Zakaj se lahko cirkonijeve keramične črpalke učinkovito upirajo koroziji zaradi močnih{0}}kislih gošč?
Razlog, da se črpalka iz cirkonijeve keramike lahko učinkovito upre koroziji zaradi močnih kislinskih gošč, je v notranji strukturi materiala in kemični inertnosti. To ni prevleka ali površinska obdelava-je temeljno blokiranje korozijskih mehanizmov od znotraj navzven.
Prvič, kemične vezi ustavijo reakcijo pri njenem izvoru.
Korozija v običajnih kovinskih črpalkah nastane, ker kovinski atomi zlahka izgubijo elektrone in so podvrženi reakcijam izpodrivanja z vodikovimi ioni v kislini. Nasprotno pa je cirkonij kristalna faza cirkonijevega dioksida, v kateri atome cirkonija in kisika držijo skupaj izjemno stabilne ionske vezi z zelo visoko energijo vezi. Odvlekanje kisikovega iona stran od cirkonijevega atoma zahteva velik vnos energije, ki daleč presega tisto, kar lahko kemično zagotovi močna kislina. Zaradi tega ostane cirkonijeva keramika termodinamično stabilna tudi v zelo kisli brozgi in preprosto ne reagira s kislino.
Drugič, edinstvena kristalna struktura zagotavlja samo{0}}mehanizem pred poškodbami.
V primeru, da pride do mikrozlomov na površini v razmerah visoke-napetosti, bo cirkonijev dioksid podvržen spremembi, znani kot transformacijsko utrjevanje, pri kateri se njegova kristalna struktura premakne iz tetragonalne v monoklinsko, pri čemer ta prehod povzroči povečanje volumna, kar bo povzročilo stiskanje konice razpoke in prenehanje procesa rasti razpoke. Tako ima ta material samo{2}}mehanizem za popravilo na mikroravni, kar mu omogoča, da se izogne raztrganju in lomljenju robov. Na primer, med delovanjem črpalke, ki prenaša kislo zmes s trdnimi delci, črpalka doživi korozijo in mehansko razgradnjo. To ostro vedenje je kritično. Krhka običajna keramika se običajno začne luščiti po udarcu delca, pri čemer je ves čas izpostavljena novi površini, zaradi česar korodira veliko hitreje. Po drugi strani pa cirkonij zadrži površino in ostane zbita, ne-reaktivna pregrada.
Tretjič, površina je zelo hidrofobna, kar skrajša kontaktni čas.
Popolnoma zgoščena cirkonijeva keramika je sintrana skoraj brez poroznosti in ima nizko površinsko energijo. Močna kisla brozga se nagiba k nabiranju kroglic in se hitro odvrže s površine, namesto da bi se razširila in jo vztrajno močila. To dodatno skrajša čas zadrževanja in kontaktno površino znotraj črpalke.
Končni rezultat je kombinacija odpornosti proti koroziji, odpornosti proti obrabi in visoke trdnosti. Plastične črpalke lahko prenesejo močne kisline, vendar ne prenesejo abrazivne obrabe zaradi trdih delcev. Črpalke iz kovinskih zlitin lahko nudijo visoko trdoto, vendar pod močnimi kislinami in povišanimi temperaturami ostajajo občutljive na interkristalno korozijo. Prednost črpalk iz kovinskih zlitin je trdota; vendar jih bo medkristalna korozija verjetno napadla v močno kislem okolju pri visokih temperaturah. Keramične črpalke iz cirkonijevega oksida ponujajo rešitev za ta problem izolacije, saj so odporne na kisline in nanje ne vplivajo abrazivne trdne snovi, zaradi česar so dobra izbira za zelo korozivne in abrazivne kompleksne tekočine, ki jih običajno najdemo v rudnikih in kemičnih reaktorjih.
Eno pomembno opozorilo: čisti cirkonij ne zdrži fluorovodikove kisline, ker fluoridni ioni neposredno zajamejo cirkonijeve atome, da tvorijo topne komplekse. To je očitna slabost. Če procesni tok vsebuje fluorovodikovo kislino, je treba sestavo preveriti in razmisliti o alternativnem materialu.
