Fig. 1. Le processus d'évolution de l'usure des billes d'alliage de tungstène pendant le mouvement collectif. Crédit :PANG Lilong
Des chercheurs de l'Institut de physique moderne (IMP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont récemment révélé le comportement collectif de frottement et d'usure des billes en alliage de tungstène, le matériau cible candidat important pour le système sous-critique piloté par accélérateur (ADS). Les résultats ont été publiés dans Tribologie Internationale .
La nouvelle cible de spallation à flux granulaire est considérée comme l'un des types de cibles candidats les plus prometteurs pour l'ADS. La cible de spallation fonctionnera dans des conditions extrêmes telles qu'une température élevée et un fort rayonnement. En outre, de nombreuses billes cibles circulant dans la boucle cible provoqueront des frottements et une usure forts et complexes, ce qui affecte la durée de vie des balles cibles. Jusque là, aucune méthode appropriée n'a été proposée pour évaluer le comportement de frottement et d'usure causé par le mouvement collectif granulaire.
Avec d'excellentes propriétés et un faible coût, les billes d'alliage de tungstène sont considérées comme l'un des candidats importants pour la cible de spallation par écoulement granulaire. En utilisant le dispositif auto-développé, les chercheurs de l'IMP ont mené l'expérience d'usure collective des billes en alliage de tungstène à 250 ℃.
Ils ont constaté que le rapport de perte de masse des balles cibles augmentait d'abord puis diminuait, avec un maximum d'environ 0,32 % en poids, et a finalement atteint un état d'équilibre d'environ 0,28 % en poids.
L'ensemble du processus peut être divisé en plusieurs étapes, qui correspondent à différents comportements de frottement et d'usure. Au stade initial, l'usure par fatigue est dominante, puis le réseau de microfissures à la surface de la balle commence à germer et se développe en une couche écrasée. Après la chute de la couche écrasée, le sous-sol commence à s'user. Finalement, une nouvelle couche auto-assemblée avec une structure de nanocristallins environnants amorphes est formée sur la surface de la bille.
Fig. 2. Illustration schématique du processus d'usure et de la formation d'une nouvelle couche à la surface de la bille en alliage de tungstène. Crédit :PANG Lilong
Selon les chercheurs, car il a une plus grande tolérance aux défauts de frottement et peut inhiber la propagation des microfissures, cette nouvelle couche est utile pour améliorer la résistance à l'usure de la surface de la balle.
De plus, les résultats révèlent également le rôle important des débris d'usure. Au stade précoce, il contribue à la formation de la couche supérieure écrasée. Au stade intermédiaire, il agit comme lubrifiant solide et couche tampon entre les sphères, ralentir le frottement et l'usure. Et à un stade ultérieur, il participe à la formation de la couche auto-assemblée pour protéger le ballon.
Les résultats fournissent non seulement une méthode expérimentale cruciale pour l'évaluation du comportement de frottement et d'usure de la cible de spallation granulaire, mais également fournir des données d'évaluation de la durée de vie des billes d'alliage de tungstène en tant que matériau cible de spallation du point de vue de la tribologie.
