鎢-矽三元合金的氧化行為

鎢-矽三元合金比W-Si二元合金有更長的氧化壽命。不同三元合金的氧化行為相較純W和WSi₁₃合金有明顯的下降。在600-1000℃的溫度範圍內，WSi₁₃Zr₁₃合金的氧化率僅為WSi₁₃合金的0.16~0.27倍。W-Si-Cr合金的氧化率低於WSi₉Y₁₃合金的氧化率，而WSi₈Cr₁₂和WSi₁₂Cr₇合金在1000℃下的氧化率分別僅為WSi₉Y₁₃合金的0.25倍和0.023倍。

Si、Cr、Ti、Zr、Nb和Y元素具有較低的中子輻照活化和穩定的熱力學性能，被廣泛用於提高難熔金屬合金的抗氧化性。當反應堆失冷事故發生時，這些元素可以迅速被氧化，並在W基合金的表面形成一層緻密而連續的氧化膜，從而延緩W基合金的進一步氧化。

Koch等研究了W-Si-Cr合金在1000℃溫度下的氧化特性。當WSi₁₂Cr₇合金在1000℃下氧化1小時後，塗層表面覆蓋著連續緻密的Cr₂O₃層，中間層主要由W、Si、WO₃和SiO₂組成，沒有Cr元素。氧化膜的形成有效地抑制了WSi₁₂Cr₇合金的氧化。

因此，在高溫和有氧條件下，三元合金的使用壽命比二元合金長。此外，Cr含量和氧化層厚度對鎢-矽三元合金（W-Si-Cr）的抗氧化性也有重要影響。厚度為2.5微米的WSi₁₀Cr₁₀合金在800℃下氧化4小時後的表面出現爆裂情況。然而，厚度為4.5微米的WSi₁₀Cr₁₀合金在1000℃下氧化22小時後仍然保持完整的表面結構，相對較高的Cr含量使其在氧化過程中更容易在表面形成緻密的Cr₂O₃保護膜，其氧化速率明顯低於W和WSi₁₈。

參考來源: Fu T, Cui K, Zhang Y, et al. Oxidation protection of tungsten alloys for nuclear fusion applications: A comprehensive review[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 884: 161057.

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