[发明专利]一种核电厂控制棒驱动机构钩爪及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核电厂控制棒驱动机构钩爪及其制备方法，所述钩爪包括由两种材料以逐个片层依次堆叠方式打印形成的钩爪本体和耐磨层；所述耐磨层分别以镶嵌方式形成在轴销孔内周壁、以及齿尖的外表面上，所述制备方法包括如下步骤：S1、根据钩爪结构制定3D打印制造工艺；S2、利用3D打印制造工艺逐个片层依次堆叠打印形成所述钩爪毛坯；S3、在3D打印制造完成钩爪毛坯后，利用机加工设备进行机加工，以形成销轴孔、齿尖及钩爪凹槽，得到成型后的钩爪。本发明借助激光金属沉积改善钩爪材料组织，使异种材料制得的钩爪各部分更加致密、均匀，极大提高其力学性能，增强其表面的耐磨性和抗冲击能力，同时提高钩爪的成品率和长周期服役的可靠性。

技术领域

本发明属于核工程技术领域，尤其涉及一种核电厂控制棒驱动机构钩爪及及其制备方法。

背景技术

核电厂控制棒驱动机构(CRDM)的钩爪是实现控制棒提升、保持和下插功能的关键运动执行部件，容易磨损，是故障多发部件。

现有技术中核电厂控制棒驱动机构采用的是单齿钩爪，以控氮奥氏体不锈钢(Z2CN19-10)棒材为基体，在钩爪的销轴孔和齿尖表面堆焊一层钴基合金(Stellite6)耐磨层，以增加其表面的耐磨性和抗冲击能力，提高CRDM的使用寿命。目前该耐磨层是采用氧乙炔钴基合金堆焊技术手工堆焊而成。然而现有工艺存在以下缺点：1)手工工艺控制稳定性差，成品率低，成本高；2)由于焊接过程中热输入量大和工艺的不稳定性，存在堆焊层组织粗大和熔敷金属成分不均匀，钩爪性能差等问题。

因此，提供一种核电厂控制棒驱动机构钩爪，提高钩爪的耐磨性，减少因磨损而发生故障的概率，提高可靠性，是现有技术中核电厂控制棒驱动机构钩爪亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种核电厂控制棒驱动机构钩爪，提高钩爪的耐磨性，减少因磨损而发生故障的概率，提高可靠性。同时提供了一种核电厂控制棒驱动机构钩爪的制备方法，采用金属3D打印工艺，改善钩爪性能，提高成品率。

一方面，本发明提供一种核电厂控制棒驱动机构钩爪，包括由两种材料以逐个片层依次堆叠方式打印形成的钩爪本体和耐磨层；所述钩爪本体包括钩爪基体，设置在所述钩爪基体上且贯穿所述钩爪基体的轴销孔,设置于所述钩爪基体一侧壁上的齿尖，以及设置在所述钩爪基体且背离所述齿尖一侧上的凹槽，所述耐磨层分别以镶嵌方式形成在所述轴销孔内周壁、以及所述齿尖的外表面上。

优选地，所述钩爪本体与耐磨层的搭接区域为交错结构。

优选地，所述逐个片层依次堆叠方式打印是根据构建钩爪毛坯的三维数字模型实现。

优选地，所述两种材料分别为控氮奥氏体不锈钢和钴基合金，所述钩爪本体由所述控氮奥氏体不锈钢组成，所述耐磨层由钴基合金组成。

另一方面，本发明提供了一种核电厂控制棒驱动机构钩爪制备方法，包括如下步骤：

S1、根据权利要求1-4任意一项所述的核电厂控制棒驱动机构钩爪的结构制定3D打印制造工艺：构建钩爪毛坯的三维数字模型，对三维数字模型进行分层切片处理，将三维数字模型沿销轴孔轴向分为多个片层，每一片层均包括分别由两种材料组成的基材区和耐磨区，所述耐磨区镶嵌于所述基材区内，其中所述基材区用于加工形成钩爪基体，所述耐磨区用于加工形成轴销孔内周壁、以及齿尖的外表面上的耐磨层；

S2、利用3D打印制造工艺逐个片层依次堆叠打印形成所述钩爪毛坯，通过控制打印参数，依次将每一片层烧结或熔结并同时连结各片层；

S3、在3D打印制造完成钩爪毛坯后，利用机加工设备进行机加工，以形成销轴孔、齿尖及钩爪凹槽，得到成型后的核电厂控制棒驱动机构钩爪。

优选地，每一片层在所述每一轴销孔所在位置处均设置中心定位小孔，所述中心定位小孔用于在后续机加工过程中标定销轴孔位置，同时也用于减少热应力集中。