Oxidation of hafnium

• Published in: Acta metallurgica 1957-01, Vol.5 (6), p.328-334
• Main Authors: Smeltzer, W.W, Simnad, M.T
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0001-6160
• DOI: 10.1016/0001-6160(57)90045-7

Hafnium oxidation rates at 760-mm oxygen pressure in the temperature range 350°–1200°C have been represented by logarithmic, parabolic, and linear-rate equations. The respective activation energies for the rate constants were 11.4, 36.0, and 26.1 kcal/mole. The value of the parabolic rate constant was independent of oxygen pressure in the range 10–760 mm. Transformation from parabolic to linear oxidation was caused by formation of a duplex scale of inner compact and outer porous oxides. Monoclinic hafnia was identified as the surface oxide by X-ray examinations; marker measurements showed that oxygen diffused inward through this oxide to react with hafnium at the metal/oxide interface. L'oxydation du hafnium à la pression de 760 mm d'oxygène dans le domaine de températures de 350 à 1200°C a été étudiée à l'aide d'équations de vitesses logarithmiques, paraboliques et linéaires. Les énergies d'activation correspondantes pour les constantes de vitesse sont de 11,4–36,0 et 26,1 kcal/mole. La valeur de la constante de vitesse parabolique est indépendante de la pression de l'oxygène dans le domaine de 10 à 760 mm. De parabolique, la loi de l'oxydation devient linéaire par la formation d'une double couche d'oxydes, compacte à l'intérieur et poreuse à l'extérieur. De l'oxyde de hafnium monoclinique a été identifié dans l'oxyde superficie1, par examen aux rayons X; les mesures ont montré que l'oxygène diffuse vers l'intérieur à travers cet oxyde pour réagir avec le hafnium à l'interface métal/oxyde. Die Oxydationsgeschwindigkeiten von Hafnium zwischen 350° und 1200°C, unter einem Sauerstoffdruck von 760 mm Hg lassen sich durch logarithmische, parapolische, bzw. lineare Geschwindigkeits gesetze wiedergeben. Die entsprechenden Aktivierungsenergien für die Konstanten dieser drei Gesetze sind 11,4, 36,0, und 26,1 kcal/mole. Der Wert der Konstanten des parabolischen Gesetzes ergab sich zwischen 10 und 760 mm Hg als unabhängig vom Sauerstoffdruck. Der Übergang vom parabolischen zum linearen Oxydationsgesetz rührt von der Bildung einer zweifachen Oxydationsschicht her, wobei die innere Schicht aus kompakten, die äussere aus porösen Oxyden besteht. Mittels Röntgenuntersuchungen wurde das Oberflächenoxyd als monoklines Hafniumdioxyd identifiziert. Durch Ausmessen von Markierungen konnte gezeigt werden, dass der Sauerstoff durch dieses Oxyd hindurch nach innen diffundiert, um an der Grenzfläche Metall-Oxyd mit dem Hafnium zu reagieren.