ภูมิใจนำเสนอจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงสุดขององค์ประกอบที่รู้จักทั้งหมดทังสเตนได้กลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิที่สูงมาก ได้แก่เส้นใยหลอดไฟ, การเชื่อมอาร์ค, ป้องกันรังสีและอีกไม่นานนี้ เช่นวัสดุที่หันหน้าไปทางพลาสมาในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน เช่น ITER Tokamak

อย่างไรก็ตาม,ความเปราะบางโดยธรรมชาติของทังสเตนและการแตกร้าวขนาดเล็กที่เกิดขึ้นขณะผลิตสารเติมแต่ง (การพิมพ์ 3 มิติ) ด้วยโลหะหายากได้ขัดขวางการยอมรับอย่างกว้างขวาง

เพื่ออธิบายลักษณะและสาเหตุที่ทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ของ Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ได้รวมการจำลองทางความร้อนเชิงกลเข้ากับวิดีโอความเร็วสูงที่ถ่ายในระหว่างกระบวนการพิมพ์โลหะ 3 มิติด้วยเลเซอร์ผงฟิวชั่น (LPBF) ในขณะที่การวิจัยก่อนหน้านี้จำกัดอยู่เพียงการตรวจสอบรอยแตกหลังการสร้าง นักวิทยาศาสตร์เป็นครั้งแรกที่สามารถมองเห็นการเปลี่ยนผ่านแบบเหนียวเป็นเปราะ (DBT) ในทังสเตนแบบเรียลไทม์ ทำให้พวกเขาสังเกตได้ว่ารอยแตกขนาดเล็กเริ่มต้นและแพร่กระจายในฐานะโลหะได้อย่างไร อุ่นและเย็น ทีมงานสามารถเชื่อมโยงปรากฏการณ์รอยแตกขนาดเล็กกับตัวแปรต่างๆ เช่น ความเค้นตกค้าง อัตราความเครียด และอุณหภูมิ และยืนยันว่า DBT ทำให้เกิดการแตกร้าว

นักวิจัยกล่าวว่าการศึกษานี้ซึ่งตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ในวารสาร Acta Materialia และนำเสนอใน MRS Bulletin ฉบับเดือนกันยายน เผยให้เห็นกลไกพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังการแคร็กในทังสเตนพิมพ์ 3 มิติและกำหนดพื้นฐานสำหรับความพยายามในอนาคตในการผลิตชิ้นส่วนที่ปราศจากการแตกร้าวจากโลหะ

“ด้วยคุณสมบัติอันเป็นเอกลักษณ์ทังสเตนมีบทบาทสำคัญในการใช้งานเฉพาะภารกิจสำหรับกระทรวงพลังงานและกระทรวงกลาโหม” Manyalibo “Ibo” Matthews ผู้ร่วมวิจัยหลักกล่าว “งานนี้ช่วยปูทางไปสู่ขอบเขตการประมวลผลการผลิตแบบเติมเนื้อใหม่ทังสเตนที่สามารถมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อภารกิจเหล่านี้”

นักวิจัยพบว่าการแตกร้าวขนาดเล็กในทังสเตนเกิดขึ้นในหน้าต่างเล็กๆ ระหว่าง 450 ถึง 650 องศาเคลวิน จากการสังเกตการทดลองและการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ที่ดำเนินการโดยใช้รหัสไฟไนต์เอลิเมนต์ Diablo ของ LLNL และขึ้นอยู่กับอัตราความเครียด ซึ่งได้รับอิทธิพลโดยตรงจากพารามิเตอร์ของกระบวนการ พวกเขายังสามารถเชื่อมโยงขนาดของพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากรอยแตกร้าวและสัณฐานวิทยาของเครือข่ายรอยแตกกับความเค้นตกค้างในท้องถิ่น

Lawrence Fellow Bey Vranken ผู้เขียนรายงานวิจัยและผู้วิจัยหลักร่วม ได้ออกแบบและดำเนินการการทดลองและยังดำเนินการวิเคราะห์ข้อมูลส่วนใหญ่ด้วย

“ฉันตั้งสมมติฐานไว้ว่าการแคร็กทังสเตนจะเกิดขึ้นล่าช้า แต่ผลลัพธ์เกินความคาดหมายของฉันอย่างมาก” Vranken กล่าว “แบบจำลองทางความร้อนเชิงกลเป็นคำอธิบายสำหรับการสังเกตการทดลองทั้งหมดของเรา และทั้งสองอย่างมีรายละเอียดเพียงพอที่จะจับการพึ่งพาอัตราความเครียดของ DBT ด้วยวิธีนี้ เรามีเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมในการกำหนดกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการกำจัดการแตกร้าวระหว่าง LPBF ของทังสเตน”

นักวิจัยกล่าวว่างานนี้ให้ความเข้าใจพื้นฐานโดยละเอียดเกี่ยวกับอิทธิพลของพารามิเตอร์กระบวนการและเรขาคณิตการหลอมเหลวต่อการเกิดรอยแตกร้าว และแสดงให้เห็นผลกระทบขององค์ประกอบของวัสดุและการอุ่นเครื่องที่มีต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยทังสเตน ทีมงานสรุปว่าการเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสมบางอย่างอาจช่วยลดการเปลี่ยนแปลง DBT และทำให้โลหะแข็งแรงขึ้น ในขณะที่การให้ความร้อนล่วงหน้าอาจช่วยลดรอยแตกขนาดเล็กได้

ทีมงานใช้ผลลัพธ์เพื่อประเมินเทคนิคการลดรอยแตกร้าวที่มีอยู่ เช่น การปรับเปลี่ยนกระบวนการและโลหะผสม นักวิจัยกล่าวว่าการค้นพบนี้พร้อมกับการวินิจฉัยที่พัฒนาขึ้นสำหรับการศึกษานี้จะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเป้าหมายสูงสุดของห้องปฏิบัติการในการพิมพ์ชิ้นส่วนทังสเตนที่ปราศจากรอยแตกร้าวในการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้