molibden-1100x550

Zirkonyum

Zirkonyum 702 ve 705 alaşımları, içerisindeki hafniyum oranı %4,5’u geçmemek üzere, %95,5 – %99,2 oranında Zirkonyum ve Hafniyum içerirler. İki alaşım arasında çok az bir fiziksel ve mekanik özellik farkı olmasına rağmen, her ikisi de mükemmel korozyon direnci gösterirler. Zirkonyum 702, saf zirkonyumdur. Zirkonyum 705, mukavemetini artırmak ve şekillendirilebilmesini geliştirmek için niobyum içerir. Tablo-1 de her iki alaşımında kimyasal bileşimi gösterilmektedir. Zirkonyumun içerisinde Hafniyum elementinin olup olmaması, Zirkonyumun fiziksel, mekanik ve korozyon direnci özelliklerini etkilememektedir.

Zirkonyumun oksijene karşı, oda sıcaklığında koruyucu bir oksit tabakası oluşturmasına sebep olan çok yüksek bir çekimi vardır. Bu koruyucu tabaka, Zirkonyuma süper bir korozyon direnci sağlar.

Zirkonyum alaşımları, dondurucu soğuklarda bile çok iyi süneklik gösterirler ve diğer mühendislik malzemelerine kıyasla mukavemetleri de iyidir.

Zirkonyum alaşımları, düşük sıcaklık yumuşaklıktan kırılganlığa geçişi sergilemezler.

Alaşım Zirkonyum 702 Zirkonyum 705
UNS No R60702 R60705
Element % %
Zirkonyum + Hafniyum, min 99,2 95,5
Hafniyum, maks. 4,5 4,5
Demir + Krom, maks. 0,2 0,2
Hidrojen, maks. 0,005 0,005
Nitrojen maks. 0,025 0,025
Karbon, maks. 0,05 0,05
Niobyum 2,0 – 3,0
Oksijen, maks. 0,16 0,18

Zirkonyum alaşımlarının termal özellikleri gösterilmektedir. Zirkonyum alaşımlarının paslanmaz çeliklere oranla %30 daha fazla ısı iletkenliğine sahip olması, Zirkonyumu eşanjör uygulamaları için çok ideal bir malzeme yapmaktadır. Bunun yanında, Zirkonyumun doğrusal ısıl genleşme katsayısının, paslanmaz çeliklerin yaklaşık 3 katı olması da, Zirkonyuma yüksek sıcaklıklarda süper bir ölçüsel kararlılık vermektedir.

Zirkonyum 702 Zirkonyum 705
Erime noktası 1852 °C 1840 °C
Özgül ısı, KJ/kg-K (0-100°C) 0,2847 0,2805
Buhar basıncı
2000 °C 0,01
3600 °C 900
Isıl iletkenlik, w/m-°K (BTU/hr-ft-°F), 300-800K 22 17,1
Isıl genleşme katsayısı x 10-6/°C 5,8 3,6
149 °C 6,3 4,9
260 °C 7,0 5,6
371 °C 7,4 5,9
Erimenin gizli ısısı, (cal/gm) 60,4
Buharlaşmanın gizli ısısı, (cal/gm) 1550

MEKANİK ÖZELLİKLER

Tablo-4 de Zirkonyum alaşımlarının mekanik özellikleri gösterilmektedir. Zirkonyum alaşımlarının esneklik katsayısı, tablo-4 de gösterildiği gibi, hızlı bir şekilde düşmektedir. Zirkonyum alaşımlarının, Nikel ve Demir tabanlı paslanmaz alaşımlara göre %20 daha düşük bir özgül ağırlığı vardır.

