Published July 19, 2018
| Version v1
Publication
Open
Propiedades de superficies de Zr hexagonal y ZrO2 tetragonal de bajo índice a partir de cálculos DFT
- 1. National University of General San Martín
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Description
RESUMEN El uso de los reactores nucleares como fuente de energía se ha extendido y consolidado en la segunda mitad del siglo XX y en los inicios de este siglo XXI. La continuidad de este recurso depende en gran medida de que las plantas nucleares sean cada vez más seguras y confiables, lo cual implica un mejoramiento de todos los aspectos relacionados con su operación. Entre ellos se cuenta la integridad de los elementos estructurales, que depende fuertemente de la estabilidad mecánica de los óxidos protectores. En las centrales CNA I y CNA II el Zircaloy-4 (aleación base Zr con adiciones de Sn, Fe and Cr) se utiliza en los canales refrigerantes. Sin embargo, esta aleación presenta problemas de corrosión que, por ejemplo, motivaron el reemplazo de los canales refrigerantes de CNA I en 1988. En este trabajo analizamos desde la teoría de la funcional densidad (DFT) las propiedades de superficies de bajo índice de Zr hexagonal y de la superficie (001) observada experimentalmente en circonia tetragonal. Nuestros resultados predicen a la superficie libre de Zr (1120) y a la de ZrO2 (001) terminada en O con subsuperficie de Zr como las más estables. Además encontramos que las superficies Zr(1010) tienen la mayor inhomogeneidad de la distribución de carga, lo que favorecería el crecimiento del óxido. Esta observación coincide con la evidencia experimental, que indica que la interfaz observada del óxido protector es Zr(1010)/ZrO2(001).
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تم توسيع وتوحيد استخدام المفاعلات النووية كمصدر للطاقة في النصف الثاني من القرن العشرين وفي بداية هذا القرن الحادي والعشرين. تعتمد استمرارية هذا المورد إلى حد كبير على أن تصبح المحطات النووية أكثر أمانًا وموثوقية، مما يعني تحسنًا في جميع الجوانب المتعلقة بتشغيلها. وتشمل هذه سلامة العناصر الهيكلية، والتي تعتمد بشدة على الاستقرار الميكانيكي للأكاسيد الواقية. في مصانع CNA I و CNA II، يتم استخدام Zircaloy -4 (سبيكة قاعدة Zr مع إضافات Sn و Fe و Cr) في قنوات التبريد. ومع ذلك، فإن هذه السبيكة تمثل مشاكل تآكل أدت، على سبيل المثال، إلى استبدال قنوات التبريد CNA I في عام 1988. في هذا العمل، نحلل من نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) خصائص أسطح مؤشر Zr السداسي المنخفض والسطح (001) المرصود تجريبيًا في الزركونيا رباعية الزوايا. تتنبأ نتائجنا بالسطح الحر لـ Zr (1120) وسطح ZrO2 (001) المنتهي بـ O مع Zr تحت السطح باعتباره الأكثر استقرارًا. بالإضافة إلى ذلك، وجدنا أن أسطح Zr(1010) لديها أعلى عدم تجانس في توزيع الشحنة، مما يفضل نمو الأكسيد. تتوافق هذه الملاحظة مع الأدلة التجريبية، التي تشير إلى أن الواجهة المرصودة للأكسيد الواقي هي Zr(1010)/ZrO2(001).Translated Description (English)
ABSTRACT The use of nuclear reactors as a source of energy has been extended and consolidated in the second half of the twentieth century and at the beginning of this twenty-first century. The continuity of this resource depends to a large extent on nuclear plants becoming safer and more reliable, which implies an improvement in all aspects related to their operation. These include the integrity of the structural elements, which strongly depends on the mechanical stability of the protective oxides. In the CNA I and CNA II plants, Zircaloy-4 (Zr base alloy with additions of Sn, Fe and Cr) is used in the cooling channels. However, this alloy presents corrosion problems that, for example, led to the replacement of CNA I cooling channels in 1988. In this work we analyze from the theory of functional density (DFT) the properties of surfaces of low hexagonal Zr index and of the surface (001) observed experimentally in tetragonal zirconia. Our results predict the free surface of Zr (1120) and that of O-terminated ZrO2 (001) with Zr subsurface as the most stable. In addition, we found that Zr surfaces (1010) have the highest inhomogeneity of charge distribution, which would favor oxide growth. This observation is consistent with experimental evidence, which indicates that the observed interface of the protective oxide is Zr(1010)/ZrO2(001).Translated Description (French)
