As a divertor plasma-facing material, W will experience high-flux plasma irradiation. In particular, severe surface morphology change like fuzz formation can be induced by He plasma irradiation. In this study, fuzz formation on additively manufactured W and W–Ta was investigated. Rolled W, laser-powder-bed-fused (LPBFed) W and W–Ta were exposed to high flux (∼1023 m−2 s−1) He plasma in the linear plasma generator Magnum-PSI with ion energy 12–13 eV at 1273 K. The mean thickness of the fuzz at grain interiors of rolled W, LPBFed W and W–Ta was measured as 0.37 μm, 0.71 μm and 0.23 μm, respectively. The fuzz suppression in LPBFed W–Ta can be attributed to the synergetic effect of solid-solution, dislocation, and secondary-phase nanoparticles. Abnormally grown fuzz was observed near the pre-existing cracks of LPBFed W, while no such structure was found in LPBFed W–Ta. It is found that dislocations play a crucial role in inhibiting fuzz growth. This is confirmed by the difference in fuzz structure in rolled W and LPBFed W, where rolled W has a much greater dislocation density compared to LPBFed W. This work suggests that the fuzz growth kinetics may be tuned by tailoring the microstructures using the LPBF technique.
ダイバータプラズマ対向材料として、Wは高フラックスのプラズマ照射を受けることになる。特に、Heプラズマ照射によってファズ形成のような激しい表面形態変化が誘起され得る。本研究では、積層造形されたWおよびW–Taにおけるファズ形成を調査した。圧延W、レーザーパウダーベッド溶融（LPBF）されたWおよびW–Taを、線形プラズマ発生装置Magnum-PSIにおいて、イオンエネルギー12–13 eV、1273 Kで高フラックス（∼1023 m−2 s−1）のHeプラズマに曝露した。圧延W、LPBFされたWおよびW–Taの粒内部におけるファズの平均厚さは、それぞれ0.37 μm、0.71 μmおよび0.23 μmと測定された。LPBFされたW–Taにおけるファズ抑制は、固溶、転位、および第二相ナノ粒子の相乗効果に起因すると考えられる。異常に成長したファズがLPBFされたWの既存の亀裂近傍で観察された一方、LPBFされたW–Taではそのような構造は見られなかった。転位がファズ成長の抑制に決定的な役割を果たすことが見出された。これは、圧延WとLPBFされたWにおけるファズ構造の違いによって確認される。圧延WはLPBFされたWと比較してはるかに高い転位密度を有する。本研究は、LPBF技術を用いて微細組織を調整することにより、ファズ成長速度論を調整できる可能性を示唆する。