236 Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 
Gefiigecharakterisierung: 
Bei Hellfeld-Beleuchtung sind die Oxidschichten im Lichtmikroskops sehr gut an ihrer grauen 
Farbe zu erkennen. Eventuell vorhandene Nitride haben eine deutlich gelbliche/goldene Färbung. 
a-Zirkonium lässt sich nur im polarisierten Licht von ß-Zirkonium unterscheiden. Dafür ist aber 
eine gute Politur zwingend notwendig. In den Abbildungen 2a und 2b erkennt man deutlich den 
Unterschied. 
um 
Abb.2a: Endpolitur von oxidiertem Zry-4 mit unverindertem ~~ Abb.2b: Endpolitur von oxidiertem Zry-4 mit 
Original-OPS. Eine Verformungsschicht verhindert die modifiziertem OPS. Durch das Minimieren der 
korrekte Abbildung des Gefüges. Verformungsschicht wird das Gefüge sichtbar. 
3 Ergebnisse NI 
3.1 Oxidation von Zirkonium-Legierungen ; 
Die Oxidation von Zirkonium(-Legierungen) wird durch die Diffusion von Sauerstoffleerstellen En 
durch eine anwachsende ZrO, Oxidschicht bestimmt, solange diese Schicht dicht und fest anhaftend * ’ 
ist. Dieses Verhalten resultiert nach Wagner in einer parabolischen Kinetik, d.h. die Oxidation, bi 
gemessen als Massezuwachs oder Oxidschichtdicke, ist proportional zur Wurzel der Zeit. Die we 
Oxidationsrate nimmt mit zunehmender Reaktionsdauer und dicker werdender Oxidschicht ab. Bei gr 
Temperaturen unterhalb 1000°C werden auch sub-parabolische, z.B. kubische, AZ 
Oxidationskorrelationen beobachtet, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll. A 
Verschiedene Mechanismen können zur Bildung von nicht-schiitzenden (pordsen, abplatzenden) SD 
Oxidschichten fiihren, die eine eher lineare Reaktionskinetik zur Folge haben. Die sogenannte Bw) 
Breakaway-Oxidation tritt zum Beispiel bei Temperaturen unterhalb 1050°C durch HE 
Phasenumwandlung in der Oxidschicht und damit verbundener Volumenänderung und 1 
Spannungsabbau durch Rissbildung parallel zur Oberfldche auf [1]. Experimentell wurden 3 
Umwandlungszeiten (parabolisch zu linear) zwischen 30-60 min bei 1000°C und ca. 10 h bei 600°C © 
z.B. in Sauerstoff oder Wasserdampf gefunden [2,3]. Die Breakaway-Oxidation ist stark abhängig 
von den experimentellen Randbedingungen und der Legierungszusammensetzung (Zr immer ; 
>98 Gew.%). 
Zumischungen von Stickstoff (als Bestandteil der Luft und genutzt zur Intertisierung von 
Reaktorcontainments) zu Sauerstoff oder Dampf beschleunigen die Oxidation deutlich durch die N 
temporäre Bildung von Zirkoniumnitrid ZrN an der Grenzfläche Metall-Oxid und dessen Oxidation ; 
mit fortschreitender Oxidation. Die Umwandlung von Nitrid in Oxid ist mit einer Erhöhung des 
spezifischen Volumens um 47% verbunden und ist die Hauptursache für die Bildung von extrem