מתגאה בנקודות ההיתוך והרתיחה הגבוהות ביותרמכל האלמנטים הידועים,ווֹלפרָםהפך לבחירה פופולרית עבור יישומים הכוללים טמפרטורות קיצוניות, כוללחוטי נורה, ריתוך קשת, מיגון קרינהולאחרונה, כמוחומר הפונה לפלסמהבכורי היתוך כגון ITER Tokamak.

אוּלָם,השבריריות המובנית של טונגסטן, והמיקרו-פיצוח המתרחש בזמן ייצור תוסף (הדפסה תלת מימדית) עם המתכת נדירה, הפריע לאימוץ הנרחב שלה.

כדי לאפיין כיצד ומדוע המיקרו-סדקים הללו נוצרים, מדעני המעבדה הלאומית של לורנס ליברמור (LLNL) שילבו סימולציות תרמו-מכאניות עם סרטונים במהירות גבוהה שצולמו במהלך תהליך ההדפסה התלת-ממדית של מתכת אבקת לייזר (LPBF). בעוד שמחקר קודם הוגבל לבחינת סדקים לאחר בנייה, מדענים הצליחו לראשונה לדמיין את המעבר רקיע-לשביר (DBT) בטונגסטן בזמן אמת, מה שאפשר להם לראות כיצד מיקרו-סדקים מתחילים ומתפשטים כמתכת מחומם ומקורר. הצוות הצליח לתאם את תופעת המיקרו-פיצוח עם משתנים כמו מתח שיורי, קצב מתח וטמפרטורה, ולאשר שה-DBT גרם לסדיקה.

חוקרים אמרו כי המחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת Acta Materialia והוצג בגיליון ספטמבר של ה-MRS Bulletin היוקרתי, חושף את המנגנונים הבסיסיים מאחורי פיצוחטונגסטן מודפס תלת מימדוקובע קו בסיס למאמצים עתידיים לייצר חלקים נטולי סדקים מהמתכת.

"בגלל תכונותיו הייחודיות,ווֹלפרָםשיחק תפקיד משמעותי ביישומים ספציפיים למשימה עבור משרד האנרגיה ומשרד ההגנה", אמר חוקר ראשי משותף מאניאליבו "איבו" מתיוס. "עבודה זו עוזרת לסלול את הדרך לטריטוריה חדשה של עיבוד ייצור תוספים עבורווֹלפרָםשיכולה להיות השפעה משמעותית על המשימות הללו".

באמצעות תצפיות ניסוי ומודלים חישוביים שבוצעו באמצעות קוד האלמנטים הסופיים של LLNL של LLNL, החוקרים מצאו שמיקרו-פיצוח בטונגסטן מתרחש בחלון קטן בין 450 ל-650 מעלות קלווין ותלוי בקצב המתח, המושפע ישירות מפרמטרי תהליך. הם גם הצליחו לתאם את גודל האזור הנגוע בסדק ומורפולוגיה של רשת הסדקים למתחים שיוריים מקומיים.

לורנס עמית ביי ורנקן, הכותבת הראשית של המאמר וחוקר ראשי, עיצב וביצע את הניסויים וגם ערך את רוב ניתוח הנתונים.

"הנחתי שיהיה עיכוב בפיצוח של טונגסטן, אבל התוצאות עלו בהרבה על הציפיות שלי", אמר ורנקן. "המודל התרמו-מכני סיפק הסבר לכל תצפיות הניסוי שלנו, ושתיהן היו מפורטות מספיק כדי ללכוד את התלות בקצב המתח של ה-DBT. בשיטה זו, יש לנו כלי מצוין לקבוע את האסטרטגיות היעילות ביותר לחסל פיצוח במהלך LPBF של טונגסטן."

החוקרים אמרו שהעבודה מספקת הבנה מפורטת ובסיסית של ההשפעה של פרמטרים של תהליך וגיאומטריית נמס על היווצרות סדקים ומראה את ההשפעה של הרכב החומרים והחימום מראש על השלמות המבנית של חלקים מודפסים עם טונגסטן. הצוות הגיע למסקנה שהוספת אלמנטים מסויימים מסגסוגת יכולה לעזור להפחית את מעבר ה-DBT ולחזק את המתכת, בעוד שחימום מוקדם יכול לעזור להפחית פיצוח מיקרו.

הצוות משתמש בתוצאות כדי להעריך טכניקות קיימות להפחתת סדקים, כגון שינויים בתהליך וסגסוגת. הממצאים, יחד עם האבחון שפותח עבור המחקר, יהיו קריטיים למטרה הסופית של המעבדה של הדפסת תלת מימד חלקי טונגסטן נטולי סדקים שיכולים לעמוד בסביבות קיצוניות, אמרו חוקרים.