钨-铬二元合金的氧化行为

Cr元素是一种传统的抗氧化有益元素，被广泛用于金属的氧化保护过程中。此外，它还具有与钨元素相同的体心立方结构。因此，相关学者对钨-铬二元合金的氧化行为做了大量的研究。Telu等研究人员通过机械合金化（MA）制备了W_0.7Cr_0.3、W_0.5Cr_0.5和W_0.4Cr_0.6合金，观察到两相（Wss，Crss）具有明显不同的亮度。

研究人员演示了合金在1000℃和1200℃空气中的单位面积质量增加（Δm/S）的实验。在1000℃暴露前5小时内，合金的Δm/S是纯W的0.2~0.5倍。与其他二元合金相比，W_0.7Cr_0.3合金的Δm/S值相对较高，这对提高纯W的抗氧化性有一定的限制。在1200℃的氧化实验中也得到类似的结论，这是因为W_0.7Cr_0.3合金中的Cr元素含量相对较低，氧化过程中无法在其表面形成致密的Cr₂O₃保护膜。

然而，在上述实验中，W_0.5Cr_0.5合金的质量增益是最低的。这表明Cr元素含量的增加对于提高钨-铬二元合金的抗氧化性是有上限的。在合金的表面观察到了更均匀、更精细的富铬相。这有利于在氧化的初始阶段在合金表面形成连续而致密的氧化膜。EDS和XRD结果显示，氧化层由内到外由Cr₂O₃、Cr₂WO₆和多孔的WO₃层组成。

在氧化的初始阶段，合金表面的W和Cr同时被氧化，Cr₂O₃和WO₃沿合金表面生长。此外，随着反应的进行，WO₃的体积膨胀增加了孔隙率和氧化层的厚度。由于氧化层中的氧分压相对较低，Cr元素被大大氧化。最后，在氧化层的底部形成一个连续的Cr₂O₃层。此外，Hou等研究人员在研究W-Cr（10，20wt%Cr）合金的氧化行为时也得到了类似的结论。

（图片来源：Jan Cizek / coatings）

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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