اکسیداسیون آلیاژ زیرکونیوم چگونه صورت می گیرد؟
5878667#7
در حالی که هیچ اتفاق نظری در مورد اینکه آیا زیرکونیوم و آلیاژ زیرکونیوم دارای سرعت اکسیداسیون یکسانی هستند وجود ندارد، زیرکالوی ۲ و ۴ از این نظر بسیار مشابه رفتار می‌کنند. اکسیداسیون با سرعت یکسان در هوا یا در آب اتفاق می‌افتد و در شرایط محیطی یا در خلاء زیاد ادامه می‌یابد. یک لایه نازک زیر میکرومتری از دی‌اکسید زیرکونیوم به سرعت در سطح تشکیل می‌شود و انتشار بیشتر اکسیژن به قسمت عمده و اکسیداسیون بعدی را متوقف می‌کند. وابستگی نرخ اکسیداسیون R به دما و فشار را می‌توان به صورت زیر بیان کرد.
آلیاژ زیرکونیوم
5878667#10
یکی از معایب زیرکونیوم فلزی این است که در صورت از دست دادن تصادفی مایع خنک‌کننده در یک راکتور هسته ای، روکش زیرکونیوم به سرعت با بخار آب در دمای بالای . اکسیداسیون زیرکونیوم توسط آب با آزاد شدن گاز هیدروژن همراه است. این اکسیداسیون در دماهای بالا تسریع می‌شود، به عنوان مثال در داخل یک هسته راکتور اگر مجموعه‌های سوخت دیگر به‌طور کامل توسط آب مایع پوشیده نشده و به اندازه کافی خنک نشده باشند. سپس زیرکونیوم فلزی توسط پروتون‌های آب اکسید می‌شود تا گاز هیدروژن را مطابق واکنش ردوکس زیر تشکیل دهد:
آلیاژ زیرکونیوم
5878667#1
خنک‌سازی آب آلیاژهای زیرکونیوم راکتور، نیاز به مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی گره‌ای مرتبط با اکسیداسیون را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، واکنش اکسیداتیو زیرکونیوم با آب ، گاز هیدروژن آزاد می‌کند که تا حدی به آلیاژ پخش می‌شود و هیدریدهای زیرکونیوم را تشکیل می‌دهد. هیدریدها چگالی کمتری دارند و از نظر مکانیکی ضعیف تر از آلیاژ هستند. تشکیل آنها منجر به تاول زدن و ترک خوردن روکش می‌شود - پدیده ای که به نام تردی هیدروژنی شناخته می‌شود.
آلیاژ زیرکونیوم
5878667#12
این واکنش گرمازا، اگرچه فقط در دمای بالا رخ می‌دهد، شبیه واکنش فلزات قلیایی (مانند سدیم یا پتاسیم) با آب است. همچنین شباهت زیادی به اکسیداسیون بی هوازی آهن توسط آب دارد (واکنشی که آنتوان لاووازیه در دمای بالا برای تولید هیدروژن برای آزمایشات خود استفاده کرد).
آلیاژ زیرکونیوم
5878667#15
در صورت از دست دادن تصادفی مایع خنک‌کننده (LOCA) در یک راکتور هسته ای آسیب دیده، شکنندگی هیدروژن باعث تسریع تخریب روکش آلیاژ زیرکونیوم میله‌های سوخت در معرض بخار با دمای بالا می‌شود.
آلیاژ زیرکونیوم
961955#9
یون در فرم تتراگونال خود به کئوردیناسیون هشتتایی متمایل است، در آن حالت نیز یک تغیر شکل وجود دارد که ناشی از این است که چهار یون اکسیژن در فاصله ᐤA 2/065 در یک تتراهدر طویل شده که حدود ۹۰ چرخیده‌است قرار دارند.
دی‌اکسید زیرکونیوم
5139853#0
اسکاندیم به‌طور جزئی در حالت جامد آلومینیوم حل می شود و محلول جامد طی فرایند  پیر سختی در دمای بالا، فاز ALSc را رسوب می دهد. این فاز می تواند به یک توزیع مناسب از ذرات کروی دست یابد که موجب افزایش قابل توجه استحکام آلیاژ آلومینیوم می گردد .
آلیاژهای آلومینیوم- اسکاندیوم
4756776#9
مکانیزم تنش القایی ناشی از استحاله فازی به میزان فاز تتراگونال در دسترس در دمای محیط بستگی دارد که سبب می‌شود با رسیدن ترک به فاز تتراگونال انرژی نوک ترک صرف تأمین انرژی لازم جهت رهاسازی فاز تتراگونال از تنش فشاری در ساختار ماتریس زیرکونیا و تبدیل ان به مونوکلینیک گردیده و با گرفته شدن انرژی ترک از رشد آن جلوگیری می‌شود.
آلومینا زیرکونیا
5878667#11
روکش زیرکونیوم در حضور اکسید دوتریوم که اغلب به عنوان تعدیل کننده و خنک‌کننده در راکتورهای آب سنگین تحت فشارنسل بعدی استفاده می‌شود که راکتورهای هسته ای طراحی شده توسط CANDU از آن استفاده می‌کنند، اکسیداسیون مشابهی را در مواجهه با بخار اکسید دوتریوم به شرح زیر بیان می‌کنند:
آلیاژ زیرکونیوم
5878667#9
بنابر این میزان اکسیداسیون R، ده به قوه منفی ۲۰ گرم بر متر مربع سطح بر ثانیه در ۰ درجه سانتی‌گراد، شش در ده به قوه منفی هشت (همان واحد) در سی‌صد درجه سانتی گراد، ۵٫۴ میلی‌گرم بر متر مربع. ثانیه در ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد و سی‌صد میلی‌گرم بر مترمربع. ثانیه در ۱۰۰۰ درجه سلسیوس است. از آنجا که هیچ آستاه مشخصی برای اکسیداسیون وجود ندارد، در مقیاس ماکروسکوپی در دماهای چندصد درجه قابل توجه می‌شود.
آلیاژ زیرکونیوم