自钝化钨合金及表面涂层保护技术

为了解决W及W基合金在高温下抗氧化性差的问题，研究人员总结了自钝化钨合金及表面涂层保护技术。优化合金的制备工艺（HIPed合金的热处理等）可以有效减少或消除其内部的裂纹和孔洞、热应力和残余应力，从而降低其表面的粗糙度和孔隙率。此外，还可以加入一些有益元素（Ti、Zr、Y、Nb等）来提高W基合金的高温强度，减缓Cr阳离子的扩散，促进氧化膜的形成。

研究表明，钨基合金在低温下（1000℃及以下）具有良好的抗氧化性。然而，钨合金的物理和化学性能在一定程度上受到合金化的影响。因此，钨合金在中、高温下（1000℃以上）抗氧化性差的问题不能从根本上得到解决。通过表面涂层技术制备的硅化物涂层在高温下（1300℃以上）具有稳定的抗氧化性。

然而，由于涂层和基材之间的CTE不匹配，一些裂缝和孔会出现在涂层的表面和内部。这将成为氧气进入涂层的扩散通道，加速涂层的氧化。通过适当增加界面层的厚度，这个问题的危害可以在一定程度上得到缓解。此外，两步沉积工艺可以使各种元素在扩散过程中优势互补，涂层结构可以得到进一步优化。

因此，合金化与表面涂层保护技术相结合是一种非常有前途的保护方法。它不仅可以提高钨合金的机械性能和中温抗氧化性，还可以有效提高钨合金的高温抗氧化性。通过合金元素和涂层的扩散，可以优化涂层结构和成分，也可以减少涂层和基体之间CTE不匹配造成的缺陷，有效提高W基材料的抗氧化性。这需要后续研究人员进一步做大量的研究工作。

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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