を誇る最高の融点と沸点既知のすべての元素のうち、タングステン以下のような極端な温度を伴うアプリケーションで一般的な選択肢となっています。電球のフィラメント, アーク溶接, 放射線遮蔽そして最近では、プラズマに面する材料ITERトカマクなどの核融合炉で。

しかし、タングステン固有の脆さ、および積層造形中に発生する微小亀裂 (3D プリント） とともにレアメタル、その広範な普及を妨げています。

これらの微小亀裂がどのように、そしてなぜ形成されるのかを特徴づけるために、ローレンス リバモア国立研究所 (LLNL) の科学者たちは、熱機械シミュレーションとレーザー粉末床融合 (LPBF) 金属 3D プリンティング プロセス中に撮影された高速ビデオを組み合わせました。これまでの研究は製造後の亀裂の検査に限定されていましたが、科学者たちは初めてタングステンの延性から脆性への転移（DBT）をリアルタイムで視覚化することができ、金属として微小亀裂がどのように発生し、広がるかを観察できるようになりました。加熱され、冷却されました。研究チームは、微小亀裂現象を残留応力、ひずみ速度、温度などの変数と相関させ、DBT が亀裂の原因であることを確認することができました。

研究者らは、最近アクタ・マテリアリア誌に発表され、権威あるMRS速報の9月号でも特集されたこの研究は、クラッキングの背後にある基本的なメカニズムを明らかにしたと述べた。3D プリントされたタングステンそして、金属から亀裂のない部品を製造するための将来の取り組みの基準を設定します。

「そのユニークな特性により、タングステンエネルギー省と国防総省のミッション固有のアプリケーションにおいて重要な役割を果たしています」と共同主任研究員のマニアリボ・“イボ”・マシューズ氏は語った。「この取り組みは、新しい付加製造加工領域への道を開くのに役立ちます。タングステンそれはこれらのミッションに重大な影響を与える可能性があります。」

研究者らは、LLNL の Diablo 有限要素コードを使用して実行された実験観察と計算モデリングを通じて、タングステンの微小亀裂は 450 ～ 650 ケルビンの小さな範囲で発生し、プロセス パラメーターによって直接影響されるひずみ速度に依存していることを発見しました。また、亀裂の影響を受ける領域のサイズと亀裂ネットワークの形態を局所的な残留応力と相関させることもできました。

論文の筆頭著者であり共同主任研究者であるローレンスフェローのベイ・ヴランケン氏が実験を設計、実行し、データ分析の大部分も行った。

「私はタングステンの亀裂が遅れるだろうと仮説を立てていましたが、結果は私の予想を大きく上回りました」とヴランケン氏は語った。「熱機械モデルは私たちのすべての実験観察に説明を提供し、どちらも DBT のひずみ速度依存性を捉えるのに十分な詳細を備えていました。この方法により、タングステンの LPBF 中に亀裂を除去するための最も効果的な戦略を決定するための優れたツールが得られます。」

研究者らは、この研究により、プロセスパラメータと溶融形状が亀裂形成に及ぼす影響についての詳細かつ基本的な理解が得られ、材料組成と予熱がタングステンで印刷された部品の構造的完全性に与える影響が示されたと述べた。研究チームは、特定の合金元素を添加すると、DBT 転移を低減して金属を強化できる一方、予熱は微小亀裂の軽減に役立つ可能性があると結論付けました。

チームはその結果を使用して、プロセスや合金の修正などの既存の亀裂軽減技術を評価しています。この研究結果は、この研究のために開発された診断法と合わせて、極限環境に耐えられるクラックのないタングステン部品を3Dプリントするという研究所の最終目標にとって極めて重要であると研究者らは述べた。