Page 88 - 《摩擦学学报》2020年第4期

498 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

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PlumBrook核反应堆，开展了中子辐照下粘接固体润 Wahl等 利用180 keV的Ar 离子轰击离子束辅
滑薄膜失效行为及摩擦学性能变化研究，Jacobson等 [61] 助沉积MoS 薄膜，并研究了不同注入计量下薄膜结构
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利用内置式摩擦试验机[图8(b)]，原位考察了中子辐 变化及其摩擦学性能变化，结果表明低注入计量促使
照下硅酸盐粘接MoS 涂层摩擦学行为变化规律，证明 MoS 薄膜中(002)晶面结晶程度更高，进一步升高注
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中子辐照束流密度对薄膜耐磨寿命影响显著，中子辐 入计量至5×10 Ar/m 薄膜无序化程度增大并伴随着
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照损伤明显降低了固体润滑材料服役寿命，中子辐照 耐磨寿命大幅下降. Erdemir等 利用2 MeV的Ag 离
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通量大于2×10 n/m 时，粘接MoS 固体润滑涂层耐磨 子轰击厚度500 nm的MoS 薄膜，发现当辐照计量达到
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寿命降低50%. 受限于材料中子辐照后的放射性，反 7×10 Ag/m 后(14 dpa)薄膜耐磨寿命提高1个数量级，
应堆原位辐照试验侧重于材料服役效果研究，而对于 界面分析后发现这是由于2 MeV的Ag 离子轰击恰好
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辐照过程中润滑材料内部缺陷产生和积累，以及缺陷 在薄膜与基材界面产生大量缺陷，促进了膜基界面原
与摩擦学性能之间关系并未过多涉及. 与中子辐照相 子扩散与混合. 利用加速器2 MeV能量Au离子辐照模
比，重离子辐照产生的位移损伤率比中子高3~5个数 拟中子辐照，Duan等 [65-66] 开展了MoS 薄膜辐照损伤对
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量级，且辐照温度、辐照剂量与剂量率等参数可以严 摩擦学性能的影响研究，高分辨透射结果表明辐照损
格控制，重离子辐照不会使材料活化，辐照后不需要 伤导致(002)择优晶面层状结构无序化，如图9所示. 辐
冷却就可以进行检测. 国际上已将重离子辐照作为模 照在一定程度上提高了薄膜硬度，但当辐照损伤大于
拟中子辐照评价核服役材料最佳手段和标准方法，用 2 dpa时，薄膜耐磨寿命相比未辐照样品下降2个数量
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来在核材料研究中大规模筛选候选材料 . 级，这是由于辐照硬化导致薄膜韧性下降，同时无序

Radiation Fast neutron flux, (c)
level n/cm-sec (E≥1 MeV)
High 3.5×10 12
Medium 9
Low 25
3

Friction coefficient 2 High Medium

(a)

Cooling air return Cooling air supply 1 Low
Electrical cables
Back
flange Pneumatic
loading lines 0
Fitter 0 10 20 30 40 50 60
Sliding time/min
Outer tube (d)
Tachometer
Motor
Loading
Ball plstons
Inner
assembly bearing Hollow
shaft
Shield Carbon
bushing 0.9 mm Rider wear scar 1.5 mm
Outer
Loading rider
cables End cap 0.025 mm
Air flow Friction
module
Disk
Inner rider 0.9 mm 1.5 mm
Base plate Rider (b) Disk wear track Profile of wear track Disk wear track
Battle plate holder Medium fluence, 0.17×10 n/cm (E≥1 MeV) High fluence, 9.4×10 n/cm (E≥1 MeV)
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Fig. 8 NASA in-situ friction tests using a tribometer inside a nuclear reactor
图 8 美国航天局在核反应堆内利用摩擦试验机开展的原位摩擦试验 [62]