[发明专利]一种铀铌合金表层夹杂物的细化方法

说明书

本发明公开了一种铀铌合金中表层夹杂物的细化方法，所述夹杂物细化方法包括以下步骤：(1)试样预处理：切割铀铌合金，依次采用P180#、P360#SiC金相水砂纸逐级打磨，以每道打磨清理掉前一道磨痕为准，随后丙酮超声清洗，风干；(2)电子束表面改性处理：控制束压、束流、扫描速率等关键工艺参数，对步骤(1)获得的预处理试样进行改性处理，随后静置于真空腔体中＞10min，获得夹杂物的尺寸细小且几何形状近球形的铀铌合金表面改性层。本发明的铀铌合金中夹杂物的细化方法用连续扫描式电子束作为高能密度热源，在一定扫描速率条件下实现铀铌合金表层的快速熔凝，最终可显著细化铀铌合金表层夹杂物，细化率可达70％以上。

技术领域

本发明属于金属材料表层改性的技术领域，尤其是铀铌合金的表面改性，具体为一种铀铌合金表层夹杂物的细化方法。

背景技术

铀铌合金以其优异的综合力学性能和独特的核性能，是核工程应用领域中重要的结构和功能材料。以高纯金属铀和金属铌为合金化原料，在带有涂层的石墨模具中采用真空感应熔炼的方法，结合γ相高温长时间保温均匀化处理的技术手段，是目前铀铌合金制造的主要途径之一。由于铀和铌的化学性质活泼，均为强碳化物结合元素，在合金制备过程中会不可避免的形成碳化物夹杂(Nb₂C、U(N,C))，并残留在合金基体中，这些夹杂物多呈现带有尖锐棱角的不规则形态，其尺寸分布为10～30μm。

众多研究表明，夹杂物/基体界面是铀铌合金断裂失效过程中微裂纹与氢化腐蚀过程中点腐蚀的优先形核位置，从而对铀铌合金的使用性能造成破坏性的危害。夹杂物的尺寸越大，与基体间形成的界面面积越大，微裂纹与腐蚀点的形核几率也随之大幅增加。

为此，迫切需要寻求一种有效的细化、净化夹杂物的方法，以优化铀铌合金的使用性能。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种铀铌合金表层夹杂物的细化方法。该方法中用连续扫描式电子束作为高能密度热源，在一定扫描速率条件下实现铀铌合金表层的快速熔凝，最终可显著细化铀铌合金表层夹杂物，细化率可达70％以上。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种铀铌合金表层夹杂物的细化方法，所述夹杂物细化方法包括以下步骤：

(1)预准备

将预处理后的铀铌合金试样固定在电子束改性设备的试样底座上，备用；

(2)电子束表面改性

采用一定能量密度的电子束，对步骤(1)所准备的铀铌合金试样表面进行单次扫描处理，实验结束后试样在炉体中放置时间＞10min,获得表面改性试样。

作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(1)中，铀铌合金试样中铌的含量为0～50％(以质量百分比计)，其母料先采用真空感应熔炼的方法获得铸锭，然后在800℃～1000℃之间进行固溶、淬火热处理。并采用电火花线切割技术或精密切割机加工成形状规则的铀铌合金试样。

作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(1)中，试样预处理的过程如下：以流动的自来水为润滑剂，设置磨抛转速200～300r/min，依次采用P180、P360SiC金相水砂纸进行磨抛处理，直至试样表面无人工可见的黑色氧化物，呈现金属光泽且表面平整。随后在丙酮有机溶剂中超声处理3～5min，冷风吹干。

作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(1)中，将经过预处理后的铀铌合金试样迅速固定在电子束改性设备的试样底座上，以减少在大气环境中的暴露时间，完成试样的预准备。

作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(2)中，采用电子束改性设备对铀铌合金试样进行表面扫描处理过程在真空条件下进行，控制电子枪的真空度＜5.0×10^-3Pa，控制炉腔腔体的真空度＜5.0×10^-2Pa。