Взаимодействие циркония с газами

При комнатной температуре устойчивость циркония в отношении воздействия газов исключительно высока, но при температуре в несколько сот градусов он легко вступает во взаимодействие с кислородом, азотом и водородом.
Несмотря на наличие свойств, присущих металлам с хорошей коррозионной стойкостью, цирконий слабо сопротивляется окислению при повышенных температурах.
К свойствам, благоприятствующим коррозионной стойкости, относятся: а) высокая температура плавления металла, б) высокая температура плавления его окиси, в) стабильность окиси, г) объемное отношение окиси к металлу, превышающее единицу, что указывает на наличие сплошной окисной пленки.
Факторы, неблагоприятствующие коррозионной стойкости, таковы: а) цирконий реагирует с газами с образованием нитридов, гидридов и карбидов, б) его окись растворима в металле при повышенной температуре, в) ZrO2 при высоких температурах претерпевает структурные превращения.
Гульбрансен и Эндрю подсчитали константы равновесия реакций циркония с кислородом, азотом, окисью и двуокисью углерода и водяным паром, исходя из термодинамических характеристик:

Результаты подсчетов графически представлены на фиг. 50. На этом графике показана зависимость логарифмов давлений газа и отношений давлений газов от температуры.
Результаты подсчетов показывают следующее:
1. Окислы, нитриды и карбиды циркония устойчивы при всех температурах, по крайней мере до 1500°. Исходя из термодинамических принципов при пониженных, давлениях, доступных современной вакуумной технике, из циркония должны удаляться кислород, азот, окись углерода и углекислота,
2. Реакции с водой и углекислотой с образованием окиси циркония и соответственно водорода или окиси углерода возможны при температуре ниже 1100° в вакууме порядка 10в-7 мм рт. ст.

При температуре выше 200° цирконий легко соединяется с галоидами, образуя летучие тетрагалоиды. Реакции с водородом начинаются при температуре 300°; с другими обычными газами при температуре ниже 400° значительного взаимодействия не происходит.
При температуре же выше 400° цирконий вступает в реакции с кислородом, азотом, окисью углерода, двуокисью углерода и водяным паром, причем с повышением температуры скорость реакций возрастает. При высоких температурах с цирконием не реагируют, вероятно, только инертные газы. Тонко измельченный цирконий является пирофорным, его пыль в некоторых условиях образует с воздухом взрывчатую смесь.