view in publisher's site

The effect of Nb on the corrosion and hydrogen pick-up of Zr alloys

Zr-Nb alloys are known to perform better in corrosion and hydrogen pick-up than other Zr alloys but the mechanism by which this happens is not well understood. Atomistic simulations using density functional theory of both tetragonal and monoclinic ZrO2 were performed, with intrinsic defects and Nb dopants. The overall defect populations with respect to oxygen partial pressure were calculated and presented in the form of Brouwer diagrams. Nb is found to favour 5 + in monoclinic ZrO2 at all partial pressures, but can exist in oxidation states ranging from 5 + to 3 + in the tetragonal phase. Nb5+ is charge balanced by Zr vacancies in both phases, suggesting that contrary to previous assumptions, Nb does not act as an n-type dopant in the oxide layer. Clusters containing oxygen vacancies were considered, Nb2+ was shown to exist in the tetragonal phase with a binding energy of 2.4 eV. This supports the proposed mechanism whereby low oxidation state Nb ions (2 + or 3+) charge balance the build-up of positive space-charge in the oxide layer, increasing oxygen vacancy and electron mobility, leading to near-parabolic corrosion kinetics and a reduced hydrogen pick-up. Previous experimental work has shown that tetragonal ZrO2 transforms to the monoclinic phase during transition, and that during transition a sharp drop in the instantaneous hydrogen pick-up fraction occurs. The oxidation of lower charge state Nb defects to Nb5+ during this phase change, and the consequent temporary n-doping of the oxide layer, is proposed as an explanation for the drop in hydrogen pick-up during transition.Graphical abstractDownload : Download high-res image (194KB)Download : Download full-size image

تاثیر of بر روی فرآیند خوردگی و pick آلیاژهای Zr

آلیاژهای Zr - Nb به خاطر عملکرد بهتر در خوردگی و تولید هیدروژن بیش از آلیاژهای غیر مسلح دیگر شناخته می‌شوند اما مکانیزم این کار به خوبی درک نشده است. شبیه‌سازی‌های atomistic با استفاده از نظریه کاربردی چگالی، tetragonal و monoclinic ZrO۲، با نقص‌های درونی و Nb dopants انجام شد. کل جمعیت‌های عیب با توجه به فشار نسبی اکسیژن محاسبه و به شکل نمودار Brouwer ارایه شدند. Nb در تمام فشارهای جزیی ۵ + در monoclinic ZrO۲ یافت می‌شود، اما می‌تواند در حالت‌های اکسیداسیون از ۵ + تا ۳ + در فاز tetragonal وجود داشته باشد. Nb۵ + شارژ توسط خالی کردن پست‌های خالی در هر دو مرحله شارژ می‌شود، که نشان می‌دهد برخلاف مفروضات قبلی، Nb به عنوان یک dopant نوع n در لایه اکسید عمل نمی‌کند. خوشه‌های حاوی تهی بودن اکسیژن در نظر گرفته شدند، Nb۲ + نشان داده شد که در فاز tetragonal با انرژی همبستگی ۲.۴ eV موجود است. این امر مکانیسم پیشنهادی را پشتیبانی می‌کند که به موجب آن یون‌های Nb حالت اکسیداسیون (۲ + یا ۳ +)تعادل ایجاد بار مثبت در لایه اکسید را حفظ می‌کنند و جای خالی اکسیژن و تحرک الکترون را افزایش می‌دهند و منجر به سینتیک خوردگی نزدیک به پارابولیک می‌شود و یک برش هیدروژن نیز کاهش می‌یابد. تحقیقات قبلی نشان داده‌است که tetragonal ZrO۲ به فاز monoclinic در طول انتقال تبدیل می‌شود، و در طول انتقال یک افت شدید در کسر موازنه سریع هیدروژن رخ می‌دهد. در طول این تغییر فاز، اکسیداسیون مسیولیت پذیری کم‌تر نسبت به Nb۵ + در طول این تغییر فاز، و سومین ناخالصی بعدی لایه اکسید، به عنوان توضیح برای افت فشار هیدروژن در طول transition.Grap hical پیشنهاد شده‌است: تصویر با اندازه بالا (۱۹۴ کیلوبایت)بارگیری: یک تصویر با اندازه کامل دانلود کنید.
ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.