Corrosiebestendigheid van zirkonium in ureum, organische media en hete gassen

Waarom zirkonium bestand is tegen corrosie

Zirkonium dankt zijn corrosiebestendigheid aan een dunne, hardnekkige oxidefilm die zich onmiddellijk vormt op een schoon oppervlak en zichzelf herstelt wanneer deze beschadigd raakt, op vrijwel dezelfde manier als titanium. In de meeste waterige en organische media blijft de film stabiel, zodat de aantastingsgraad verwaarloosbaar blijft, zelfs bij agressieve chemische toepassingen. Het metaal wordt voornamelijk geleverd als ongelegeerd Zr702 met een gecontroleerd hafniumgehalte, en in mindere mate als gelegeerd Zr705, in de vorm van staaf, draad en buis. Staaf en draad worden doorgaans besteld volgens ASTM B550 en buizen volgens ASTM B523.

Ureumsynthese en organische media

Onder de hoge temperatuur en hoge druk van de ureumsynthese is zirkonium uitzonderlijk corrosiebestendig. Daarom wordt het in dat proces gebruikt voor voeringen, interne onderdelen en buizen. Het vertoont ook een goede chemische stabiliteit in veel productiemedia voor chemische polymeren, azokleurstoffen en ethanol. Bij tests met warmteoverdrachtmedia zoals gechloreerde bifenyl- en cumeenmengsels was de corrosiesnelheid van zirkonium feitelijk nul. Als er echter waterstof in het medium aanwezig is, zal zirkonium dit absorberen; Door water in het medium te houden, blijft de oxidefilm behouden en wordt de waterstofopname- verminderd.

Gedrag in gassen en bij hoge temperaturen

Zirkonium wordt bij 300-400 graden niet door de meeste gassen aangetast, maar boven dat bereik verandert het beeld snel en heeft elk gas zijn eigen drempelwaarde.

Medium	Drempelwaarde	Effect op zirkonium
CO, CO2, SO2, C3H8, N2 en stoom	300-400 graden	geen corrosie
Lucht	ongeveer 425 graden	ernstige schilfering en afbrokkeling
Zuurstof	ongeveer 540 graden	vormt witte zirkonia op het oppervlak
Waterstof	boven ongeveer 704 graden	snelle absorptie en verbrossing
Stikstof	langzaam vanaf 400 graden, gewelddadig boven 800 graden	vorming van nitride
Lucht, lange blootstelling	ongeveer 1000 graden	snelle oxidatie en verlies van integriteit

Deze limieten zijn niet op een eenvoudige manier cumulatief, en zodra de werktemperatuur in de lucht ongeveer 400 graden overschrijdt, is een vacuüm of een inerte atmosfeer met een hoge zuiverheid veel betrouwbaarder dan welke gedeeltelijke beschermingsmaatregel dan ook.

Waterstofabsorptie, verbrossing en gloeien

Waterstof is gemakkelijk oplosbaar in zirkonium en de oplosbaarheid ervan neemt sterk toe met de temperatuur. De absorptie begint bij ongeveer 300-400 graden, en zodra voldoende waterstof is opgenomen, ondergaat het metaal waterstofverbrossing, wat blijkt uit verlies aan ductiliteit en door barsten. Waterstof die tijdens gebruik of tijdens het beitsen wordt opgenomen, kan worden verwijderd door vacuümgloeien bij ongeveer 1000 graden. Zuurstof en stikstof gedragen zich anders: vacuümgloeien zal ze niet verwijderen, dus beide moeten tijdens het smelten en verwerken worden gecontroleerd, omdat elk de hardheid verhoogt en de ductiliteit onomkeerbaar vermindert. Zirkonium heeft een sterke affiniteit voor zuurstof, stikstof en waterstof, nauw vergelijkbaar met titanium.

Ontwerp- en fabricagebegeleiding

Houd de continue luchttoevoer beneden ongeveer 400 graden en gebruik vacuüm of droog inert gas voor elke hetere behandeling.

Vermijd waterstofhoudende atmosferen boven ongeveer 300 graden, tenzij later een vacuümgloeien is gepland.

Bescherm de oxidefilm: hanteer met schoon gereedschap en vermijd onnodig schuren of gritstralen.

Gebruik voor het beitsen fluorwaterstof- en salpeterzuurmengsels, spoel vervolgens grondig en droog.

Vermijd direct contact met koolstof bij hoge temperaturen, omdat zich zirkoniumcarbide kan vormen.

Ondersteun lange componenten op zirkonium- of keramische steunen in plaats van staal om galvanische en diffusie-effecten te voorkomen.

Veelgestelde vragen

Vraag: Waarom wordt zirkonium gebruikt in apparatuur voor ureumsynthese?
Onder ureumomstandigheden bij hoge temperatuur en hoge druk is zirkonium uitzonderlijk corrosiebestendig, zodat voeringen, interne onderdelen en buizen hun integriteit behouden waar veel andere metalen snel bezwijken.

Vraag: Bij welke temperatuur oxideert zirkonium in de lucht?
Luchtaanval wordt ernstig bij ongeveer 425 graden, zuurstof vormt witte zirkonia bij ongeveer 540 graden, en langdurige blootstelling nabij 1000 graden vernietigt het metaal, dus bij heet werk is vacuüm of inert gas nodig.

Vraag: Heeft zirkonium last van waterstofbrosheid?
Ja. Het begint waterstof te absorberen bij ongeveer 300-400 graden en de oplosbaarheid stijgt met de temperatuur, dus opname veroorzaakt verbrossing. Waterstof kan worden verwijderd door vacuümgloeien bij ongeveer 1000 graden.

Vraag: Kan vacuümgloeien zuurstof en stikstof uit zirkonium verwijderen?
Nee. Bij vacuümgloeien wordt alleen waterstof verwijderd; zuurstof en stikstof moeten tijdens het smelten en verwerken laag worden gehouden, omdat beide de hardheid verhogen en de ductiliteit permanent verminderen.

Vraag: Hoe gedraagt ​​zirkonium zich in stikstof?
Het begint langzaam te reageren bij ongeveer 400 graden en reageert heftig boven 800 graden, waarbij nitride wordt gevormd, zodat stikstofatmosferen bij warme verwerking worden vermeden.

Vraag: Helpt water in een procesmedium zirkonium?
Ja. Een kleine hoeveelheid water houdt de beschermende oxidefilm in stand en verlaagt de waterstofabsorptie. Daarom zijn waterhoudende media minder agressief dan droge waterstofhoudende media.