W基合金的氧化机制

W基合金的氧化机制和失效机制表明氧化过程可以分为两个不同的阶段。氧化膜的形成速度和结构的稳定性是影响W-Cr合金的抗氧化性的关键因素。Si和Cr元素很容易被氧化，形成稳定的保护膜。因此，W-Si基合金和W-Cr基合金的氧化特性已经得到了广泛的研究。

对于W-Si二元合金，在一定范围内，耐氧化性随着Si含量的增加而增加。这是由于相对较高的硅含量有利于在氧化过程中在合金表面快速形成氧化膜。然而，过高的Si含量会降低合金的韧性。在W-Si三元合金中，W-Si-Cr合金的抗氧化性最好。增加WSi₁₀Cr₁₀薄膜合金的厚度，有利于促进其表面形成Cr₂O₃保护膜。

对于W-Cr二元合金，其抗氧化性不仅取决于Cr的含量，还受表面相位分布的影响。加入适量的Cr可以使合金的表面结构变得更加均匀和紧凑，有利于在氧化过程中在合金表面产生连续而均匀的氧化膜。对于W-Cr-Ti三元合金，Ti元素在氧化过程中被氧化成Ti₂CrO₅氧化膜，可以抑制O原子向合金的扩散。

对于W-Cr-Y三元合金，Y元素与氧结合形成Y₂O₃颗粒，可以有效抑制合金表面晶粒的生长，提高合金的高温强度。此外，氧化过程中产生的Y₂W₃O₁₂颗粒可以稳定Cr₂O₃氧化膜的形态，增强合金的自钝化效果。

对于W-Cr-Nb的W基合金，Nb元素可以与Cr结合形成第二相Cr₂Nb，可以细化合金成分，提高合金的密度，并且合金的氧化机制中的抗氧化性随着Cr/Cr₂Nb的增加而增加。对于W-Cr-Zr三元合金，Zr元素不仅可以作为氧化过程中的成核中心，还可以作为Cr阳离子的扩散屏障，减轻Cr的氧化程度。值得注意的是，与W-10Cr-0.5Y-0.5Zr合金相比，W-10Cr-0.5Y合金的抗氧化性没有明显改善。

参考来源: 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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