kehuakorkeimmat sulamis- ja kiehumispisteetkaikista tunnetuista elementeistä,volframion tullut suosittu valinta sovelluksiin, joihin liittyy äärimmäisiä lämpötiloja, mukaan lukienhehkulamppujen filamentit, kaarihitsaus, säteilysuojausja viime aikoina asplasmalle päin oleva materiaalifuusioreaktoreissa, kuten ITER Tokamak.

Kuitenkin,volframille luontaista haurauttaja mikrohalkeilua, joka syntyy additiivisen valmistuksen aikana (3-D-tulostus) kanssaharvinainen metalli, on estänyt sen laajaa käyttöönottoa.

Lawrence Livermore National Laboratoryn (LLNL) tutkijat ovat yhdistäneet lämpömekaaniset simulaatiot nopeisiin videoihin, jotka on otettu laserjauhepetifuusion (LPBF) metallin 3D-tulostusprosessin aikana. Aiemmat tutkimukset rajoittuivat halkeamien tutkimiseen rakentamisen jälkeen, kun taas tutkijat pystyivät ensimmäistä kertaa visualisoimaan volframin sitkeästä hauraaseen siirtymän (DBT) reaaliajassa, jolloin he pystyivät tarkkailemaan mikrohalkeamien alkamista ja leviämistä metallina. lämmitetään ja jäähdytetään. Tiimi pystyi korreloimaan mikrosäröilyilmiön muuttujiin, kuten jäännösjännitykseen, venytysnopeusin ja lämpötilaan, ja vahvistamaan, että DBT aiheutti halkeilun.

Tutkijat sanoivat, että äskettäin Acta Materialia -lehdessä julkaistu ja arvostetun MRS Bulletin -lehden syyskuun numerossa julkaistu tutkimus paljastaa perusmekanismit3-D-painettu volframija asettaa lähtökohdan tuleville pyrkimyksille tuottaa halkeilemattomia osia metallista.

"Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksivolframion ollut merkittävä rooli energiaministeriön ja puolustusministeriön tehtäväkohtaisissa sovelluksissa", sanoi apulaistutkija Manyalibo "Ibo" Matthews. "Tämä työ auttaa tasoittamaan tietä kohti uutta lisäaineiden valmistusprosessiavolframijolla voi olla merkittävä vaikutus näihin tehtäviin."

LLNL:n Diablo-elementtikoodilla suoritettujen kokeellisten havaintojensa ja laskennallisen mallinnuksensa avulla tutkijat havaitsivat, että volframin mikrosäröily tapahtuu pienessä ikkunassa 450-650 Kelvin astetta ja riippuu venymänopeudesta, johon prosessiparametrit vaikuttavat suoraan. He pystyivät myös korreloimaan halkeaman vaikutuksen alaisen alueen koon ja halkeamaverkoston morfologian paikallisiin jäännösjännityksiin.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, paperin johtava kirjoittaja ja päätutkija, suunnitteli ja suoritti kokeet ja suoritti myös suurimman osan data-analyysistä.

"Olin olettanut, että volframin murtuminen viivästyisi, mutta tulokset ylittivät suuresti odotukseni", Vrancken sanoi. "Termomekaaninen malli antoi selityksen kaikille kokeellisille havainnoillemme, ja molemmat olivat riittävän yksityiskohtaisia ​​vangitakseen DBT:n jännitysnopeusriippuvuuden. Tällä menetelmällä meillä on erinomainen työkalu määrittää tehokkaimmat strategiat halkeamien poistamiseksi volframin LPBF:n aikana.

Tutkijat sanoivat, että työ tarjoaa yksityiskohtaisen, perustavanlaatuisen käsityksen prosessiparametrien ja sulatteen geometrian vaikutuksesta halkeamien muodostumiseen ja osoittaa materiaalikoostumuksen ja esilämmityksen vaikutuksen volframilla painettujen osien rakenteelliseen eheyteen. Ryhmä päätteli, että tiettyjen seoselementtien lisääminen voi auttaa vähentämään DBT-siirtymää ja vahvistamaan metallia, kun taas esilämmitys voisi auttaa vähentämään mikrohalkeilua.

Tiimi käyttää tuloksia arvioidakseen olemassa olevia halkeamia vähentäviä tekniikoita, kuten prosessi- ja seosmuutoksia. Löydökset ja tutkimukseen kehitetty diagnostiikka ovat ratkaisevan tärkeitä laboratorion perimmäiselle tavoitteelle 3D-tulostaa halkeilemattomia volframiosia, jotka kestävät äärimmäisiä ympäristöjä, tutkijat sanoivat.