Gelişen teknolojiyle birlikte, nükleer enerji sektöründe kullanılan malzemelerin kalitesi ve dayanıklılığı büyük bir önem taşıyor. Bu bağlamda, Argonne Ulusal Laboratuvarı‘ndan araştırmacılar, 3D baskı ile üretilen çeliklerin nükleer reaktörlerdeki potansiyel kullanımını incelemek amacıyla iki önemli çalışma gerçekleştirdi. Geleneksel paslanmaz çelikler, nükleer santrallerde yıllarca süren aşırı ısı, basınç ve radyasyona karşı dayanıklılık gösterirken, 3D baskı süreciyle üretilen çeliklerin performansını anlamak için daha fazla bilgiye ihtiyaç duyuluyor.
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) adı verilen bir eklemeli üretim süreci ile üretilen çelikler, X-ışını difraksiyonu ve elektron mikroskobu teknikleri kullanılarak incelendi. Bu süreçte, bir lazer, metal tozunu katman katman eriterek üç boyutlu bir metal nesne oluşturuyor. Lazerin hızlı ısınma ve soğutma süreci, çeliğin mikro yapısında benzersiz özelliklerin oluşmasına neden oluyor. Isıl işlem sırasında, yüksek sıcaklıklar atomların kaymasını ve dislokasyonların onarılmasını sağlıyor. Bu durum, yeni ve gerilimsiz tanelerin oluşumuyla sonuçlanabiliyor. Ancak bazı dislokasyonların korunması, malzemenin performansını artırmak için faydalı olabiliyor.
316H adlı yapı malzemesi üzerine odaklanan bir çalışmada, araştırmacılar Argonne‘ın Nanoscale Materials Center (CNM) ve Advance Photon Source (APS) tesislerinde elde ettikleri detaylı yapısal verileri, mekanik özelliklerle ilişkilendirdi. Çalışmanın önemli bir boyutu, nükleer sanayi için kritik öneme sahip olan akma direncini (creep) anlamaktı.
Diğer bir araştırma ise, daha yeni bir paslanmaz çelik olan A709 üzerinde yoğunlaştı. Yüksek sıcaklık ortamları için tasarlanan bu çeliğin, LPBF ile üretilen örnekleri incelendi. Araştırmacılar, ısıl işleme tabi tutulan örneklerin gerilme altında ne kadar güçlü olduğunu da değerlendirdi. Oda sıcaklığında ve 1022 F (550 C) sıcaklıkta, baskı ile üretilen A709‘un, işlenmiş A709’dan daha yüksek gerilme dayanımına sahip olduğu belirlendi. Bu durum, baskı sürecinde daha fazla dislokasyonun varlığının, ısıl işlem sırasında daha fazla parçacık oluşumunu teşvik etmesinden kaynaklanıyor.
Argonne‘da malzeme bilimci olarak görev yapan Xuan Zhang, “Araştırmamız, bu alaşım türlerinin nasıl işleneceği konusunda pratik öneriler sunuyor. Ancak en büyük katkımız, baskı ile üretilen çelikler hakkında daha derin bir anlayış sağlamamızdır” dedi. Bu çalışmalar, nükleer santrallerde güvenli ve etkili malzeme kullanımını artırmayı hedefliyor ve nükleer enerji alanındaki yeniliklere zemin hazırlıyor.