Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 28. 9 augusti 1955 - Zirkonium och zirkoniumlegeringar, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
2 augusti 1955
635
ca 1 000 $/lb, 1949 hade man en halvstor anläggning i drift,
och 1950 sattes en fullstor fabrik i gång vid Oak Ridge
Electromagnetic Plant.
Anläggningens tillverkningskapacitet var 1953 mer än
450 kg/dygn zirkoniumoxid till ett pris av mindre än
5 $/lb3. Hafniumfri metallsvamp kostar nu ca 20 $ /lb".
Som biprodukt fås hafnium, innehållande mindre än 2 °/o
Zr. En annan anläggning, som drivs av Bureau of Mines,
gav 1953 mer än 120 t/år zirkoniumsvamp och ca 3 t
hafnium3.
Reningsprocessen utförs i två steg. Av hafniumhaltig
zir-koniumtetraklorid framställs först hafniumfri enligt ett
hemligstämplat förfarande10. Därefter avlägsnas andra
föroreningar som icke är önskvärda därför att de minskar
metallens korrosionsresistens och ökar dess
infångnings-tvärsnitt. Den senare processen utfördes först genom
fällning av zirkoniumsalicylat ur en zirkoniumkloridlösning.
Senare övergick man till användning av ammoniumftalat
som fällningsmedel därför att detta kan återvinnas.
Zir-koniumftalatfällningen frånfiltreras och skiljs härigenom
från metaller, såsom Al, Ca, Cu, Pb, Fe, Si, Mg och Mn,
vilka förblir i lösning.
Fällningen behandlas med ammoniak varvid
zirkonium-hydroxid och ammoniumftalat bildas. Hydroxiden filtreras
från och glödgas till oxid, medan
ammoniumftalatlösning-en används för fällning av ny zirkoniumkloridlösning. Vid
reningen avlägsnas inte eventuellt närvarande fosfor eller
alkalimetaller. Den erhållna oxiden innehåller mindre än
0,005 °/o Hf och lika litet av vardera av de övriga
metallerna.
Zirkoniumoxiden kloreras i en särskild anläggning, och
den erhållna kloriden reduceras sedan till metallsvamp
med magnesium enligt Kroll-metoden.
Omsmältning
Såväl zirkoniumsvamp som kristallstavar måste smältas
ned till göt för att metallen skall kunna bearbetas. Denna
process är inte lätt att genomföra, då metallen vid
smälttemperatur begärligt reagerar med luftens gaser och alla
degelmaterial. Smältningen utfördes först i
induktions-eller motståndsupphettade grafitdeglar, men metallen tar
härvid upp avsevärd mängd kol. Man har därför övergått
till ljusbågssmältning i vattenkyld koppardegel och
helium- eller argonatmosfär. Man använde först en kyld
vol-framelektrod3,6 (fig. 1) men numera mest elektroder av
kallpressade stavar av zirkoniumsvamp.
Vid Bureau of Mines har man utarbetat en
dubbelsmält-ningsmetod" för att erhålla så homogena göt som möjligt.
Zirkoniumelektroden består vid den första smältningen av
metallsvamp som vid 80 kp/mnr tryck pressats till stavar
med 50 X 50 mm tvärsnitt och 500 mm längd.
Smältningen sker i en gastät apparat (fig. 2) i vars övre
kammare nya zirkoniumstavar svetsas fast vid de tidigare
införda. Svetselektroden hålls härvid med en hand som
sticks in i en vid kammarens vägg fastsatt gummihandske.
Apparaturen är fylld med en blandning av 80 °/o helium
och 20 °/o argon, som visat sig tillåta användning av högre
spänning än rent argon och ge en stadigare ljusbåge än
rent helium. Elektroden smälts ned i en vattenkyld
koppardegel med likströmsljusbåge.
I denna apparat kan man framställa göt, 200 mm i
diameter och vägande 90 kg, med en energiförbrukning av
bara 0,55 kWh/kg om elektroden används som katod. Man
kan härur beräkna att elenergin utnyttjas till ca 50 %>.
Göten blir inte förorenade men får flera brister. De blir
sålunda inte homogena på grund av variationer hos
zir-koniumsvampen, de innehåller väte, får dålig ytfinhet och
en porositet som inte försvinner vid valsning.
