Fig. 1. Slitageutvecklingsprocessen för volframlegeringskulor under kollektiv rörelse. Kredit:PANG Lilong
Forskare vid Institute of Modern Physics (IMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har nyligen avslöjat den kollektiva friktionen och slitaget hos volframlegeringskulor, det viktiga kandidatmålmaterialet för Accelerator Driven Subcritical System (ADS). Resultaten publicerades i Tribology International .
Det nya granulära flödesmålet anses vara en av de mest lovande måltyperna för ADS. Spallationsmålet kommer att fungera under extrema förhållanden som hög temperatur och stark strålning. Dessutom, många målbollar som cirkulerar i målslingan kommer att orsaka stark och komplex friktion och slitage, vilket påverkar livslängden på målkulorna. Än så länge, ingen lämplig metod har föreslagits för att utvärdera friktionen och slitaget som orsakas av den granulära kollektiva rörelsen.
Med utmärkta egenskaper och låg kostnad, kulorna av volframlegering anses vara en av de viktiga kandidaterna för det granulära flödesmålet. Genom att använda den egenutvecklade enheten, forskarna vid IMP genomförde det kollektiva slitageexperimentet av volframlegeringskulorna vid 250 ℃.
De fann att massförlustförhållandet för målbollarna först ökade och sedan minskade, med maximalt cirka 0,32 viktprocent, och nådde slutligen ett stabilt tillstånd av ca 0,28 vikt-%.
Hela processen kan delas in i flera steg, som motsvarar olika friktions- och slitagebeteenden. I det inledande skedet, utmattningsslitage är dominerande, och sedan börjar mikrospricknätverket på bollens yta att gro och utvecklas till ett krossat lager. Efter att det krossade lagret faller av, underytan börjar slitas. Till sist, ett självmonterat nytt lager med en struktur av amorfa omgivande nanokristalliner bildas på bollytan.
Fig. 2. Schematisk illustration av slitage och bildandet av ett nytt lager på ytan av volframlegeringskulan. Kredit:PANG Lilong
Enligt forskarna, eftersom det har större tolerans för friktionsdefekter och kan hämma spridningen av mikrosprickor, detta nya skikt är användbart för att förbättra slitstyrkan på kulytan.
Dessutom, resultaten avslöjar också slitskräpets viktiga roll. I ett tidigt skede, det bidrar till bildandet av det övre krossade lagret. I mellanstadiet, det fungerar som det fasta smörjmedels- och buffertskiktet mellan sfärerna, sakta ner friktionen och slitaget. Och i ett senare skede, den deltar i bildandet av ett självmonterat lager för att skydda bollen.
Resultaten ger inte bara en avgörande experimentell metod för att utvärdera friktion och slitage hos det granulära spallationsmålet, men tillhandahåller också utvärderingsdata för livslängden för volframlegeringskulor som spallationsmålmaterial ur tribologins perspektiv.
