Investigadores del Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia de Ciencias de China (CAS) han revelado recientemente el comportamiento colectivo de fricción y desgaste de las bolas de aleación de tungsteno. el importante material de destino candidato para el sistema subcrítico impulsado por aceleradores (ADS). Los resultados fueron publicados en Tribology International .

El nuevo objetivo de espalación de flujo granular se considera uno de los tipos de objetivos candidatos más prometedores para ADS. El objetivo de espalación funcionará en condiciones extremas, como alta temperatura y radiación fuerte. Adicionalmente, Numerosas bolas de destino que circulan en el bucle de destino causarán una fricción y un desgaste fuertes y complejos, que afecta la vida útil de las bolas de destino. Hasta aquí, no se ha propuesto ningún método adecuado para evaluar el comportamiento de fricción y desgaste causado por el movimiento colectivo granular.

Con excelentes propiedades y bajo costo, las bolas de aleación de tungsteno se consideran uno de los candidatos importantes para el objetivo de espalación de flujo granular. Al utilizar el dispositivo de desarrollo propio, Los investigadores de IMP realizaron el experimento de desgaste colectivo de las bolas de aleación de tungsteno a 250 ℃.

Descubrieron que la tasa de pérdida de masa de las bolas objetivo aumentó primero y luego disminuyó, con un máximo de aproximadamente 0,32% en peso, y finalmente alcanzó un estado estacionario de aproximadamente 0,28% en peso.

Todo el proceso se puede dividir en varias etapas, que corresponden a diferentes comportamientos de fricción y desgaste. En la etapa inicial, el desgaste por fatiga es dominante, y luego la red de microgrietas en la superficie de la bola comienza a brotar y se convierte en una capa triturada. Después de que la capa triturada se caiga, la subsuperficie comienza a desgastarse. Finalmente, En la superficie de la bola se forma una nueva capa autoensamblada con una estructura de nanocristalinos circundantes amorfos.

Según los investigadores, ya que tiene una mayor tolerancia a los defectos de fricción y puede inhibir la propagación de microgrietas, esta nueva capa es útil para mejorar la resistencia al desgaste de la superficie de la bola.

Es más, los resultados también revelan el importante papel de los residuos de desgaste. En la etapa inicial, Contribuye a la formación de la capa superior triturada. En la etapa intermedia actúa como el lubricante sólido y la capa amortiguadora entre las esferas, ralentizando la fricción y el desgaste. Y en la etapa posterior, participa en la formación de una capa autoensamblada para proteger la pelota.

Los resultados no solo proporcionan un método experimental crucial para la evaluación del comportamiento de fricción y desgaste del objetivo de espalación granular, pero también proporcionan datos de evaluación de la vida útil de las bolas de aleación de tungsteno como material objetivo de espalación desde la perspectiva de la tribología.