يضمأعلى درجات الانصهار والغليانمن جميع العناصر المعروفة،التنغستنأصبح خيارًا شائعًا للتطبيقات التي تتضمن درجات حرارة قصوى، بما في ذلكخيوط المصباح, لحام القوس, التدريع الإشعاعيومؤخرًا، مثلالمواد التي تواجه البلازمافي مفاعلات الاندماج مثل ITER Tokamak.

لكن،هشاشة التنغستن المتأصلة، والتكسير الدقيق الذي يحدث أثناء التصنيع الإضافي (طباعة ثلاثية الأبعاد) معمعدن نادر، مما أعاق اعتماده على نطاق واسع.

لتوصيف كيفية وسبب تشكل هذه الشقوق الصغيرة، قام علماء مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) بدمج عمليات المحاكاة الميكانيكية الحرارية مع مقاطع فيديو عالية السرعة تم التقاطها أثناء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بدمج مسحوق الليزر (LPBF). في حين أن الأبحاث السابقة كانت مقتصرة على فحص الشقوق بعد البناء، فقد تمكن العلماء لأول مرة من تصور التحول من اللدنة إلى الهش (DBT) في التنغستن في الوقت الحقيقي، مما يسمح لهم بمراقبة كيفية ظهور الشقوق الصغيرة وانتشارها كمعدن. ساخنة ومبردة. كان الفريق قادرًا على ربط ظاهرة التكسير الدقيق بمتغيرات مثل الإجهاد المتبقي ومعدل الإجهاد ودرجة الحرارة، والتأكد من أن DBT هو سبب التشقق.

وقال الباحثون إن الدراسة، التي نشرت مؤخرا في مجلة Acta Materialia وظهرت في عدد سبتمبر من مجلة MRS Bulletin المرموقة، تكشف عن الآليات الأساسية وراء اختراق الخلايا العصبية.التنغستن المطبوع ثلاثي الأبعادويضع خط الأساس للجهود المستقبلية لإنتاج أجزاء خالية من الشقوق من المعدن.

"بسبب خصائصه الفريدة،التنغستنقال المحقق الرئيسي المشارك ماناليبو "إيبو" ماثيوز: "لعبت دورًا مهمًا في التطبيقات الخاصة بالمهمة لوزارة الطاقة ووزارة الدفاع". "يساعد هذا العمل في تمهيد الطريق نحو منطقة جديدة لمعالجة التصنيع الإضافيالتنغستنيمكن أن يكون لها تأثير كبير على هذه المهام”.

من خلال ملاحظاتهم التجريبية والنمذجة الحسابية التي تم إجراؤها باستخدام كود العناصر المحدودة Diablo الخاص بـ LLNL، وجد الباحثون أن التكسير الدقيق في التنغستن يحدث في نافذة صغيرة بين 450 و650 درجة كلفن ويعتمد على معدل الإجهاد، الذي يتأثر بشكل مباشر بمعلمات العملية. كما تمكنوا أيضًا من ربط حجم المنطقة المتأثرة بالتصدع وتشكل شبكة التصدع بالضغوط المحلية المتبقية.

قام زميل لورنس باي فرانكن، المؤلف الرئيسي للورقة والمحقق الرئيسي المشارك، بتصميم وتنفيذ التجارب وأجرى أيضًا معظم تحليل البيانات.

وقال فرانكن: "لقد افترضت أنه سيكون هناك تأخير في تكسير التنغستن، ولكن النتائج فاقت توقعاتي إلى حد كبير". "قدم النموذج الميكانيكي الحراري شرحًا لجميع ملاحظاتنا التجريبية، وكلاهما كان مفصلاً بما يكفي لالتقاط اعتماد معدل الإجهاد في DBT. باستخدام هذه الطريقة، لدينا أداة ممتازة لتحديد الاستراتيجيات الأكثر فعالية للقضاء على التشقق أثناء LPBF للتنغستن.

قال الباحثون إن العمل يوفر فهمًا أساسيًا ومفصلاً لتأثير معلمات العملية وهندسة الذوبان على تكوين الشقوق ويظهر تأثير تكوين المواد والتسخين المسبق على السلامة الهيكلية للأجزاء المطبوعة بالتنغستن. وخلص الفريق إلى أن إضافة عناصر معينة من السبائك يمكن أن تساعد في تقليل انتقال DBT وتقوية المعدن، في حين أن التسخين المسبق يمكن أن يساعد في تخفيف التشققات الدقيقة.

ويستخدم الفريق النتائج لتقييم تقنيات التخفيف الحالية من التشققات، مثل تعديلات العمليات والسبائك. وقال الباحثون إن النتائج، إلى جانب التشخيص الذي تم تطويره للدراسة، ستكون حاسمة لتحقيق الهدف النهائي للمختبر المتمثل في طباعة أجزاء التنغستن الخالية من الشقوق ثلاثية الأبعاد والتي يمكنها تحمل البيئات القاسية.