RÉSUMÉ L'utilisation des réacteurs nucléaires comme source d'énergie s'est répandue et consolidée dans la seconde moitié du XXe siècle et au début de ce XXIe siècle. La continuité de cette ressource dépend en grande partie du fait que les centrales nucléaires soient de plus en plus sûres et fiables, ce qui implique une amélioration de tous les aspects liés à leur fonctionnement. Parmi eux, l'intégrité des éléments structurels, qui dépend fortement de la stabilité mécanique des oxydes de protection. Dans les centrales CNA I et CNA II, le Zircaloy-4 (alliage de base Zr avec addition de Sn, Fe et Cr) est utilisé dans les canaux réfrigérants. Cependant, cet alliage présente des problèmes de corrosion qui, par exemple, ont motivé le remplacement des canaux réfrigérants de CNA I en 1988. Dans ce travail, nous analysons à partir de la théorie de la densité fonctionnelle (DFT) les propriétés des surfaces à faible indice de Zr hexagonal et de la surface (001) observées expérimentalement dans la zircone tétragonale. Nos résultats prédisent que la surface libre de Zr (1120) et celle de ZrO2 (001) se terminant par O avec une sous-superficie de Zr sont les plus stables. Nous constatons également que les surfaces Zr(1010) présentent la plus grande inhomogénéité de la répartition de la charge, ce qui favoriserait la croissance de la rouille. Cette observation coïncide avec les preuves expérimentales, qui indiquent que l'interface observée de l'oxyde protecteur est Zr(1010)/ZrO2(001).Files
1517-7076-rmat-23-02-e12110.pdf.pdf
Files
(644.3 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c9f2cd66c57983867b8bb8b57987cb91
|
644.3 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الخصائص السطحية لـ Zr سداسي و ZrO2 رباعي الزوايا منخفض المؤشر من حسابات DFT
- Translated title (English)
- Surface properties of hexagonal Zr and low-index tetragonal ZrO2 from DFT calculations
- Translated title (French)
- Propriétés des surfaces de Zr hexagonal et ZrO2 tétragonal à faible indice à partir de calculs DFT
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2884227254
- DOI
- 10.1590/s1517-707620180002.0444
References
- https://openalex.org/W1965226200
- https://openalex.org/W1966156734
- https://openalex.org/W1966781942
- https://openalex.org/W1967882612
- https://openalex.org/W1990692644
- https://openalex.org/W1991159707
- https://openalex.org/W1994711085
- https://openalex.org/W2005696384
- https://openalex.org/W2012055532
- https://openalex.org/W2019570960
- https://openalex.org/W2027498351
- https://openalex.org/W2028056984
- https://openalex.org/W2030681759
- https://openalex.org/W2030976617
- https://openalex.org/W2032232779
- https://openalex.org/W2035704764
- https://openalex.org/W2039632336
- https://openalex.org/W2040110892
- https://openalex.org/W2045839260
- https://openalex.org/W2052424786
- https://openalex.org/W2056521208
- https://openalex.org/W2065367068
- https://openalex.org/W2079105963
- https://openalex.org/W2090203669
- https://openalex.org/W2092399479
- https://openalex.org/W2094890584
- https://openalex.org/W2095024313
- https://openalex.org/W2117868972
- https://openalex.org/W2148877285
- https://openalex.org/W2150662901
- https://openalex.org/W2204494483
- https://openalex.org/W2332158035