W-Cr-Nb三元合金和W-Cr-Zr三元合金的氧化行為

研究人員對W-Cr-Nb三元合金和W-Cr-Zr三元合金的氧化行為進行了研究總結。首先是Suresh等研究人員報導了W-Cr-Nb三元合金在1000℃下15小時（30次迴圈）的氧化行為。不同的W-Cr-Nb合金的微觀結構結果表明W-Cr-Nb三元合金具有較高的密度和少量的孔隙，其真實密度為其理論密度的97.5-98.5%。W-Cr-Nb三元合金主要由富含W的固溶體（WSS）和Cr₂Nb相組成。隨著Cr含量的增加，WSS晶粒尺寸逐漸減小，Cr₂Nb含量逐漸增加，並且Cr₂Nb在晶界的分佈更加均勻。此外，在(W_0.7Cr_0.3)90-Nb₁₀和(W_0.5Cr_0.5)90-Nb₁₀樣品的表面觀察到少量的氣孔。然而，(W_0.4Cr_0.6)90-Nb₁₀樣品的表面是非常均勻和緊湊的，幾乎沒有孔隙。這表明，合金的密度與Cr含量有關。

與W-Cr二元合金和純W相比，W-Cr-Nb三元合金的Δ m/S更低。Cr2Nb第二相可以有效降低W-CrNb三元合金的氧化率。氧化的W-Cr-Nb合金樣品的截面圖像和外觀。可以看出，（W_0.7Cr_0.3）90-Nb₁₀和（W_0.5Cr_0.5）90-Nb₁₀合金的粉化比較嚴重，在樣品的邊緣可以看到明顯的氧化膨脹裂紋。

然而，氧化後的（W_0.4Cr_0.6）90-Nb10樣品的表面沒有明顯的缺陷，合金的Δ m/S比（W_0.7Cr_0.3）₉₀-Nb₁₀和（W_0.5Cr_0.5）₉₀-Nb₁₀合金的Δ m/S高近0.5倍。橫截面SEM結果顯示，氧化層的主要成分是Nb₂O₅-3WO₃和Cr₂WO₆。Cr₂WO₆主要存在於氧化層的明亮區域，其含量隨著合金中Cr/Cr₂Nb含量的增加而增加。因此，增加Cr/Cr₂Nb含量有利於延長W-Cr-Nb三元合金的氧化壽命。

Tan等研究人員通過磁控濺射技術在W表面製備了W-Cr-Zr薄膜合金。合金樣品表面為柱狀晶體結構，成分均勻，截面厚度約為4微米，具有磁控濺射技術的典型特徵。在1000℃下氧化75分鐘至10小時的W-Cr-Zr合金的截面微觀結構圖像表明。在樣品內部觀察到大量的白色相，這表明樣品的內部已經被氧化。此外，W-12.5Cr-0.6Zr和W-12.1Cr-1.7Zr合金具有較高的Δm/S值和較厚的氧化層，氧化層的厚度分別為345nm和360nm。然而，W-10.5Cr-1.3Zr合金的氧化層厚度只有230nm。

結果表明W-10.5Cr-1.3Zr合金的氧化非常嚴重，出現了大量的縱向裂紋，W-11.2Cr-1.7Zr合金具有最好的抗氧化性，Δm/S值最低。XRD分析表明，氧化層主要由Cr2WO6和WO3組成，還有少量的Cr2O3和ZrO2相。最外層的氧化層主要由Cr2WO6和WO3組成，厚度為2 µm，中間層主要由Cr2O3和ZrO2顆粒組成，厚度為1.5 µm。ZrO2顆粒不僅可以作為初始氧化物的成核點，還可以作為擴散屏障，抑制Cr陽離子的擴散，維持氧化膜結構，延緩合金的氧化。

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.

• < 前一頁
• 下一個 >