一种金属材料的表面处理工艺的制作方法

1.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：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.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。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
7.步骤1：准备材料；
8.步骤2：确定喷丸丸料；
9.步骤3：机械喷丸；
10.步骤4：预处理；
11.步骤5：微弧氧化处理；
12.步骤6：性能检测。
13.优选的，所述的步骤1：准备材料，采用国产zr
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sn
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nb合金管材，外径为9.5mm，厚度为0.57mm，管材长度为300mm。
14.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％。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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％。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.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
22.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明实施例中，一种金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
24.步骤1：准备材料；
25.步骤2：确定喷丸丸料；
26.步骤3：机械喷丸；
27.步骤4：预处理；
28.步骤5：微弧氧化处理；
29.步骤6：性能检测。
30.优选的，所述的步骤1：准备材料，采用国产zr
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nb合金管材，外径为9.5mm，厚度为0.57mm，管材长度为300mm。
31.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％。
32.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。
33.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。
34.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。
35.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。
36.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％。
37.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在
不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
38.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种金属材料的表面处理工艺，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的一种金属材料的表面处理工艺，其特征在于：所述的步骤1：准备材料，采用国产zr
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nb合金管材，外径为9.5mm，厚度为0.57mm，管材长度为300mm。3.根据权利要求1所述的一种金属材料的表面处理工艺，其特征在于：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％。4.根据权利要求1所述的一种金属材料的表面处理工艺，其特征在于：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。5.根据权利要求4所述的一种金属材料的表面处理工艺，其特征在于：所述的步骤3，降低表面粗糙度阶段，喷尺寸较小的玻璃丸。6.根据权利要求1所述的一种金属材料的表面处理工艺，其特征在于：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。7.根据权利要求6所述的一种金属材料的表面处理工艺，其特征在于：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。8.根据权利要求1所述的一种金属材料的表面处理工艺，其特征在于：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％。

技术总结
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。且可以大幅度增加锆合金总体性能。


技术研发人员：吉德书
受保护的技术使用者：泰州市吉强不锈钢制品有限公司
技术研发日：2021.06.07
技术公布日：2021/9/28