Eine Studie von Forschern der University of Utah in Salt Lake City, Utah, beschreibt Möglichkeiten zur Verbesserung der Duktilität von Wolfram.Es wird allgemein angenommen, dass reines Wolfram und Wolframlegierungen mit einer geringen Legierungsmenge bei Raumtemperatur spröde sind und hohe Duktil-zu-Spröd-Übergangstemperaturen (DBTT) aufweisen.Die Verbesserung der Duktilität von Wolfram ist für die Herstellung und Anwendung von Wolfram von großer Bedeutung.
Obwohl im Laufe der Jahrzehnte über zahlreiche Studien zur Verbesserung der Duktilität von Wolfram berichtet wurde, bleibt dies eine Herausforderung, teilweise aufgrund eines schlechten Verständnisses der mechanischen Eigenschaften von Wolfram und seiner Abhängigkeit von der Mikrostruktur.
Wolfram-Rhenium-Legierung ist fast das einzige bekannte Verfahren, um die Duktilität von Wolfram durch Legieren zu verbessern. Obwohl in den letzten Jahren eine große Anzahl von Studien über die Auswirkungen von Additiven, einschließlich Oxiden, Carbiden und anderen, berichtet wurde, war die Auswirkung dieser Additive auf die Duktilität von Wolfram unter dem Einfluss einer thermischen Bearbeitung bisher nicht schlüssig oder nicht offensichtlich. Die Verwendung der Mikrostruktur von ultrafeinen Partikeln oder Nanokristallen zur Verbesserung der Duktilität von Wolfram ist ein weiterer vielversprechender Ansatz.
Wolfram ist ein hochschmelzendes Metall mit einzigartigen Eigenschaften. Es hat den höchsten Schmelzpunkt aller Elemente, einen hohen Elastizitätsmodul, eine hohe Dichte, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen.Diese besonderen Eigenschaften machen Wolfram für viele Anwendungen zum Material der Wahl. In den letzten Jahren wurde Wolfram aufgrund seines hohen Schmelzpunkts, seiner geringen Sputterrate und seiner hohen Korrosionsbeständigkeit durch Ionosputtern auch als eines der Materialien für Plasmaoberflächenkomponenten in Fusionsreaktoren identifiziert.
Ein Hauptnachteil von Wolfram besteht jedoch darin, dass es bei Raumtemperatur eine geringe Duktilität aufweist und seine Duktilitäts-Sprödigkeits-Übergangstemperatur (DBTT) sehr hoch ist.Die schlechte Duktilität von Wolfram stellt große Herausforderungen sowohl an seine Bearbeitbarkeit als auch an seine Leistung in rauen Anwendungen.
Um die Duktilität zu verbessern, schlagen die Forscher vor, dass es zwei Hauptfaktoren gibt: das inhärente Fehlen dicht gepackter Ebenen und die schlechte Kohäsion der Korngrenzen.Unter verschiedenen Verfahren hat sich die thermische Bearbeitung als die effizienteste herausgestellt. Die DBTT von Wolfram kann von mehr als 700 Grad auf weniger als 300 Grad reduziert werden, indem bei einer Temperatur gewalzt wird, die niedriger ist als die Rekristallisationstemperatur. Mehrere Hauptfaktoren tragen zur Verbesserung der Duktilität von verformtem Wolfram bei, einschließlich lamellarer Mikrostruktur und hoher Versetzungsdichte nach dem Walzen.
Um die Rekristallisation während der Hochtemperaturverarbeitung zu minimieren, wird auch eine Kaltverarbeitung basierend auf traditionellen Verformungstechniken verwendet, um die Duktilität von Wolfram zu verbessern.Aufgrund der sehr hohen Rekristallisationstemperatur von Wolfram kann eine "kalte" Verarbeitung bis etwa 1400 Grad durchgeführt werden.Auf diese Weise kann eine Rekristallisation und ein Kornwachstum von Wolfram während der Verformung verhindert werden, was zu einer feineren lamellaren Mikrostruktur und einer höheren Versetzungsdichte im Material führt.
Kaltgewalztes Wolfram bei 400 Grad zeigt im Vergleich zum hochtemperaturgewalzten Material eine erhöhte Versetzungsdichte, mehr Kleinwinkelkorngrenzen und eine signifikante Verbesserung der Festigkeit sowie eine niedrigere DBTT.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Verbesserung der Duktilität von Wolfram ist das Legieren mit Rhenium.Es wurde berichtet, dass die Peierls-Spannung von Wolfram verringert werden kann und zusätzliche Gleitflächen durch die Bildung einer festen Lösung von Wolfram und Rhenium durch sogenannte Lösungserweichung erleichtert werden können. Rhenium ist jedoch ein seltenes Element mit hohen Kosten, was diese Legierungen für viele Anwendungen zu teuer macht. Beträchtliche Forschungsarbeit wurde darauf gerichtet, Rhenium durch Tantal, Vanadium, Titan oder andere Elemente zu ersetzen, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen.
