Published May 2008 | Version v1
Journal article

Mechanism of formation of thin oxide coatings and nano powders at the anodic oxidation of zirconium in molten salts

  • 1. UrO RAN, Inst. Vysokotemperaturnoj Ehlektrokhimii, Ekaterinburg (Russian Federation)

Description

The mechanism of thin oxide film formation on zirconium is studied, and physicochemical fundamentals are developed for the preparation of zirconium dioxide nano powders in the reaction between zirconium and molten alkali metals with sodium nitrate additives. In the process of zirconium oxidation in molten salts at temperatures 813 to 1073 K, the growth of oxide phases is found to proceed chiefly due to the diffusion of oxygen ions via the oxide film toward the metal-oxide interface. An oxide film formed in the initial period of zirconium oxidation in a chloride-nitrate melt decelerates the process but does not prevent the ion exchange at the metal-melt interface. As the oxide formation proceeds and the steady-state conditions of the corrosion process are reached, the oxidation rate becomes controlled by the diffusion of oxygen ions from the film surface deep into the metal. Along with the diffusion of O2- ions at temperatures 813 to 1073 K, zirconium ions can also migrate in the metal, which makes interpreting the whole process much more complicated. In the oxidation, the films of various colors (from black to light gray) with diverse corrosion and protective properties, as well as fine-dispersed powder of zirconium dioxide with a mean size of particles up to 30 nm, are formed

Abstract (Russian)

Изучен механизм формирования тонких оксидных пленок на цирконии и разработаны физико-химические основы получения нанопорошка диоксида циркония при взаимодействии циркония с расплавами хлоридов щелочных металлов, содержащими добавки нитрата натрия. Установлено, что при окислении циркония в расплавленных солях до 813-1013 К рост оксидных фаз происходит преимущественно в результате диффузии ионов кислорода через пленку оксида к границе раздела металл-оксид. Образующаяся в начальный период окисления циркония в хлоридно-нитратном расплаве оксидная пленка тормозит процесс, но не прерывает ионный обмен на границе металл-расплав. По мере формирования оксида и наступления стационарного режима коррозионного процесса, скорость окисления контролируется диффузией ионов кислорода от поверхности пленки вглубь металла. Наряду с диффузией ионов О2- при температурах 813-1013 К в металле могут мигрировать и ионы циркония, усложняя интерпретацию процесса в целом. При окислении циркония отмечается образование разных по цвету оксидных пленок (от черного до светло-серого), которые обладают различными коррозионными и защитными свойствами, а также мелкодисперсного порошка диоксида циркония со средним размером частиц до 30 нм

Additional details

Additional titles

Original title (Russian)
Механизм образования тонких оксидных покрытий и нанопорошков при анодном оксидировании циркония в расплавленных солях

Publishing Information

Journal Title
Zashchita Metallov
Journal Volume
44
Journal Issue
3
Journal Page Range
p. 276-282
ISSN
0044-1856
CODEN
ZAMEA9

Optional Information

Notes
10 refs., 7 figs., 2 tabs.