W基合金的抗氧化塗層

W基合金表面的抗氧化塗層塗層技術是材料表面氧化保護的重要措施，已被廣泛應用於難熔金屬的氧化保護。其中，鹵化物活化包固法（HAPC）、化學氣相沉積（CVD）技術、熱浸矽化（HDS）技術因其優良的工藝條件，在W基材料的氧化保護方面贏得了更多研究者的青睞。

HAPC塗層的橫截面形態呈現出典型的垂直於W基材的柱狀晶體結構，EPMA化學分析表明，柱狀晶體是WSi2相。由於塗層和基體之間的熱膨脹係數（CTE）不匹配，在塗層內部觀察到大量的縱向裂紋。

此外，在XTEM明場圖像中觀察到塗層和基體之間有一個薄的過渡層。EDS分析表明，過渡層是W₅Si₃相。這是由於在擴散到塗層的過程中，Si元素的濃度逐漸減少。同樣的結果也在Alam等人的研究中得到證實。此外，塗層厚度的平方與嵌入時間成正比，這意味著塗層的增長符合抛物線規律。在1100℃下，嵌入的WSi₂塗層的生長速度為20.5µm².h^-1（37.4µm².h^-1）。

氧化的HAPC塗層的表面和橫截面形態，在氧化塗層的表面有一些微裂紋，這是由於在氧化過程中熱應力的釋放造成的。此外，還觀察到穿透整個塗層截面的縱向裂紋，並且在裂紋內部檢測到與氧化層相同的成分。

在1100℃下迴圈氧化6小時後，在W基合金的塗層表面觀察到少量的針狀顆粒。SEM-EDAX分析結果表明，這些顆粒由W和O元素組成，而氧化層主要由SiO₂和WO₃組成。此外，還分別研究了塗層在迴圈氧化和1300℃下的等溫氧化的行為。迴圈氧化5小時後的塗層表面非常粗糙，SiO2顆粒與大量的WO3殘留顆粒混合在一起。塗層單位面積的品質損失為145.11 mg.cm^-2。氧化層的厚度高達20µm，大的縱向裂紋穿透了整個塗層部分。

然而，在等溫氧化後的抗氧化塗層表面只觀察到一個薄的氧化層和一些裂紋。塗層每單位面積的品質損失只有10.14 mg·cm⁻²。與等溫氧化相比，在迴圈氧化過程中，應力集中更容易發生在樣品的邊緣，這導致了裂紋的形成和進一步擴大。同時，在迴圈氧化過程中，在樣品的邊緣觀察到大量的粉化和剝落現象。因此，迴圈氧化的破壞程度比等溫氧化要高得多。

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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