I ricercatori dell'Istituto di fisica moderna (IMP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno recentemente rivelato l'attrito collettivo e il comportamento all'usura delle sfere in lega di tungsteno, l'importante materiale di destinazione candidato per il sistema subcritico guidato dall'acceleratore (ADS). I risultati sono stati pubblicati in Tribologia Internazionale .

Il nuovo target di spallazione del flusso granulare è considerato uno dei tipi di target candidati più promettenti per l'ADS. Il target di spallazione funzionerà in condizioni estreme come alte temperature e forti radiazioni. Inoltre, numerose sfere bersaglio che circolano nell'anello bersaglio causeranno attrito e usura forti e complessi, che influisce sulla durata delle sfere bersaglio. Finora, non è stato proposto alcun metodo idoneo per valutare il comportamento di attrito e usura causato dal movimento collettivo granulare.

Con ottime proprietà e basso costo, le sfere in lega di tungsteno sono considerate uno dei candidati importanti per l'obiettivo di spallazione del flusso granulare. Utilizzando il dispositivo auto-sviluppato, i ricercatori dell'Imp hanno condotto l'esperimento di usura collettiva delle sfere in lega di tungsteno a 250 .

Hanno scoperto che il rapporto di perdita di massa delle sfere bersaglio è aumentato prima e poi è diminuito, con un massimo di circa 0,32% in peso, e infine ha raggiunto uno stato stazionario di circa lo 0,28 in peso.

L'intero processo può essere suddiviso in più fasi, che corrispondono a diversi comportamenti di attrito e usura. Nella fase iniziale, l'usura da fatica è dominante, e poi la rete di microfessurazioni sulla superficie della palla inizia a germogliare e si sviluppa in uno strato schiacciato. Dopo che lo strato schiacciato cade, il sottosuolo inizia a usurarsi. Finalmente, sulla superficie della sfera si forma un nuovo strato autoassemblato con una struttura di nanocristallini amorfi circostanti.

Secondo i ricercatori, in quanto ha una maggiore tolleranza ai difetti di attrito e può inibire la propagazione di microfessurazioni, questo nuovo strato è utile per migliorare la resistenza all'usura della superficie della sfera.

Inoltre, i risultati rivelano anche l'importante ruolo dei detriti da usura. Nella fase iniziale, contribuisce alla formazione dello strato superiore schiacciato. Nella fase intermedia, agisce come lubrificante solido e strato tampone tra le sfere, rallentando l'attrito e l'usura. E nella fase successiva, partecipa alla formazione dello strato autoassemblato a protezione della palla.

I risultati non solo forniscono un metodo sperimentale cruciale per la valutazione dell'attrito e del comportamento all'usura del bersaglio di spallazione granulare, ma fornisce anche dati di valutazione della durata di vita delle sfere in lega di tungsteno come materiale target per spallazione dal punto di vista della tribologia.