[发明专利]一种锆合金复合喷丸表面改性方法

说明书

本发明提供一种锆合金复合喷丸表面改性方法，其包括以下步骤：选择弹丸的种类：选择弹丸的大小；选择弹丸的硬度；选定喷丸强度；确定喷射角度；处理喷丸破碎弹丸；确定喷丸覆盖率；确定零件表面的粗糙度。本发明提供的锆合金喷丸表面改性方法，通过对于弹丸硬度、喷丸强度、喷射角度和喷丸覆盖率的严格把控，使得在保证较低的粗糙度的前提下，喷丸处理后的锆合金包壳管表层产生压应力层，提高表面的硬度，细化外表层的晶粒尺寸，延长了锆合金包壳管部件的使用寿命。

技术领域

本发明属于核电站燃料包壳表面强化技术领域，涉及一种在燃料棒包壳锆合金表面改性的复合喷丸工艺，可以显著提高燃料棒包壳锆合金的硬度和高温高压水中的抗磨损性能，同时提高其耐腐蚀性能。

背景技术

喷丸强化，是在一个完全控制的状态下，将无数小圆形介质高速且连续喷射，捶打到零件表面，从而在表面产生一个残余压应力层。因为当每颗钢丸撞击金属零件上，宛如一个微型棒锤敲打表面，锤出小压痕或凹陷。为形成凹陷，金属表层必定会产生拉伸。表层下，压缩的晶粒试图将表面恢复到原来形状，从而产生一个高度压缩力作用下的半球。无数凹陷重叠形成均匀的残余压应力层。同时表层的晶粒也会细化。最终，零件的表面得以强化，延长了零件的安全工作寿命。

对锆合金进行喷丸处理，主要起到以下作用：

1)提高试样表面的硬度，从而提高其耐磨损性能；

2)引入残余压应力，在腐蚀过程中生成的氧化锆更加致密，原因是残余压应力的存在可以保证更多的四方相氧化锆存在，减缓四方相氧化锆向单斜相氧化锆转变，而四方相氧化锆是致密的，具有保护性，单斜相氧化锆疏松多孔，容易加速腐蚀；

3)使材料表层的晶粒更加细化，晶界变多，为氧化初期提供氧离子扩散通道，且压应力的存在使初期生成的氧化膜更加致密，存在更多的具有保护性的四方相氧化锆。

近年来，随着核电的迅速发展以及人类对反应堆安全性和经济性要求的提高，进一步改善锆合金在反应堆高燃耗下的性能，已经成为一个重要的研究方向。锆合金的性能很大程度上取决于耐腐蚀和耐磨损性能的改善，为了提高锆合金的耐磨损和耐腐蚀性能，努力大致可以分为两个方向：一是改变锆合金中合金元素的成分、比例和加工工艺；二是改进燃料组件制造工艺，对燃料包壳水侧进行改性处理。表面处理技术就成为了重要的工艺手段，主要是通过表面改性的途径提高锆合金的耐腐蚀性能和抗磨损能力。

喷丸处理技术的关键在于所采用的弹丸类型以及相应的喷丸工艺。因此，进一步优化喷丸处理技术能够在锆合金表面预先形成硬度较高的残余压应力层，加速寿期初耐磨损、耐腐蚀的氧化锆层的生成，从而提高锆合金的关键性能，对于锆合金在工业中的广泛应用具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种锆合金复合喷丸表面改性方法。

本发明提供一种锆合金复合喷丸表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

选择弹丸的种类：选取硬度为48-52HRC的玻璃丸以及硬度为50-60HRC的不锈钢切割丸；

选择弹丸的大小，选取直径为0.36mm的不锈钢切割丸和玻璃丸，且选取弹丸直径为0.063-0.076mm的玻璃丸；

选择弹丸的硬度：选取硬度大于零件的弹丸；

选定喷丸强度：在强化阶段，先采用直径为0.36mm的不锈钢切割丸，喷丸强度为0.15mmA；再采用直径为0.36mm的玻璃丸，喷丸强度为0.15mmN；在降低粗糙度阶段，采用再次喷丸方法来降低粗糙度，并采用弹丸直径为0.063-0.076mm的玻璃丸，先后用0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa的压强去喷丸；

确定喷射角度：调整喷射角度，以垂直的状态进行喷丸处理；

处理喷丸破碎弹丸；