鎢-鉻二元合金的氧化行為

Cr元素是一種傳統的抗氧化有益元素，被廣泛用於金屬的氧化保護過程中。此外，它還具有與鎢元素相同的體心立方結構。因此，相關學者對鎢-鉻二元合金的氧化行為做了大量的研究。Telu等研究人員通過機械合金化（MA）製備了W_0.7Cr_0.3、W_0.5Cr_0.5和W_0.4Cr_0.6合金，觀察到兩相（Wss，Crss）具有明顯不同的亮度。

（图片来源：Jan Cizek / coatings）

研究人員演示了合金在1000℃和1200℃空氣中的單位面積品質增加（Δm/S）的實驗。在1000℃暴露前5小時內，合金的Δm/S是純W的0.2~0.5倍。與其他二元合金相比，W_0.7Cr_0.3合金的Δm/S值相對較高，這對提高純W的抗氧化性有一定的限制。在1200℃的氧化實驗中也得到類似的結論，這是因為W_0.7Cr_0.3合金中的Cr元素含量相對較低，氧化過程中無法在其表面形成緻密的Cr₂O₃保護膜。

然而，在上述實驗中，W_0.5Cr_0.5合金的品質增益是最低的。這表明Cr元素含量的增加對於提高鎢-鉻二元合金的抗氧化性是有上限的。在合金的表面觀察到了更均勻、更精細的富鉻相。這有利於在氧化的初始階段在合金表面形成連續而緻密的氧化膜。EDS和XRD結果顯示，氧化層由內到外由Cr₂O₃、Cr₂WO₆和多孔的WO₃層組成。

在氧化的初始階段，合金表面的W和Cr同時被氧化，Cr₂O₃和WO₃沿合金表面生長。此外，隨著反應的進行，WO₃的體積膨脹增加了孔隙率和氧化層的厚度。由於氧化層中的氧分壓相對較低，Cr元素被大大氧化。最後，在氧化層的底部形成一個連續的Cr₂O₃層。此外，Hou等研究人員在研究W-Cr（10，20wt%Cr）合金的氧化行為時也得到了類似的結論。

（图片来源：Jan Cizek / coatings）

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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