钨-硅三元合金的氧化行为

钨-硅三元合金比W-Si二元合金有更长的氧化寿命。不同三元合金的氧化行为相较纯W和WSi₁₃合金有明显的下降。在600-1000℃的温度范围内，WSi₁₃Zr₁₃合金的氧化率仅为WSi₁₃合金的0.16~0.27倍。W-Si-Cr合金的氧化率低于WSi₉Y₁₃合金的氧化率，而WSi₈Cr₁₂和WSi₁₂Cr₇合金在1000℃下的氧化率分别仅为WSi₉Y₁₃合金的0.25倍和0.023倍。

Si、Cr、Ti、Zr、Nb和Y元素具有较低的中子辐照活化和稳定的热力学性能，被广泛用于提高难熔金属合金的抗氧化性。当反应堆失冷事故发生时，这些元素可以迅速被氧化，并在W基合金的表面形成一层致密而连续的氧化膜，从而延缓W基合金的进一步氧化。

Koch等研究了W-Si-Cr合金在1000℃温度下的氧化特性。当WSi₁₂Cr₇合金在1000℃下氧化1小时后，涂层表面覆盖着连续致密的Cr₂O₃层，中间层主要由W、Si、WO₃和SiO₂组成，没有Cr元素。氧化膜的形成有效地抑制了WSi₁₂Cr₇合金的氧化。

因此，在高温和有氧条件下，三元合金的使用寿命比二元合金长。此外，Cr含量和氧化层厚度对钨-硅三元合金（W-Si-Cr）的抗氧化性也有重要影响。厚度为2.5微米的WSi₁₀Cr₁₀合金在800℃下氧化4小时后的表面出现爆裂情况。然而，厚度为4.5微米的WSi₁₀Cr₁₀合金在1000℃下氧化22小时后仍然保持完整的表面结构，相对较高的Cr含量使其在氧化过程中更容易在表面形成致密的Cr₂O₃保护膜，其氧化速率明显低于W和WSi₁₈。

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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