Studies on the oxygen gradients in corroding zirconium alloys

• Published in: Journal of nuclear materials 1962-01, Vol.7 (1), p.16-25
• Main Author: Pemsler, J.P.
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0022-3115; 1873-4820
• DOI: 10.1016/0022-3115(62)90189-7

The oxygen gradient beneath the oxide film on zirconium alloys corroding at various temperatures has been measured. The technique used consisted of observing, as a function of voltage, the disruption of an anodically deposited interference film. This mottling of the anodic film varied in a complex manner with the oxygen content of zirconium. Experimentally determined gradients were related to a theoretical expression involving the diffusivity, rate of corrosion and time of corrosion. These data enable accurate quantitative predictions of the oxygen gradient. A knowledge of the gradient is especially useful in understanding corrosion at high temperatures where the oxygen penetration occurs to a greater extent than at lower temperatures. Le gradient en oxygène en-dessous du film d'oxyde a été mesuré dans les alliages de zirconium au cours de leur corrosion à diverses températures. La technique utilisée consistait à observer en fonction de la tension le claquage d'un film d'oxyde à teintes d'interférence formé anodiquement. L'aspect marbré du film anodique variait d'une manière complexe avec la teneur en oxygène du zirconium. Les gradients en oxygène déterminés expérimentalement furent exprimés théoriquement en fonction de la diffusibilité de l'oxygène, la vitesse de la corrosion et la durée de la corrosion. Ces données permettent une estimation quantitative et précise du gradient en oxygène. La connaissance de ce gradient est particulièrement utile pour comprendre la corrosion aux hautes températures où la pénétration de l'oxygène se produit à un degré plus élevé qu'aux basses températures. Der Sauerstoff-Gradient, unter dem sich Oxydfilme auf Zirkonlegierungen durch Korrosion bei verschiedenen Temperaturen bildet, wurde untersucht. Die angewandte Methode besteht in der Beobachtung der Zersetzung des anodisch niedergeschlagenen Interferenzfilms als Funktion der Spannung. Das Gemisch der anodischen Filme wechselt in einer komplexen Art mit dem Sauerstoffgehalt des Zirkons. Die experimentell bestimmten Gradienten wurden zur Aufstellung eines theoretischen Ausdrucks verwendet, der die Diffusion, die Korrosionsrate und die Korrosionsdauer einschliesst. Diese Daten ermöglichen eine exakte quantitative Ermittlung des Sauerstoff-Gradienten. Die Kenntnis des Gradienten ist besonders wichtig für Hochtemperatur-Korrosion, bei der die Sauerstoffdurchdringung in einem grösseren Ausmass vorkommt, als bei niedrigeren Temperaturen.