W-Cr-Y三元合金的氧化行為

Calvo等研究人員通過HIP技術製備了Cr含量為8、10wt%，Y含量為0.3、0.5和1wt%的W-Cr-Y三元合金並研究其氧化行為。HIPed合金表面的微觀結構圖片顯示，該合金具有精細的表面結構和均勻的成分。EDS分析顯示，大部分亮灰色區域為富鉻相，而深灰色不連續區域為富W相。與W-15Cr合金相比，W-Cr-Y合金的晶粒尺寸更低，只有0.5-1微米。這表明Y的加入可以起到抑制晶粒生長的作用。此外，在晶界觀察到納米級的黑色Y₂O₃顆粒，這是由於在HIPing過程中不穩定的氧化物分解造成的。

此外，在Y含量為1wt%的合金表面觀察到富含Y-O的納米顆粒。由於合金中Y含量相對較高，部分Y沒有被氧化而富集在合金表面。氧化合金的橫截面由薄的Cr₂O₃層、Cr₂WO₆層和WO₃層組成。在WO₃層和Cr₂WO₆層的介面上觀察到大量的孔隙，這主要是由於氧化過程中產生的壓應力和氧化物的體積膨脹。此外，在氧化的W-8Cr-0.5Y合金的表面也觀察到大量的裂紋和孔隙。因此，當Cr含量低時，很難在合金表面形成連續緻密的保護膜。在其他兩種氧化合金的表面上觀察到Y₂W₃O₁₂顆粒。

W-10Cr-0.3Y合金表面的顆粒分佈是相對分散的。當Y含量為1wt%時，塗層表面幾乎完全被Cr₂O₃層所覆蓋，只觀察到少量的Y₂W₃O₁₂相。W-Cr-Y三元合金的氧化率最高，W-10Cr-0.5Y和W-8Cr-0.5Y合金呈現類似的氧化行為，而W-10Cr-1Y合金的氧化率最低。因此，Y₂W₃O₁₂顆粒可以促進Cr₂O₃保護膜的形成，Y元素可以顯著提高W-Cr合金的抗氧化性。

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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