Zirkonyum 702 Zirkonyum 705
Atom numarası 40 (saf Zr)
Atom ağırlığı 91,22 (saf zr)
Esneklik katsayısı, GPa (psi x 106)
Oda sıcaklığında 99,2 94,7
38 °C 98,6 93,8
93 °C 93,1 90,5
149 °C 86,9 87,3
204 °C 80,7 84,2
260 °C 75,2 81,0
316 °C 69,6 77,8
371 °C 64,1 74,6
Özgül ağırlık, g/cm3 6,51 6,64

Zirkonyum alaşımlarının tavlanmış ve soğuk işlenmiş haldeki mekanik özellikleri aşağıda verilmiştir.

ASTM

en düşük değer

Oda sıcaklığı 93 °C 149 °C 204 °C 260 °C 316 °C
Zirkonyum 702 (R60702)
En yüksek çekme dayanımı Mpa 379 468,1 364 303,7 229,6 200,6 197,9
Akma dayanımı, Mpa 207 321,1 267,5 195,8 139,3 128,9 97,2
Uzama, % 16 28,9 31,5 42,5 49 49 40,1
Zirkonyum 705 (R60705)
En yüksek çekme dayanımı Mpa 552 615 494,7 338,9 369,3 326,1 299,7
Akma dayanımı, Mpa 379 506,1 390,7 272,3 261,8 195,8 190,2
Uzama, % 16 18,8 30,5 31,7 33 28,9 29

Zirkonyum Korozyon Direnci

KLORÜR ÇÖZELTİLERİ

Deniz suyu gibi klorür tuzu çözeltileri birçok metali çok sert şekilde korozyona uğratırken, Zirkonyum bu çözeltilere karşı çok dirençlidir.

Okyanus suyunda, 275 gün ve 200 C sıcaklığa kadar Zirkonyum üzerinde yapılan test sonuçları aşağıda verilmiştir.

Sıcaklık Süre Korozyon oranı (mm/yıl) Karıncalanma veya çatlak korozyonu
10 – 15 129 nil Yok
Kaynar durumda 275 nil Yok
200 29 nil Yok

Deniz suyundaki performasına ek olarak, Zirkonyum çok çeşitli klorür tuzu çözeltilerinde de çok üstün korozyon direnci göstermiştir. Zirkonyum birçok durumda, yüksek çözelti oranlarında ve 100 C üzerindeki sıcaklıklarda da korozyon direncini sürdürmektedir.

Çözeltideki klorür Karışım oranı % Sıcaklık (C) Aşınma oranı (mm/yıl)
Aluminyum 5, 10, 25 35 – 100 <0,0254
Amonyum 1, 10, doygun 35 – 100 <0,0254
Baryum 5, 20 35 – 100 <0,0254
Kalsiyum 5, 10, 25 35 – 100 <0,0254
Kalsiyum 70 Kaynar durumda <0,0254
Bakır 35 – Kaynar durumda >1,27
Demir 35 – Kaynar durumda >1,27
Magnezyum 5, 40 35 – 100 <0,0508
Magnezyum 47 Kaynar durumda <0,0254
Mangan 5, 20 35 – 100 <0,0254
Civa 1, 5, 10, doygun 35 – 100 <0,0254
Nikel 5, 20 35 – 100 <0,0254
Nikel 30 Kaynar durumda Kilo artışı
Potasyum Doygun 60 <0,0254
Sodyum 3 – doygun 35 – Kaynar durumda <0,0254
Kalay 5 100 <0,0254
Kalay 24 Kaynar durumda <0,0254
Çinko 5, 20 35 – Kaynar durumda <0,0254
Çinko 70 Kaynar durumda Kilo artışı

FORMİK ASİT

Saf halde formik asit bir çok alaşımın korozyona uğramasına sebep olur. Aşındırıcı bir madde olarak formik asit, eğer içerisine oksitleyici bir madde eklenmemişse, paslanmaz çeliği korozyona uğratır. Nikel alaşımlarıda oksitleyici madde varsa korozyon saldırısına uğrar. Zirkonyum ve diğer alaşımların test sonuçları aşağıda verilmiştir.

