Oxidation von Zr-Pd-Gläsern

Abstract

Abhängig von den Legierungselementen und der Zusammensetzung können metallene Zr-Basis-Gläser sowohl gute Oxidationsbeständigkeit als auch 'katastrophale' Oxidation bereits bei Raumtemperatur aufweisen. Von Triwikantoro wurde ein Modell für die Oxidation langsam oxidierender Zr-Basis-Gläser vorgeschlagen. Das Verhalten sehr schnell oxidieren-der Zr-Basis-Gläser kann mit diesem Modell jedoch nicht beschrieben werden. Ziel dieser Arbeit war die systematische Untersuchung des Oxidationsverhaltens schnell oxidierender Zr-Basis-Legierungen und die Klärung des Oxidations-mechanismus am Beispiel von amorphem Zr70Pd30. Die Oxidation auf Zr70Pd30 erfolgt nicht mit einem gleichmäßigen flächigen Angriff, sondern durch lokale Keimbildung von Oxidhügeln. Diese Oxidhügel sind weitgehend lamellar aus monoklinem und tetragonalem ZrO2 aufgebaut. Das Palladium wird, soweit es nicht im ZrO2 gelöst ist, nanokristallin, zunächst in metallischer Form, später als PdO in das Oxid eingebaut. Systematische Untersuchungen zum Einfluss später Übergangselemente ergaben, dass die Oxidationskinetik von Zr70Pd15M15-Gläsern in der Sequenz M=Gold>Silber>Kupfer> Nickel>Platin zunimmt. Es wird ange-nommen, dass die Oxidationsgeschwindigkeit mit der Löslichkeit des Übergangsmetalls im Zirkoniumdioxid korreliert ist. Auch scheinbar recht ähnliche Gläser wie Zr-Pd und Zr-Pt können ein extrem unter-schiedliches Oxidationsverhalten zeigen. In Zr70Pd30-xPtx-Gläsern erfolgt ein Übergang von dem in dieser Arbeit vorgeschlagenen Modell für schnelle Oxidation zu dem Triwikantoro-Modell für die langsamere Oxidation. Ein steigender Platin-Gehalt verringert die Oxidations-geschwindigkeit. Damit verbunden ist eine Vergröberung der lamellaren Struktur und eine Erhöhung des tetragonalen ZrO2-Anteils. Die schnelle Oxidation ist mit der lamellaren Anordnung von tetragonalem und monoklinem ZrO2 korreliert, wobei der Sauerstofftransport entlang der Grenzflächen zwischen diesen Lamellen sehr schnell erfolgen kann. Bei Zr70Pd15Pt15 wurde anstelle der lamellaren eine globulare Anordnung gefunden; die Oxidation verläuft entsprechend langsam und folgt nicht mehr dem Modell für schnelle Oxidation. Weiterhin wurde der Einfluss der Struktur auf das Oxidationsverhalten von Zr-Pd-Gläsern untersucht: amorphe Legierungen oxidieren am schnellsten, grobkristallines Zr-Pd ist am stabilsten, allerdings erfolgt die Bildung von Zr6Pd3O entlang spezieller Korngrenzen bis tief in das Material hinein.