9.7.5. Применение ванадия и его сплавов

Сплавы со специальными физическими и химическими свойства­ми разрабатывают прежде всего применительно к ядерной технике и химическому машиностроению. Сплавы ванадия используют для плакирования ядерных реакторов, охлаждаемых жидким калием или натрием; при этом сплавы практически не взаимодействуют до температуры 800...900 °С с ядерным горючим и охлаждающими сме­сями, обеспечивая защиту от продуктов расщепления. Высокая кор­розионная стойкость сплавов ванадия в морской воде и во многих химических агрессивных средах обусловливает применение их как конструкционных материалов в судостроении и для изготовления хи­мической аппаратуры. Фольгу ванадия и его сплавов используют в ка­честве прослойки между сталью и титаном в целях плакирования ста­ли или тугоплавких металлов титановым и циркониевым сплавами при диффузионной сварке. Облицовка такими комбинированными матери­алами удешевляет и расширяет возможность применения химической аппаратуры. Сплавы ванадия с рением применяют для изготовления неокисляющихся электроконтактов. Возрастает значение сплавов ва­надия как сверхпроводящих материалов, используемых для получения магнитных полей с высокой напряженностью.

Высокая удельная прочность в сочетании с хорошей коррозион­ной стойкостью обусловливают применение ванадиевых сплавов в самолето- и ракетостроении. Их используют для изготовления ка­мер сгорания двигателей коррекции космических аппаратов.

Если в химической и других отраслях промышленности нашли при­менение сплавы ванадия, то в металлургии необходим сам металл. Вана­дий - один из главных легирующих элементов. Ничтожные добавки его повышают упругость и прочность стали примерно на 50 %. Многие со­временные марки пружинных сталей содержат до 0,25 % ванадия.

В настоящее время даже металлургам, которые в познании вана­дия опередили ученых других специальностей, предстоит узнать о ва­надии еще многое. А химикам, особенно тем, которые изучают ме­ханизм каталитического действия различных веществ, еще больше [50].

9.8. Цирконий

Цирконий - элемент IV группы периодической системы - был открыт в 1789 г. немецким академиком Клапротом в наиболее распространенном минерале циркония - цирконе. Этот минерал был известен в глубокой древности и использовался как драгоценный камень, имея различные названия: гиацинт, яцинт, яргон. В 1824 г. шведский химик Берцеллиус впервые получил металлический цир­коний в форме сильно загрязненного примесями порошка восста­новлением натрием фтороцирконата калия:

К₂ (ZrF₆) + 4Na → Zr + 2KF + 4NaF

Промышленное производство циркония началось в начале 50-х годов нашего столетия в связи с потребностью в чистом цирконии атомной энергетики. Соединения циркония и металлический цир­коний, полученные из рудного сырья, всегда содержат примесь хи­мического аналога циркония - гафния, открытого в 1923 г. Содер­жание гафния в цирконии зависит от природы исходного сырья и колеблется в пределах от десятых долей до нескольких процентов.

9.8.1. Свойства циркония

Компактный цирконий внешне напоминает сталь, поро­шкообразный цирконий – темно-серого цвета. Металл имеет две кристаллические модификации: гексагональную α-форму с периодами решетки а = 3,223 Å,

с = 5,123 Å, устойчивую до 1 135 К, куби­ческую гранецентрированную β-форму с периодом а = 3,61 Å, ус­тойчивую выше 1 135 К.

Чистый цирконий пластичен, легко поддается ковке, прокатке в листы, протяжке. Примеси кислорода, азота, углерода и водорода сильно влияют на механические свойства, поэтому они зависят от способа получения металла.

Цирконий стоек на воздухе, при нагревании компактных металлов до 573...873 К он покрывается пленкой оксида, а выше 1 073 К - быстро окисляется с образованием высшего оксида Zr0₂ . Порошкообразный цирконий при 453...558 К окисляется на воздухе с воспламенением. Цирконий активно поглощает водород уже при температуре 573...675 К с образованием твердого раствора водорода в металле и гидрида ZrH₂. Выше 1 175 К цирконий быстро поглощает азот и активно взаимодей­ствует с окисью углерода. С азотом и углеродом цирконий образует весь­ма твердые и тугоплавкие соединения - нитриды и карбиды.

Соединение	ZrC	ZrN
Температура плавления , К	3693	3255
Микротвердость, МПа	26∙103	15∙103

Некоторые физические свойства циркония приведены в табл. 52.

Таблица 52.