W-Cr-Y三元合金的氧化行为

Calvo等研究人员通过HIP技术制备了Cr含量为8、10wt%，Y含量为0.3、0.5和1wt%的W-Cr-Y三元合金并研究其氧化行为。HIPed合金表面的微观结构图片显示，该合金具有精细的表面结构和均匀的成分。EDS分析显示，大部分亮灰色区域为富铬相，而深灰色不连续区域为富W相。与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。这表明Y的加入可以起到抑制晶粒生长的作用。此外，在晶界观察到纳米级的黑色Y₂O₃颗粒，这是由于在HIPing过程中不稳定的氧化物分解造成的。

此外，在Y含量为1wt%的合金表面观察到富含Y-O的纳米颗粒。由于合金中Y含量相对较高，部分Y没有被氧化而富集在合金表面。氧化合金的横截面由薄的Cr₂O₃层、Cr₂WO₆层和WO₃层组成。在WO₃层和Cr₂WO₆层的界面上观察到大量的孔隙，这主要是由于氧化过程中产生的压应力和氧化物的体积膨胀。此外，在氧化的W-8Cr-0.5Y合金的表面也观察到大量的裂纹和孔隙。因此，当Cr含量低时，很难在合金表面形成连续致密的保护膜。在其他两种氧化合金的表面上观察到Y₂W₃O₁₂颗粒。

W-10Cr-0.3Y合金表面的颗粒分布是相对分散的。当Y含量为1wt%时，涂层表面几乎完全被Cr₂O₃层所覆盖，只观察到少量的Y₂W₃O₁₂相。W-Cr-Y三元合金的氧化率最高，W-10Cr-0.5Y和W-8Cr-0.5Y合金呈现类似的氧化行为，而W-10Cr-1Y合金的氧化率最低。因此，Y₂W₃O₁₂颗粒可以促进Cr₂O₃保护膜的形成，Y元素可以显著提高W-Cr合金的抗氧化性。

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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