Bisher gibt es jedoch wenig experimentelle Beweise für die Wirksamkeit dieser Legierungselemente.In den letzten Jahren wurde basierend auf dem Forschungsfortschritt von Metallen und Keramiken eine nanokristalline oder ultrafeine Struktur als ein Verfahren zur Verbesserung der Duktilität von Wolfram erforscht. Um nanokristalline oder ultrafeine Wolframpartikel herzustellen, wurden Top-Down- und Bottom-Up-Verfahren untersucht.
Wolfram ist ein hochschmelzendes Metall mit einzigartigen Eigenschaften. Es hat den höchsten Schmelzpunkt aller Elemente, einen hohen Elastizitätsmodul, eine hohe Dichte, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen.Diese besonderen Eigenschaften machen Wolfram für viele Anwendungen zum Material der Wahl. In den letzten Jahren wurde Wolfram aufgrund seines hohen Schmelzpunkts, seiner geringen Sputterrate und seiner hohen Korrosionsbeständigkeit durch Ionosputtern auch als eines der Materialien für Plasmaoberflächenkomponenten in Fusionsreaktoren identifiziert.
Ein Hauptnachteil von Wolfram besteht jedoch darin, dass es bei Raumtemperatur eine geringe Duktilität aufweist und seine Duktilitäts-Sprödigkeits-Übergangstemperatur (DBTT) sehr hoch ist.Die schlechte Duktilität von Wolfram stellt große Herausforderungen sowohl an seine Bearbeitbarkeit als auch an seine Leistung in rauen Anwendungen.
Um die Duktilität zu verbessern, schlagen die Forscher vor, dass es zwei Hauptfaktoren gibt: das inhärente Fehlen dicht gepackter Ebenen und die schlechte Kohäsion der Korngrenzen.Unter verschiedenen Verfahren hat sich die thermische Bearbeitung als die effizienteste herausgestellt. Die DBTT von Wolfram kann von mehr als 700 Grad auf weniger als 300 Grad reduziert werden, indem bei einer Temperatur gewalzt wird, die niedriger ist als die Rekristallisationstemperatur. Mehrere Hauptfaktoren tragen zur Verbesserung der Duktilität von verformtem Wolfram bei, einschließlich lamellarer Mikrostruktur und hoher Versetzungsdichte nach dem Walzen.
Um die Rekristallisation während der Hochtemperaturverarbeitung zu minimieren, wird auch eine Kaltverarbeitung basierend auf traditionellen Verformungstechniken verwendet, um die Duktilität von Wolfram zu verbessern.Aufgrund der sehr hohen Rekristallisationstemperatur von Wolfram kann eine "kalte" Verarbeitung bis etwa 1400 Grad durchgeführt werden. Auf diese Weise kann eine Rekristallisation und ein Kornwachstum von Wolfram während der Verformung verhindert werden, was zu einer feineren lamellaren Mikrostruktur und einer höheren Versetzungsdichte im Material führt.
Kaltgewalztes Wolfram bei 400 Grad zeigt im Vergleich zum hochtemperaturgewalzten Material eine erhöhte Versetzungsdichte, mehr Kleinwinkelkorngrenzen und eine signifikante Verbesserung der Festigkeit sowie eine niedrigere DBTT.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Verbesserung der Duktilität von Wolfram ist das Legieren mit Rhenium. Es wurde berichtet, dass die Peierls-Spannung von Wolfram verringert werden kann und zusätzliche Gleitflächen durch die Bildung einer festen Lösung von Wolfram und Rhenium durch sogenannte Lösungserweichung erleichtert werden können. Rhenium ist jedoch ein seltenes Element mit hohen Kosten, was diese Legierungen für viele Anwendungen zu teuer macht. Beträchtliche Forschungsarbeit wurde darauf gerichtet, Rhenium durch Tantal, Vanadium, Titan oder andere Elemente zu ersetzen, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen.
Bisher gibt es jedoch wenig experimentelle Beweise für die Wirksamkeit dieser Legierungselemente. In den letzten Jahren wurde basierend auf dem Forschungsfortschritt von Metallen und Keramiken eine nanokristalline oder ultrafeine Struktur als ein Verfahren zur Verbesserung der Duktilität von Wolfram erforscht. Um nanokristalline oder ultrafeine Wolframpartikel herzustellen, wurden Top-Down- und Bottom-Up-Verfahren untersucht.
