W基合金的氧化機制

W基合金的氧化機制和失效機制表明氧化過程可以分為兩個不同的階段。氧化膜的形成速度和結構的穩定性是影響W-Cr合金的抗氧化性的關鍵因素。Si和Cr元素很容易被氧化，形成穩定的保護膜。因此，W-Si基合金和W-Cr基合金的氧化特性已經得到了廣泛的研究。

對於W-Si二元合金，在一定範圍內，耐氧化性隨著Si含量的增加而增加。這是由於相對較高的矽含量有利於在氧化過程中在合金表面快速形成氧化膜。然而，過高的Si含量會降低合金的韌性。在W-Si三元合金中，W-Si-Cr合金的抗氧化性最好。增加WSi₁₀Cr₁₀薄膜合金的厚度，有利於促進其表面形成Cr₂O₃保護膜。

對於W-Cr二元合金，其抗氧化性不僅取決於Cr的含量，還受表面相位分佈的影響。加入適量的Cr可以使合金的表面結構變得更加均勻和緊湊，有利於在氧化過程中在合金表面產生連續而均勻的氧化膜。對於W-Cr-Ti三元合金，Ti元素在氧化過程中被氧化成Ti₂CrO₅氧化膜，可以抑制O原子向合金的擴散。

對於W-Cr-Y三元合金，Y元素與氧結合形成Y₂O₃顆粒，可以有效抑制合金表面晶粒的生長，提高合金的高溫強度。此外，氧化過程中產生的Y₂W₃O₁₂顆粒可以穩定Cr₂O₃氧化膜的形態，增強合金的自鈍化效果。

對於W-Cr-Nb的W基合金，Nb元素可以與Cr結合形成第二相Cr₂Nb，可以細化合金成分，提高合金的密度，並且合金的氧化機制中的抗氧化性隨著Cr/Cr₂Nb的增加而增加。對於W-Cr-Zr三元合金，Zr元素不僅可以作為氧化過程中的成核中心，還可以作為Cr陽離子的擴散屏障，減輕Cr的氧化程度。值得注意的是，與W-10Cr-0.5Y-0.5Zr合金相比，W-10Cr-0.5Y合金的抗氧化性沒有明顯改善。

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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