تصف دراسة أجراها باحثون في جامعة يوتا في سولت ليك سيتي ، يوتا ، طرقًا لتحسين ليونة التنغستن.من المعتقد عمومًا أن سبائك التنجستن والتنغستن النقية مع كمية صغيرة من السبائك تكون هشة في درجة حرارة الغرفة ولها درجات حرارة انتقالية عالية مطيلة إلى هشة (DBTT).تحسين ليونة التنغستن له أهمية كبيرة لإنتاج وتطبيق التنغستن.
على الرغم من أنه تم الإبلاغ عن العديد من الدراسات على مدى عقود لتحسين ليونة التنجستن ، إلا أن هذا لا يزال يمثل تحديًا ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى سوء فهم الخصائص الميكانيكية للتنغستن واعتماده على البنية المجهرية.
تكاد تكون صناعة سبائك التنغستن والرينيوم هي الطريقة الوحيدة المعروفة لتحسين ليونة التنغستن عن طريق صناعة السبائك. على الرغم من أنه تم الإبلاغ عن عدد كبير من الدراسات في السنوات الأخيرة حول تأثيرات المواد المضافة ، بما في ذلك الأكاسيد والكربيدات وغيرها ، فإن تأثير هذه الإضافات على ليونة التنجستن لم يكن حتى الآن حاسمًا أو غير واضح تحت تأثير المعالجة الحرارية. يعد استخدام البنية المجهرية للجسيمات متناهية الصغر أو البلورات النانوية لتحسين ليونة التنجستن طريقة أخرى تبدو واعدة.
التنغستن معدن حراري بخصائص فريدة. لديها أعلى نقطة انصهار بين جميع العناصر ، ومعامل مرونة عالي ، وكثافة عالية ، وموصلية حرارية عالية وخصائص ميكانيكية ممتازة في درجات الحرارة العالية.هذه الخصائص الخاصة تجعل التنغستن المادة المفضلة للعديد من التطبيقات. في السنوات الأخيرة ، تم تحديد التنجستن أيضًا كأحد المواد لمكونات سطح البلازما في مفاعلات الاندماج نظرًا لنقطة الانصهار العالية ، وانخفاض معدل الرش ومقاومة عالية للتآكل الأيوني.
ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي للتنجستن هو أنه يتمتع بقدر ضئيل من الليونة في درجة حرارة الغرفة ، كما أن قابليته لدرجة حرارة الانتقال الهش (DBTT) عالية جدًا.تشكل ليونة التنجستن الضعيفة تحديات كبيرة لكل من قابليتها للماكينة وأدائها في التطبيقات القاسية.
لتحسين الليونة ، يقترح الباحثون أن هناك عاملين رئيسيين يساهمان: النقص المتأصل في الطائرات المعبأة بإحكام وضعف تماسك حدود الحبوب.من بين الطرق المختلفة ، وجد أن المعالجة الحرارية هي الأكثر كفاءة. يمكن تقليل DBTT من التنجستن من أكثر من 700 درجة إلى أقل من 300 درجة عن طريق التدحرج عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة إعادة التبلور. تساهم العديد من العوامل الرئيسية في تحسين ليونة التنغستن المشوه ، بما في ذلك البنية الدقيقة الصفائحية وكثافة الخلع العالية بعد التدحرج.
من أجل تقليل إعادة التبلور أثناء المعالجة بدرجة حرارة عالية ، تُستخدم أيضًا المعالجة الباردة القائمة على تقنيات التشوه التقليدية لتحسين ليونة التنغستن.نظرًا لارتفاع درجة حرارة إعادة التبلور للتنغستن ، يمكن إجراء المعالجة "الباردة" حتى حوالي 1400 درجة.وبهذه الطريقة ، يمكن منع إعادة التبلور ونمو حبيبات التنجستن أثناء التشوه ، مما يؤدي إلى بنية مجهرية صفائحية أدق وكثافة تفكك أعلى في المادة.
يُظهر التنغستن المدلفن على البارد عند 400 درجة كثافة إزاحة متزايدة ، وحدود أكثر للحبوب منخفضة الزاوية ، وتحسنًا كبيرًا في القوة ، بالإضافة إلى انخفاض DBTT ، مقارنةً بالمواد المدلفنة ذات درجة الحرارة العالية.
طريقة أخرى معروفة لتحسين ليونة التنغستن هي صناعة السبائك مع الرينيوم.تم الإبلاغ عن أنه يمكن تقليل إجهاد Peierls من التنجستن ويمكن تسهيل أسطح الانزلاق الإضافية من خلال تكوين محلول صلب من التنجستن والرينيوم من خلال ما يسمى تليين المحلول. ومع ذلك ، فإن الرينيوم عنصر نادر ذو تكلفة عالية ، مما يجعل هذه السبائك باهظة الثمن بالنسبة للعديد من التطبيقات. تم توجيه أعمال بحثية كبيرة إلى استبدال الرينيوم بالتنتالوم أو الفاناديوم أو التيتانيوم أو عناصر أخرى لتحقيق نتائج مماثلة.
