鎢-矽二元合金的氧化行為

鎢-矽二元合金主要由Si和W-Si化合物組成。在W-Si合金的氧化行為中，合金表面很容易被氧化，產生一層緻密而連續的SiO₂保護膜。它將作為一個擴散屏障，延遲氧氣進一步擴散到合金中。

F. Koch等研究人員對Si含量對W-Si合金的抗氧化性的影響進行了研究。結果顯示，W-Si合金的氧化率低於純W的氧化率，Si含量越高，合金的抗氧化性越好。其中，WSi₁₈合金在600~1000℃的溫度下具有最好的抗氧化性，其氧化率比純鎢低10~100倍。氧化率與1/T的Arrhenius圖表明，W-Si合金的氧化活化能（117~136 Kj.mol^-1）明顯高於純鎢（80 Kj.mol^-1），這表明W-Si合金比純鎢有更好的抗氧化性。

研究人員認為較大的晶粒尺寸是WSi_1.7表面粗糙度較高的主要原因。鎢-矽二元合金(WSi₁₃)具有光滑緻密的表面結構，僅有少量的大尺寸晶粒。然而，在800℃溫度下經過4小時，WSi₁₃合金的表面氧化更為嚴重。EDS分析結果顯示，深灰色區域主要由SiO₂組成，其中氧含量高達62 at%。然而，淺灰色區域的氧含量只有12 at%，這個區域主要由SiO₂和WO₃組成。在深灰色區域觀察到一些直徑為10~20微米的小坑，這主要是由於鎢的氧化行為及其徑向生長。WO₃的形成是導致氧化層體積膨脹和脫落的主要原因。這種氧化成核現象可能與合金表面存在的微觀孔隙、裂縫和Si元素的不均勻分佈有關。此外，W和Si之間形成的中間相降低了合金強度，這在一定程度上限制了W-Si合金的應用。

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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