteko aukera askotan aplikazioaren eskakizun espezifikoen araberakoa da. Adibidez, azido sulfuriko beroa maneiatzen duten produktu kimikoen prozesamenduko ekipoetan, zirkoniozko xafla izango litzateke aukera hobetsia. Hala ere, azido oxidatzaileak dituzten aplikazioetarako edo tenperatura altuko erresistentzia behar dutenetarako, Hastelloy egokiagoa izan daiteke.

Material hauen artean aukeratzerakoan, ezinbestekoa da faktore hauek kontuan hartzea: ingurune korrosibo espezifikoa, funtzionamendu-tenperatura, eskakizun mekanikoak eta kostua. Kasu batzuetan, bi materialen konbinazioa erabil daiteke sistema baten atal desberdinetan, errendimendua eta kostu-eraginkortasuna optimizatzeko.

Ondorioa

Korrosioarekiko erresistentzia paregabea zirkoniozko papera bere oxido geruza pasiboaren eraketa-mekanismo bereziaren emaitza da. Auto-sendatzeko babes-geruza honek zirkonioak korrosio-ingurune ugari jasateko aukera ematen du, azido sendoetatik hasi eta soluzio alkalinoetaraino. Hastelloy bezalako beste errendimendu handiko aleazio batzuek beren abantailak eskaintzen dituzten bitartean, zirkonioaren propietate espezifikoek material baliotsu bihurtzen dute korrosioarekiko erresistentzia funtsezkoa den industria-aplikazio ugaritan.

Korrosioarekiko erresistentzia funtsezkoa den industrian, hala nola prozesamendu kimikoan, aeroespazialean edo energia nuklearraren sorkuntzan, zirkoniozko papera aukera bikaina da material gisa. Ingurune gogorretan osotasuna mantentzeko duen gaitasunak ekipamenduen bizitza luzatzea, mantentze-kostuak murriztea eta segurtasuna hobetzea ekar dezake.

Korrosioarekiko erresistenteak diren aplikazioetarako zirkoniozko papera kontuan hartzen ari bazara, ez begiratu gehiago. Baoji Freelong New Material Technology Development Co., Ltd.-ren eskutik dator. Txinako Titanium Valley-n kokatuta gaude, eta kalitate handiko zirkonioa, titanioa, nikela, niobioa, tantaloa eta beste aleazio-material batzuk ekoizten espezializatuta gaude. Kalitatearekiko eta bezeroen gogobetetasunarekiko dugun konpromisoari esker, Australiako, Koreako, Alemaniako, AEBko, Erresuma Batuko, Malaysiako, Ekialde Hurbileko, Taiwaneko eta beste hainbat lekutako bezeroen konfiantza lortu dugu. Harro gaude gure bezeroen kalitate-itxaropenak betetzeaz eta gainditzeaz, materialen osotasunari inolako konpromisorik jarri gabe.

Prest al zaude gure zirkoniozko paperak nola hobetu ditzakeen zure korrosioarekiko erresistentzia duten aplikazioak aztertzeko? Jarri gurekin harremanetan gaur bertan helbide honetan: jenny@bjfreelong.com zure behar zehatzak eztabaidatzeko eta gure espezializazioak zure proiektuei nola onura dakiekeen ezagutzeko.

Erreferentziak

1. Cox, B. (2005). Erreaktore barruko zirkonio aleazioen korrosioaren mekanismoei buruzko zenbait gogoeta. Journal of Nuclear Materials, 336(2-3), 331-368.

2. Motta, AT, Couet, A., eta Comstock, RJ (2015). Erregai nuklearraren estaldurarako erabilitako zirkonio aleazioen korrosioa. Materialen Ikerketaren Urteko Aldizkaria, 45, 311-343.

3. Nagase, F., & Fuketa, T. (2005). Zircaloy-4 estalduraren hausturan hidruro ertzaren efektuaren ikerketa hodi-leherketa probarekin. Journal of Nuclear Science and Technology, 42(1), 58-65.

4. Pecheur, D., Godlewski, J., Billot, P., eta Thomazet, J. (1996). Zircaloy-4 estalduraren ur-ertzeko korrosioan sortutako oxido-filen mikroegitura, ingurune litiatuan. Journal of Nuclear Materials, 232(1), 61-76.

5. Schemel, JH (1977). Zirkonioari eta hafnioari buruzko ASTM eskuliburua. ASTM International.

6. Yao, MY, Zhou, BX, Li, Q., Liu, WQ, Geng, X., eta Lu, YP (2008). Zircaloy-4-aren korrosio-portaera hobea litiatutako uretan 360 °C/18.6 MPa-tan β-quenching bidez. Journal of Nuclear Materials, 374(1-2), 197-203.