حتى الآن ، ومع ذلك ، هناك القليل من الأدلة التجريبية على فعالية عناصر صناعة السبائك هذه.في السنوات الأخيرة ، بناءً على التقدم البحثي للمعادن والسيراميك ، تم استكشاف البنية النانوية أو متناهية الصغر كطريقة لتحسين ليونة التنغستن. من أجل إنتاج جزيئات التنجستن متناهية الصغر أو متناهية الصغر ، تمت دراسة طرق من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى.
التنغستن معدن حراري بخصائص فريدة. لديها أعلى نقطة انصهار بين جميع العناصر ، ومعامل مرونة عالي ، وكثافة عالية ، وموصلية حرارية عالية وخصائص ميكانيكية ممتازة في درجات الحرارة العالية.هذه الخصائص الخاصة تجعل التنغستن المادة المفضلة للعديد من التطبيقات. في السنوات الأخيرة ، تم تحديد التنجستن أيضًا كأحد المواد لمكونات سطح البلازما في مفاعلات الاندماج نظرًا لنقطة الانصهار العالية ، وانخفاض معدل الرش ومقاومة عالية للتآكل الأيوني.
ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي للتنجستن هو أنه يتمتع بقدر ضئيل من الليونة في درجة حرارة الغرفة ، كما أن قابليته لدرجة حرارة الانتقال الهش (DBTT) عالية جدًا.تشكل ليونة التنجستن الضعيفة تحديات كبيرة لكل من قابليتها للماكينة وأدائها في التطبيقات القاسية.
لتحسين الليونة ، يقترح الباحثون أن هناك عاملين رئيسيين يساهمان: النقص المتأصل في الطائرات المعبأة بإحكام وضعف تماسك حدود الحبوب.من بين الطرق المختلفة ، وجد أن المعالجة الحرارية هي الأكثر كفاءة. يمكن تقليل DBTT من التنجستن من أكثر من 700 درجة إلى أقل من 300 درجة عن طريق التدحرج عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة إعادة التبلور. تساهم العديد من العوامل الرئيسية في تحسين ليونة التنغستن المشوه ، بما في ذلك البنية الدقيقة الصفائحية وكثافة الخلع العالية بعد التدحرج.
من أجل تقليل إعادة التبلور أثناء المعالجة بدرجة حرارة عالية ، تُستخدم أيضًا المعالجة الباردة القائمة على تقنيات التشوه التقليدية لتحسين ليونة التنغستن.نظرًا لارتفاع درجة حرارة إعادة التبلور للتنغستن ، يمكن إجراء المعالجة "الباردة" حتى حوالي 1400 درجة. وبهذه الطريقة ، يمكن منع إعادة التبلور ونمو حبيبات التنجستن أثناء التشوه ، مما يؤدي إلى بنية مجهرية صفائحية أدق وكثافة تفكك أعلى في المادة.
يُظهر التنغستن المدلفن على البارد عند 400 درجة كثافة إزاحة متزايدة ، وحدود أكثر للحبوب منخفضة الزاوية ، وتحسنًا كبيرًا في القوة ، بالإضافة إلى انخفاض DBTT ، مقارنةً بالمواد المدلفنة ذات درجة الحرارة العالية.
طريقة أخرى معروفة لتحسين ليونة التنغستن هي صناعة السبائك مع الرينيوم. تم الإبلاغ عن أنه يمكن تقليل إجهاد Peierls من التنجستن ويمكن تسهيل أسطح الانزلاق الإضافية من خلال تكوين محلول صلب من التنجستن والرينيوم من خلال ما يسمى تليين المحلول. ومع ذلك ، فإن الرينيوم عنصر نادر ذو تكلفة عالية ، مما يجعل هذه السبائك باهظة الثمن بالنسبة للعديد من التطبيقات. تم توجيه أعمال بحثية كبيرة إلى استبدال الرينيوم بالتنتالوم أو الفاناديوم أو التيتانيوم أو عناصر أخرى لتحقيق نتائج مماثلة.
حتى الآن ، ومع ذلك ، هناك القليل من الأدلة التجريبية على فعالية عناصر صناعة السبائك هذه. في السنوات الأخيرة ، بناءً على التقدم البحثي للمعادن والسيراميك ، تم استكشاف البنية النانوية أو متناهية الصغر كطريقة لتحسين ليونة التنغستن. من أجل إنتاج جزيئات التنجستن متناهية الصغر أو متناهية الصغر ، تمت دراسة طرق من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى.
