自鈍化鎢合金及表面塗層保護技術

為了解決W及W基合金在高溫下抗氧化性差的問題，研究人員總結了自鈍化鎢合金及表面塗層保護技術。優化合金的製備工藝（HIPed合金的熱處理等）可以有效減少或消除其內部的裂紋和孔洞、熱應力和殘餘應力，從而降低其表面的粗糙度和孔隙率。此外，還可以加入一些有益元素（Ti、Zr、Y、Nb等）來提高W基合金的高溫強度，減緩Cr陽離子的擴散，促進氧化膜的形成。

研究表明，鎢基合金在低溫下（1000℃及以下）具有良好的抗氧化性。然而，鎢合金的物理和化學性能在一定程度上受到合金化的影響。因此，鎢合金在中、高溫下（1000℃以上）抗氧化性差的問題不能從根本上得到解決。通過表面塗層技術製備的矽化物塗層在高溫下（1300℃以上）具有穩定的抗氧化性。

然而，由於塗層和基材之間的CTE不匹配，一些裂縫和孔會出現在塗層的表面和內部。這將成為氧氣進入塗層的擴散通道，加速塗層的氧化。通過適當增加介面層的厚度，這個問題的危害可以在一定程度上得到緩解。此外，兩步沉積工藝可以使各種元素在擴散過程中優勢互補，塗層結構可以得到進一步優化。

因此，合金化與表面塗層保護技術相結合是一種非常有前途的保護方法。它不僅可以提高鎢合金的機械性能和中溫抗氧化性，還可以有效提高鎢合金的高溫抗氧化性。通過合金元素和塗層的擴散，可以優化塗層結構和成分，也可以減少塗層和基體之間CTE不匹配造成的缺陷，有效提高W基材料的抗氧化性。這需要後續研究人員進一步做大量的研究工作。

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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