[发明专利]一种金属材料的表面处理工艺

说明书

本发明公开了一种金属材料的表面处理工艺，本发明具体涉及金属材料表面处理技术领域，采用喷丸处理和微弧氧化处理可以使锆合金的表面硬度提高60％，且可以生成一层致密的陶瓷型氧化锆膜，厚度约为3.4微米，喷丸处理和微弧氧化处理可以显著增强锆合金表面耐磨损性能，使磨损系数大大降低，磨损体积显著降低，降低了65％，处理后的锆合金试样的耐腐蚀性能也提高较多，总体来说，喷丸处理和微弧氧化处理的成本低，且可以大幅度增加锆合金总体性能。

技术领域

本发明具体涉及金属材料表面处理技术领域，具体是一种金属材料的表面处理工艺。

背景技术

锆合金是锆或其他金属的固溶体。锆具有非常低的热中子吸收截面，高硬度，延展性和耐腐蚀性。锆合金的主要用途是核技术领域，例如核反应堆内的燃料棒等。核级锆合金的典型组成是超过95％锆和低于2％的锡，铌，铁，铬，镍和其它金属，加入这些金属来提高机械性能和耐腐蚀性。

随着核电技术迅速发展以及人类对反应堆安全性和经济型要求的提高，原有的锆合金已经无法满足需求，现有的锆合金硬度、耐腐蚀性和耐磨损性能已经无法满足核电技术的发展，因此进一步改善锆合金在反应堆高燃耗下的综合性能，已经成为一个重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属材料的表面处理工艺，以解决上述背景技术中提出的随着核电技术迅速发展以及人类对反应堆安全性和经济型要求的提高，原有的锆合金已经无法满足需求，现有的锆合金硬度、耐腐蚀性和耐磨损性能已经无法满足核电技术的发展的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：

步骤1：准备材料；

步骤2：确定喷丸丸料；

步骤3：机械喷丸；

步骤4：预处理；

步骤5：微弧氧化处理；

步骤6：性能检测。

优选的，所述的步骤1：准备材料，采用国产Zr-Sn-Nb合金管材，外径为9.5mm，厚度为0.57mm，管材长度为300mm。

优选的，所述的步骤2：确定喷丸丸料，采用三种丸料，尺寸较大的不锈钢丸和玻璃丸，尺寸较小的玻璃丸，保证丸粒的完整率不低于85％。

优选的，所述的步骤3：机械喷丸，强化阶段，尺寸较大的不锈钢丸和玻璃丸的复合喷丸工艺，先喷不锈钢丸，再喷玻璃丸。

优选的，所述的步骤3，降低表面粗糙度阶段，喷尺寸较小的玻璃丸。

优选的，所述的步骤4：预处理，对锆合金管材进行除油，再用砂纸打磨后用机械抛光，接着进行化学抛光，并超声清洗。

优选的，所述的步骤4，化学抛光所用的抛光液是体积分数为10％的氢氟酸+30％硫酸+30％硝酸+30％水。

优选的，所述的步骤5：微弧氧化处理，微弧氧化采用30kW交流微弧氧化设备，电解液主要成分为磷酸钠、甘油和乙二胺四乙酸二钠，将锆合金作为阳极，以不锈钢为阴极，恒压模式，正向电压350V，无负向电压，频率800Hz，占空比50％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，采用喷丸处理和微弧氧化处理可以使锆合金的表面硬度提高60％，且可以生成一层致密的陶瓷型氧化锆膜，厚度约为3.4微米，喷丸处理和微弧氧化处理可以显著增强锆合金表面耐磨损性能，使磨损系数大大降低，磨损体积显著降低，降低了65％，处理后的锆合金试样的耐腐蚀性能也提高较多，总体来说，喷丸处理和微弧氧化处理的成本低，且可以大幅度增加锆合金总体性能。

具体实施方式