Tự hào vềđiểm nóng chảy và sôi cao nhấtcủa tất cả các nguyên tố đã biết,vonframđã trở thành một lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ khắc nghiệt, bao gồmdây tóc bóng đèn, hàn hồ quang, che chắn bức xạvà gần đây hơn, nhưvật liệu tiếp xúc với plasmatrong các lò phản ứng nhiệt hạch như ITER Tokamak.

Tuy nhiên,độ giòn vốn có của vonframvà hiện tượng nứt vi mô xảy ra trong quá trình sản xuất bồi đắp (in 3-D) vớikim loại quý hiếm, đã cản trở việc áp dụng rộng rãi của nó.

Để mô tả cách thức và lý do những vết nứt nhỏ này hình thành, các nhà khoa học của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đã kết hợp mô phỏng cơ nhiệt với các video tốc độ cao được quay trong quá trình in 3-D kim loại kết hợp bột laser (LPBF). Trong khi nghiên cứu trước đây chỉ giới hạn ở việc kiểm tra các vết nứt sau khi hình thành, thì lần đầu tiên các nhà khoa học có thể hình dung quá trình chuyển đổi từ dẻo sang giòn (DBT) trong vonfram trong thời gian thực, cho phép họ quan sát cách các vết nứt vi mô bắt đầu và lan rộng như kim loại. được làm nóng và làm mát. Nhóm nghiên cứu đã có thể liên hệ hiện tượng nứt vi mô với các biến số như ứng suất dư, tốc độ biến dạng và nhiệt độ, đồng thời xác nhận DBT gây ra vết nứt.

Các nhà nghiên cứu cho biết nghiên cứu này, được công bố gần đây trên tạp chí Acta Materialia và được đăng trên tạp chí MRS Bulletin uy tín số tháng 9, đã phát hiện ra các cơ chế cơ bản đằng sau việc bẻ khóa trongVonfram in 3-Dvà đặt ra cơ sở cho những nỗ lực trong tương lai nhằm sản xuất các bộ phận không có vết nứt từ kim loại.

“Vì những đặc tính độc đáo của nó,vonframđã đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng có nhiệm vụ cụ thể cho Bộ Năng lượng và Bộ Quốc phòng,” đồng điều tra viên chính Manyalibo “Ibo” Matthews cho biết. “Công việc này giúp mở đường cho lĩnh vực xử lý sản xuất bồi đắp mới chovonframđiều đó có thể có tác động đáng kể đến các nhiệm vụ này.”

Thông qua các quan sát thử nghiệm và mô hình tính toán được thực hiện bằng mã phần tử hữu hạn Diablo của LLNL, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vết nứt vi mô trong vonfram xảy ra trong một cửa sổ nhỏ từ 450 đến 650 độ Kelvin và phụ thuộc vào tốc độ biến dạng, vốn bị ảnh hưởng trực tiếp bởi các thông số quy trình. Họ cũng có thể liên hệ kích thước của khu vực bị ảnh hưởng bởi vết nứt và hình thái mạng lưới vết nứt với ứng suất dư cục bộ.

Lawrence Fellow Bey Vrancken, tác giả chính và đồng điều tra viên chính của bài báo, đã thiết kế và thực hiện các thí nghiệm cũng như tiến hành hầu hết các phân tích dữ liệu.

Vrancken nói: “Tôi đã đưa ra giả thuyết rằng sẽ có sự chậm trễ trong quá trình crackin vonfram, nhưng kết quả đạt được vượt xa sự mong đợi của tôi”. “Mô hình cơ nhiệt đã đưa ra lời giải thích cho tất cả các quan sát thử nghiệm của chúng tôi và cả hai đều đủ chi tiết để nắm bắt được sự phụ thuộc vào tốc độ biến dạng của DBT. Với phương pháp này, chúng tôi có một công cụ tuyệt vời để xác định các chiến lược hiệu quả nhất nhằm loại bỏ hiện tượng nứt trong quá trình LPBF của vonfram.”

Các nhà nghiên cứu cho biết công trình này cung cấp sự hiểu biết cơ bản, chi tiết về ảnh hưởng của các thông số quy trình và hình học nóng chảy đến sự hình thành vết nứt, đồng thời cho thấy tác động của thành phần vật liệu và quá trình gia nhiệt trước đến tính toàn vẹn cấu trúc của các bộ phận được in bằng vonfram. Nhóm nghiên cứu kết luận rằng việc bổ sung một số nguyên tố hợp kim nhất định có thể giúp giảm quá trình chuyển đổi DBT và tăng cường độ cứng cho kim loại, trong khi việc nung nóng trước có thể giúp giảm thiểu hiện tượng nứt vi mô.

Nhóm đang sử dụng kết quả để đánh giá các kỹ thuật giảm thiểu vết nứt hiện có, chẳng hạn như sửa đổi quy trình và hợp kim. Các nhà nghiên cứu cho biết những phát hiện này, cùng với chẩn đoán được phát triển cho nghiên cứu, sẽ rất quan trọng đối với mục tiêu cuối cùng của Phòng thí nghiệm là in 3-D các bộ phận vonfram không có vết nứt có thể chịu được môi trường khắc nghiệt.