Formik asit Zirkonum 702 316 paslanmaz çelik Alloy B-2 Alloy C-276
% K* KD* K* KD* K* KD* K* KD*
50 <0,00254 <0,00254 0,6096 0,635 0,02286 0,0254 0,0508 0,04572
70 0,00254 <0,01778 0,4826 0,4826 0,06858 0,06858 0,05842 0,04826
98 <0,00254 <0,00254 0,12446 0,12954 0,04318 0,04318 0,02286 0,02032

Aşınma oranı, mm/yıl

Farklı kimyasal özelliklerdeki aşındırıcı ortamlara karşı direncini göstermek için çok farklı kirletici maddelerle de test edilmiştir. Hem oksitleyici hem de aşındırıcı koşullar altında kirletici madde içeren formik asit ortamlarında, zirkonyum, diğer alaşımlarla kıyaslandığında ciddi derecede daha yüksek dayanım göstermiştir.

Zirkonyum ayrıca oda sıcaklığından 140 C ye kadar sıcaklıklarda test edilmiştir. %90-100 arasında değişen formik asit çözeltilerinde sıvı fazında, buhar fazında veya sıvı/buhar arafazında korozyona uğramamıştır.

Formik asit % Zirkonum 702 316 paslanmaz çelik Alloy B-2 Alloy C-276
K* KD* K* KD* K* KD* K* KD*
%1 demir tozu içeriyor
50% HC00H <0,00254 <0,00254 0,66 0,71 1,85 2,18 0,16 0,12
70% HC00H <0,00254 <0,00254 0,56 0,53 0,71 0,71 0,20 0,20
98% HC00H <0,00254 <0,00254 0,045 0,05 0,038 0,038 0,03 0,02
CuSO4 içeren %1 Cu+2
50% HC00H <0,00254 <0,00254 0,038 0,038 >5** >5** 0,18 0,12
70% HC00H <0,00254 <0,00254 0,01 0,012 0,15 0,10
96% HC00H <0,00254 <0,00254 0,005 0,005 3,17** 3,86** 0,053 0,035
%5 H2SO4
5O% HCOOH <0,00254 0,2 2,26 2,69 0,02 0,04 0,045 0,055
70% HCOOH <0,00254 <0,00254 3,7 3,7 0,043 0,045 0,05 0,05
93% HCOOH <0,00254 <0,00254 4,5 5 0,015 0,015 0,02 0,02
%5 HCI
5O%HCOOH <0,00254 0,00254 >5 >5 0,045 0,05 2,71 3,20
70%HCOOH 0 0,00254 >5 >5 0,038 0,038 0,93 0,96
85%HCOOH <0,00254 <0,00254 >5 >5 0,0177 0,0177 0,355 0,381
%5 HI
50%HCOOH <0,00254 <0,00254 0,60 1,11 0,033 0,038 0,22 0,25
70% HCOOH <0,00254 <0,00254 4,36 >5 1,49 1,9 3,27 3,12
90% HCOOH <0,00254 <0,00254 0,63 0,78 0,157 0,18 0,58 0,55

K : Kaynaklı malzeme

KD : Kaynaksız malzeme

** Numuneler bakır kaplıydı

HİDROKLORİK ASİT

Hidroklorik asit kimyasal işleme sanayinde sayısız kullanım alanı olan çok önemli bir sanayi kimyasalıdır. Günlük tüketilen ürünlerin birçoğunun üretiminde etkin rol oynayan aşındırıcı bir asittir.

Hidroklorik asit çok aşındırıcı bir malzemedir ve metallerin çoğunu aşındırır. Paslanmaz çelikler ve süper alaşımlar sadece düşük sıcaklıklarda ve belli karışım oranlarına kadar HCI çözeltilerine dayanabilirler. Zirkonyum, hidroklorik asit uygulamarlında kullanılmak için olağanüstü bir metal olduğunu kanıtlamıştır. Zirkonyum, tüm karışım oranlarında ve kaynama noktasını aşan sıcaklıklarda bile hidroklorik asitte korozyona karşı dirençlidir. Zirkonyumun, hidroklorik asit uygulamalarında en avantajlı kullanımı, kaynama noktasının üzerinde sıcaklıklar ve karışımın içerisinde oksitleyici kirletici maddelerin olmadığı durumlardır.