Mera homogena göt kan erhållas genom att man
åstadkommer ett svagt magnetiskt fält i degeln. Om 0,2 A
likström leds genom en spole kring degeln, sätts nämligen
den smiilta metallen i rotation så att tillräcklig blandning
uppnås. Samtidigt blir ljusbågen mer stabil. Den vandrar
mindre och risken för att den skall slå över till
degelväg-gen och smälta hål i denna blir obetydlig.
För avlägsnande av vätet måste emellertid göten smältas
om i vakuum. Detta sker i en liknande apparat (fig. 3) i
vilken trycket hålls så lågt som möjligt utan att ljusbågen
övergår till glimurladdning. Ett 150 mm göt, framställt i
den tidigare beskrivna ugnen, är fäst vid ett vattenkylt
kopparrör som passerar genom en smord O-ring av gummi.
Det smälts ned till ett 200 mm göt som blir homogent
och porfritt men inte fullt fritt från väte.
De dubbelsmälta göten har vidare god ytfinhet och
behöver inte svarvas före bearbetning. Återstående väte kan
avlägsnas genom upphettning av göten i vakuumkammare,
men denna behandling är föga önskvärd, i synnerhet som
små mängder syre och kväve kan absorberas under den.
Det är å andra sidan viktigt att metallens vätehalt blir så
låg som möjligt, ty man tror att bara 10 mg väte per kg
metall gör denna spröd. Det bästa sättet att hålla
vätehalten låg synes vara att vid omsmältningen hålla trycket
så lågt som möjligt med en pump med stor kapacitet.
Vid enkel smältning utvinns 85 °/o av zirkoniumsvampen
som användbara göt. Vid dubbelsmältning blir utbytet
95 °/o och götets kvalitet högre varigenom mindre utskott
uppstår vid deras smidning. Besparingen av metall sägs
därför bli mycket stor i jämförelse med energiåtgången för
den andra smältningen. Smältningen uppges kosta flera
dollar per pound men anses kunna bli avsevärt billigare
vid tillverkning i större skala4.
Bearbetning
Zirkonium är en duktil metall och har bearbetats enligt
praktiskt taget alla gängse metoder, såsom
strängpressning, valsning, tråddragning, dragpressning och
tryckning4.
Varmbearbetning9 utfördes först i gastäta stålhöljen, men
numera torde man vanligen använda samma förfarande
som för stål. Arbetstemperaturen får då inte överstiga
ca 850°G, eftersom syre vid högre temperatur tränger
igenom det tunna skyddande ytskiktet av oxid och löser sig
i metallen. Lägre temperatur än ca 600°C bör inte
användas. Det vid varmbearbetning i luft bildade oxidskiktet har
mycket stark adhesion till metallen och måste avlägsnas
genom sand- eller kulblästring före betning i en blandning
av salpetersyra och fluorvätesyra (Tekn. T. 1951 s. 988).
Strängpressning i värme erbjuder inga svårigheter. Vid
kalldragning måste arbetsstycket mellanglödgas då
metallen snabbt bearbetningshärdas. Vidare tenderar den att
skära fast i dragskivor varför den måste smörjas.
Zir-koniumplåt kan dragpressas kall, och det erhållna
formstycket kan kalldras med mellanglödgningar till rör,
varvid sådana med ned till 0,05 mm godstjocklek har
framställts utan svårighet.
Mellanglödgning vid kallbearbetning (Tekn. T. 1951
s. 988) kan ske genom upphettning i vakuum till 850°C
i ca 1 h, men svårigheten att behandla större arbetsstycken
på detta sätt gör att man vanligen föredrar kortvarig
upphettning i luft till 650°C. Denna behandling medför
visserligen inte fullständig omkristallisation men gör metallen
betydligt mjukare utan att den oxideras nämnvärt. Tunn
plåt mjuknar mycket vid upphettning mindre än 10 min
till 500°C.
Smältning och gjutning av zirkonium fordrar
special-apparater och blir relativt dyrbar. Dessa processer kan
emellertid undvikas om man tillämpar pulvermetallurgisk
teknik7. Zirkoniumsvamp kan inte malas till pulver på
grund av metallens duktilitet, men zirkoniumhydrid ZrH.,
är spröd och därför lämplig för pulverframställning. Den
bildas vid upphettning av metallen i vätgas till 235—
800°C och kan lätt sönderdelas i vakuum varvid metallen
återfås (Tekn. T. 1953 s. 548).
Väte absorberas snabbast vid ca 400°C, varvid det delvis
går i fast lösning, delvis ger hydrid. Man brukar
upphetta zirkoniumsvamp i vätgas till 400 eller 800°C och där-
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
