Dicsekedni alegmagasabb olvadáspont és forráspontaz összes ismert elemből,volfrámnépszerű választássá vált az extrém hőmérsékletekkel járó alkalmazásokhoz, beleértveizzószálak, ívhegesztés, sugárzás árnyékolásés újabban asplazma felületű anyagfúziós reaktorokban, mint például az ITER Tokamak.

Viszont,a volfrám eredendő ridegségeés az additív gyártás során fellépő mikrorepedés (3-D nyomtatás) aritka fém, hátráltatta széles körű elterjedését.

Hogy jellemezzék, hogyan és miért alakulnak ki ezek a mikrorepedések, a Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) tudósai termomechanikai szimulációkat kombináltak a lézerpor-ágyas fúziós (LPBF) fém 3D nyomtatási folyamat során készült nagysebességű videókkal. Míg a korábbi kutatások az építés utáni repedések vizsgálatára korlátozódtak, a tudósok először tudták valós időben megjeleníteni a volfrám képlékeny-brittle átmenetét (DBT), lehetővé téve számukra, hogy megfigyeljék, hogyan keletkeznek és terjednek el a mikrorepedések fémként. fűtött és hűtött. A csapatnak sikerült összefüggésbe hoznia a mikrorepedés jelenségét olyan változókkal, mint a maradék feszültség, alakváltozási sebesség és hőmérséklet, és megerősítette, hogy a DBT okozta a repedést.

A kutatók szerint az Acta Materialia folyóiratban nemrégiben publikált tanulmány, amely a tekintélyes MRS Bulletin szeptemberi számában jelent meg, feltárja az alapvető mechanizmusokat3D-nyomtatott wolframés meghatározza a repedésmentes alkatrészek fémből történő előállítására irányuló jövőbeli erőfeszítéseket.

„Egyedülálló tulajdonságai miattvolfrámjelentős szerepet játszott az Energiaügyi Minisztérium és a Védelmi Minisztérium küldetésspecifikus pályázataiban” – mondta Manyalibo „Ibo” Matthews, a kutatótárs. „Ez a munka segít megnyitni az utat egy új adalékanyag-gyártási feldolgozási terület felévolfrámamelyek jelentős hatással lehetnek ezekre a küldetésekre.”

Kísérleti megfigyeléseik és az LLNL Diablo végeselemes kódjával végzett számítási modellezésük révén a kutatók azt találták, hogy a wolfram mikrorepedése egy kis ablakban, 450 és 650 Kelvin fok között megy végbe, és függ az alakváltozási sebességtől, amelyet közvetlenül befolyásolnak a folyamat paraméterei. A repedés által érintett terület méretét és a repedéshálózat morfológiáját is össze tudták hozni a helyi maradékfeszültségekkel.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, a tanulmány vezető szerzője és társkutatója tervezte és hajtotta végre a kísérleteket, valamint elvégezte az adatok elemzésének nagy részét.

„Azt feltételeztem, hogy késni fog a volfrám repedése, de az eredmények nagymértékben felülmúlták a várakozásomat” – mondta Vrancken. „A termomechanikus modell magyarázatot adott minden kísérleti megfigyelésünkre, és mindkettő elég részletes volt ahhoz, hogy megragadja a DBT alakváltozási sebesség-függését. Ezzel a módszerrel kiváló eszközünk van arra, hogy meghatározzuk a leghatékonyabb stratégiákat a volfrám LPBF során fellépő repedések kiküszöbölésére.”

A kutatók szerint a munka részletes, alapvető megértést ad a folyamat paramétereinek és az olvadékgeometriának a repedésképződésre gyakorolt ​​hatásáról, és megmutatja, hogy az anyagösszetétel és az előmelegítés milyen hatással van a volfrámmal nyomtatott alkatrészek szerkezeti integritására. A csapat arra a következtetésre jutott, hogy bizonyos ötvözetelemek hozzáadása csökkentheti a DBT-átmenetet és megerősítheti a fémet, míg az előmelegítés csökkentheti a mikrorepedezést.

A csapat az eredményeket arra használja fel, hogy értékelje a meglévő repedéscsökkentő technikákat, például a folyamat- és ötvözetmódosításokat. Az eredmények, valamint a tanulmányhoz kifejlesztett diagnosztika kulcsfontosságúak lesznek a Laboratórium végső célja szempontjából, hogy repedésmentes volfrám alkatrészeket 3D-nyomtasson, amelyek ellenállnak a szélsőséges környezeti hatásoknak.