자랑하는가장 높은 녹는점과 끓는점알려진 모든 요소 중에서텅스텐다음을 포함하여 극한의 온도와 관련된 응용 분야에서 인기 있는 선택이 되었습니다.전구 필라멘트, 아크 용접, 방사선 차폐그리고 최근에는 다음과 같이플라즈마 직면 재료ITER 토카막과 같은 핵융합로에서.

하지만,텅스텐 고유의 취성, 적층 가공시 발생하는 미세균열(3D 프린팅)와 함께희귀 금속, 광범위한 채택을 방해했습니다.

이러한 미세 균열이 형성되는 방식과 이유를 특성화하기 위해 LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory) 과학자들은 레이저 분말층 융합(LPBF) 금속 3D 프린팅 공정 중에 촬영한 고속 비디오와 열역학적 시뮬레이션을 결합했습니다. 이전 연구는 빌드 후 균열을 조사하는 데 국한되어 있었지만, 과학자들은 처음으로 텅스텐의 연성-취성 전이(DBT)를 실시간으로 시각화하여 미세 균열이 금속으로 시작되고 확산되는 방식을 관찰할 수 있었습니다. 가열 및 냉각. 연구팀은 미세균열 현상을 잔류응력, 변형률, 온도 등의 변수와 연관시키고, DBT가 균열을 일으키는 것을 확인할 수 있었다.

연구원들은 최근 Acta Materialia 저널에 발표되고 권위 있는 MRS Bulletin 9월호에 소개된 이 연구가 균열의 근본적인 메커니즘을 밝혀냈다고 말했습니다.3D 프린팅 텅스텐금속으로 균열 없는 부품을 생산하려는 향후 노력의 기준을 설정합니다.

“독특한 특성 때문에텅스텐공동 연구 책임자인 Manyalibo "Ibo" Matthews는 "에너지부와 국방부의 임무별 응용 프로그램에서 중요한 역할을 했습니다."라고 말했습니다. “이 작업은 새로운 적층 제조 처리 영역을 향한 길을 닦는 데 도움이 됩니다.텅스텐이는 이러한 임무에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다.”

LLNL의 Diablo 유한 요소 코드를 사용하여 수행된 실험적 관찰과 계산 모델링을 통해 연구원들은 텅스텐의 미세 균열이 450~650도 켈빈 사이의 작은 창에서 발생하고 공정 매개변수에 의해 직접적인 영향을 받는 변형율에 의존한다는 사실을 발견했습니다. 그들은 또한 균열 영향 영역의 크기와 균열 네트워크 형태를 국부 잔류 응력과 연관시킬 수 있었습니다.

논문의 주요 저자이자 공동 연구 책임자인 Lawrence Fellow Bey Vrancken은 실험을 설계하고 수행했으며 대부분의 데이터 분석도 수행했습니다.

Vrancken은 “텅스텐 균열이 지연될 것이라는 가설을 세웠지만 결과는 내 기대를 크게 뛰어 넘었습니다.”라고 말했습니다. “열역학적 모델은 우리의 모든 실험 관찰에 대한 설명을 제공했으며 두 가지 모두 DBT의 변형 속도 의존성을 포착할 수 있을 만큼 충분히 상세했습니다. 이 방법을 통해 우리는 텅스텐의 LPBF 중에 균열을 제거하는 가장 효과적인 전략을 결정할 수 있는 훌륭한 도구를 갖게 되었습니다.”

연구원들은 이 연구가 균열 형성에 대한 공정 매개변수 및 용융 형상의 영향에 대한 자세하고 기본적인 이해를 제공하며, 재료 구성 및 예열이 텅스텐으로 인쇄된 부품의 구조적 무결성에 미치는 영향을 보여준다고 말했습니다. 팀은 특정 합금 요소를 추가하면 DBT 전이를 줄이고 금속을 강화하는 데 도움이 될 수 있으며 예열은 미세 균열을 완화하는 데 도움이 될 수 있다고 결론지었습니다.

팀은 결과를 사용하여 공정 및 합금 수정과 같은 기존 균열 완화 기술을 평가하고 있습니다. 연구원들은 연구를 위해 개발된 진단법과 함께 이번 발견이 극한 환경을 견딜 수 있는 균열 없는 텅스텐 부품을 3D 프린팅하려는 연구소의 궁극적인 목표에 매우 중요할 것이라고 말했습니다.