Het Metaal Zirkoon

Auteur Topic: Het Metaal Zirkoon  (gelezen 796 keer)

Offline Innomet Ko Buijs

  • Sponsor
  • Forum lid
  • ***
  • Berichten: 59
Het Metaal Zirkoon
« Gepost op: 30 maart 2017, 15:03:45 »
Zirkoon ook wel zirkonium genoemd, is een zeer corrosiebestendig metaal dat qua mechanisch gedrag en fysische eigenschappen behoorlijk overeenkomt met titaan. Het metaal reageert uiterst snel met zuurstof waardoor het een hechte stabiele oxidehuid vormt. Het heeft net als titaan een hoge oplosbaarheid voor zuurstof, waterstof en stikstof bij hoge temperatuur. Geringe opnamen van deze gassen zorgen voor een toename van de hardheid en een afname van de ductiliteit. Bij zeer hoge temperaturen zal zirkoon ook reageren met koolstof en koolstofhoudende componenten tot zirkooncarbiden. Hogere gehaltes aan carbiden zullen het metaal doen verbrossen.
Vanwege de grote reactiviteit van zirkoon met zuurstof, stikstof en waterstof bij hoge temperaturen zal in dat geval het metaal beschermd moeten worden met een zuiver inert gas of in een afdoende vacuüm omgeving. Bovendien dient het zirkoon ook vrij te zijn van vet, olie en vuil teneinde te voorkomen dat koolstof- en zuurstofhoudend materiaal het materiaal verbrost of poreusheid veroorzaakt.

Zirkoon heeft een hexagonale pakkingsstructuur (alfa-fase) beneden de 865°C die transformeert naar een kubisch ruimtelijke structuur boven deze temperatuur (bèta-fase). Deze bèta-fase kan men onmogelijk bij kamertemperatuur verkrijgen waardoor men altijd een ongecompliceerde structuur krijgt bij omgevingstemperatuur hetgeen de kans op interkristallijne corrosie verwaarloosbaar klein maakt. Verontreinigingen hebben een grote invloed op de mechanische waarden. Legeringelementen kunnen ofwel de alfa ofwel de bètastructuur bevorderen. Men spreekt dan ook wel van alfa of bèta stabilisatoren. Alfastabilisatoren zijn aluminium, antimoon, tin, beryllium, lood, hafnium, stikstof, zuurstof en cadmium. Bètastabilisatoren zijn ijzer, chroom, nikkel, molybdeen, koper, niobium, tantaal, vanadium, uranium, titaan, mangaan, kobalt en zilver. Vanwege de hexagonale pakkingstructuur heeft zirkoon slechts een beperkt aantal glijvlakken en daarom zijn bepaalde waarden, zoals de uitzettingscoëfficiënt, treksterkte, rek en de buigweerstand variabel in afhankelijkheid van de oriëntatie van het kristalrooster.
Zirkoon kan goed worden verwerkt met bekende methoden mits men drie parameters in acht neemt t.w. lage snijsnelheid, hoge voeding en een overvloedige toediening van snijolie.
Zirkoonlegeringen neigen tot koudversteviging en daarom dienen de vrijloophoeken van de snijgereedschappen groter dan normaal te zijn. Op deze wijze kan de beitel dieper binnendringen in de reeds verstevigde laag.

Zirkoon is niet giftig en daarom vereist de verwerking geen speciale eisen. Het enige gevaar schuilt in de grote verbrandingsneiging waarbij zeer veel energie vrijkomt. Deze pyrofore eigenschap wordt dan pas actueel indien er een kritische verhouding ontstaat tussen oppervlakte en volume. Zeer kleine deeltjes kunnen daarom gemakkelijk tot zelfontbranding komen. Daarom moet men altijd zirkoonspanen of slijpsel bewaren in speciale opslagvaten die dusdanig met water zijn gevuld zodat de zirkoonresiduen altijd onder water staan.

Zirkoon wordt meestal gelast m.b.v. het TIG of MIG-lasproces maar ook wel met het plasma-lasproces en laser. Men kan geen lasprocessen toepassen waar men fluxen moet gebruiken omdat deze de las zullen contamineren waardoor het zirkoon plaatselijk zal verbrossen.
Zirkoon is qua lassen goed te vergelijken met titaan. Het heeft een lage uitzettingcoëfficiënt en dat is een groot voordeel omdat het materiaal dan nauwelijks vervormt tijdens een thermische belasting. Vanwege de lage elasticiteitsmodulus zijn de restspanningen in de lasverbindingen gering. Ondanks dit is het toch aan te raden na het lassen spanningsvrij te gloeien bij 550-600°C. Als richtlijn wordt 1 uur gloeitijd aanbevolen per 25 mm materiaaldikte.
Om een goede lasverbinding in het zirkoon te kunnen maken, dient men reeds in het ontwerpstadium daar rekening mee te houden. Men moet in dit verband ook de mogelijkheden t.a.v. gasbescherming meenemen. Zoals men titaan en roestvast staal last met het TIG-lasproces zo kan men ook zirkoon lassen.

Een groot verschil met het lassen van roestvast staal is dat zirkoon een veel hogere graad van schoon werken vereist en dat men naast het gesmolten metaal ook de afkoelende las goed moet beschermen met een overmaat aan inert gas totdat het materiaal een temperatuur heeft bereikt van 480°C. Op deze wijze kan men atmosferische contaminatie tegengaan. Gesmolten zirkoon reageert met vele stoffen zoals organische en anorganische verbindingen, metalen, vuurvaste bekledingen en vele gassen waardoor het in alle gevallen verbrost. Daarom is het zo enorm van belang dat de te lassen zones en lasdraad vrij zijn van elke vorm van vuil en andere vreemde stoffen. Ook moet het inerte gas (meestal argon) vrij zijn van vocht en andere verontreinigingen. Zijn er toch verontreinigingen in het metaal gekomen dan moet men erop rekenen dat het materiaal op die plaatsen is verbrost en dat de corrosiebestendigheid daar duidelijk minder is.

Het commercieel zuivere kwaliteit Zr 702 wordt het meest industrieel toegepast met name in de chemische sector. Deze kwaliteit heeft de beste corrosiebestendigheid maar is mechanisch de zwakste in vergelijking met alle andere zirkoonlegeringen. De zirkoon kwaliteit Zr 705 heeft echter nagenoeg dezelfde corrosiebestendigheid als Zr 702 maar heeft vanwege de gemengde kristalstructuur mechanische waarden die bijna twee keer zo groot zijn.