Düşük konsantrasyonlarda ve düşük sıcaklıklarda, hidroklorik asit çözeltilerinde kullanılabilecek bir çok alaşım vardır. Ama yüksek konsantrasyon ve yüksek sıcaklıklarda kullanılabilecek tek alaşım Zirkonyum’dur. Tantalum da yüksek konsantrasyon ve yüksek sıcaklıklarda hidroklorik asite karşı çok dayanıklıdır ama maliyeti Zirkonyum’dan yaklaşık 7 – 8 kat daha yüksek olduğu için tercih edilmemektedir. Fiyatının daha düşük olmasının yanı sıra, Tantalum yerine Zirkonyum kullanmanın 2 önemli avantajı daha vardır. Birincisi, Zirkonyum hidrojen kırılganlığına Tantalum kadar duyarlı değildir, ikincisi de, Tantalumun özgül ağırlığı Zirkonyum’un yaklaşık 3 katıdır, bu da hem malzeme ağırlığını hem de fiyatını çok daha fazla artırmaktadır.

Her ne kadar Zirkonyum, Hidroklorik asit çözeltilerinde mükemmel korozyon direnci sergilese de, karışımın içerisinde oksitleyici kirletici maddelerin bulunması zarar verici olabilir. Özellikle, karışımın içerisinde demir ion (Fe+3) ve bakır ion (Cu+2) bulunması Zirkonyumun koruyucu film tabakasına zarar verip, korozyona neden olabilir.

NİTRİK ASİT

Zirkonyumun, %90 konsantrasyon oranlarına kadar nitrik asit çözeltilerinde korozyon direnci mükemmeldir. Aşağıdaki tabloda, zirkonyumun bazı alaşımlarla nitrik asit çözeltisindeki korozyon durumu gösterilmiştir.

%65 Nitrik asit

Alaşım Korozyon değeri (mm/yıl)
121 °C 149 °C 204 °C
Duplex paslanmaz çelik 7-mo plus 0,2
Duplex paslanmaz çelik 7-mo plus kaynaklı 0,23
310 paslanmaz çelik 0,12 2,18 27
304 paslanmaz çelik 0,22
304 paslanmaz çelik kaynaklı 0,18
Titanyum Gr2 0,25
Zirkonyum 702 0 0 0
Zirkonyum 702 kaynaklı 0 0 0

Kirletici madde içeren kaynar durumda nitrik asit çözeltileri test sonucu

Nitrik asit % Kirletici madde Sıvı faz Buhar fazı
Kanaksız Kaynaklı Kanaksız Kaynaklı
30/50/70 %1 demir klorür <0,064 <0,064 <0,064 <0,064
30/50/70 %1 deniz suyu <0,064 <0,064 <0,064 <0,064
30 %1 sodyum klorür <0,064 <0,064 <0,064 <0,064
50 %1 sodyum klorür <0,064 <0,064 0,32* 0,9*
70 %1 sodyum klorür <0,064 <0,064 <0,064 <0,064*
30/50/70 %1 demir <0,064 <0,064 <0,064 <0,064*
30/50/70 %1.45 çözünmü 304SS <0,064 <0,064 <0,064 <0,064*
%0 Doymuş klorür <0,064 2,59 <0,064 2,3*
30/50/70 Doymuş klorür <0,064 <0,064 <0,064 <0,064*

* Karıncalanma korozyonu

size nasıl yardımcı olabiliriz?

Ürünlerimizle ilgili bilgi almak, kullanım alanınıza uygun doğru çözümleri bulmak mı istiyorsunuz? Arayın görüşelim. 

Ürün hakkında bilgi almak ve stok sormak için bizi her zaman arayabilir siniz!