一种提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺，其特征在于，对铀材料进行表面机械加工后再采用滚压压头对其表面进行超声滚压加工，其中，在每遍超声滚压加工过程中控制铀材料保持旋转，合理匹配滚压加工工艺参数，控制滚压压头沿着铀材料的侧面轴向和/或端面法向移动且在压力控制下始终保持与铀材料的接触。本发明专利技术提供一种专门适应于铀材料的表面超声滚压处理工艺，该工艺可减弱滚压过程中造成的初始氧化，改善零件表面粗糙度，在材料表面形成一层特定的变质层并提高铀材料的抗腐蚀性能。

A Surface Ultrasound Rolling Process for Improving the Corrosion Resistance of Uranium Materials

【技术实现步骤摘要】
一种提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺
本专利技术属于金属材料机械加工的
，更具体地讲，涉及一种提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺。
技术介绍
铀是一种化学性质极为活泼的金属，易遭受环境中介质的化学、电化学作用而发生腐蚀形成多种腐蚀产物，从而影响其物化和核性能。表面滚压处理可调控铀材料的表层组织结构，进而使其腐蚀行为发生改变。但在铀材料滚压过程中，由于滚压时输入很高的能量，会造成一定程度的初始氧化，且滚压后材料的晶粒度、织构、残余应力状态、表面形貌等都会发生很大变化，多因素耦合在一起，对铀材料腐蚀的影响是复杂的，若调控不当会加速铀材料的腐蚀速度，造成更为严重的经济损失。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种专门适应于铀材料的表面超声滚压处理工艺，该工艺可减弱滚压过程中造成的初始氧化，改善零件表面粗糙度，在材料表面形成一层特定的变质层并提高铀材料的抗腐蚀性能。本专利技术提供了一种提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺，对铀材料进行表面机械加工后再采用滚压压头对铀材料表面进行若干遍的超声滚压加工，其中，在每遍超声滚压加工过程中控制铀材料保持旋转，控制滚压压头沿着铀材料的侧面轴向和/或端面法向移动且始终保持与铀材料的接触。根据本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺的一个实施例，所述铀材料为金属铀或铀合金，表面机械加工后的铀材料表面粗糙度在Ra1.6以下。根据本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺的一个实施例，所述滚压压头为硬度不低于60HRC、直径D为10～20mm的球形滚珠压头。根据本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺的一个实施例，所述超声滚压处理的输入超声频率f为20～40kHz且滚压压头输出端振幅A为3～10μm。根据本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺的一个实施例，所述超声滚压处理具体包括以下步骤：a、将铀材料装卡在机床上，控制滚压压头的顶部与铀材料表面接触并保证滚压压头的中心与铀材料的轴线在同一高度；b、开启机床使铀材料旋转，控制刀架位移使滚压压头压入铀材料表面ΔX并控制刀架和滚压压头沿着铀材料的轴向和/或法向进给，在滚压压头上保持压下力F使得滚压压头始终保持与铀材料的侧面和/或端面接触；c、完成1遍超声滚压加工后移动刀架使滚压压头回到初始位置并保持压下量ΔX不变，重复若干遍超声滚压加工后完成表面超声滚压处理。根据本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺的一个实施例，所述铀材料的旋转速度V1为20～100r/min，滚压压头的压下量ΔX为0.01～0.1mm，压下力F为200～1000N。根据本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺的一个实施例，所述超声滚压加工过程中作用在滚压压头上的压下力F满足下式：F＝(k1×D)×(k2×A)，其中k1＝0.05～0.15，k2＝0.6×102～1.5×102，D为滚压压头直径，A为滚压压头输出端振幅。根据本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺的一个实施例，所述滚压压头的进给速度V2为2～10mm/min，超声滚压加工的加工遍数为2～3遍。根据本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺的一个实施例，在表面超声滚压处理过程中使用润滑油润滑和冷却。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：(1)极大节约铀材料防腐蚀处理成本：要提高铀材料的抗腐蚀性能通常需要对铀材料整体制造方法进行改进或对零件进行镀层等表面处理，造价高且工艺过程繁复，通过适当的滚压处理实现铀材料表层组织重构来提高其抗腐蚀性能，方法简单且可实施性强，可极大地节约零件制造成本。(2)利用加工工艺调控组织结构实现铀材料性能设定：本专利技术利用超声滚压方法，针对铀材料高活性的特殊物化性质，结合滚压过程材料组织结构的演变特点，通过专门的工艺定制实现铀材料抗腐蚀性能的提升。附图说明图1示出了实施例1中采用本专利技术表面超声滚压处理的金属铀材料和仅进行表面机械加工的金属铀材料的氧化速度对比图。图2a示出了实施例1中采用本专利技术表面超声滚压处理后的金属铀材料的表面状态微观示意图，图2b示出了原始滚压工艺处理后的金属铀材料的表面状态微观示意图。图3示出了实施例2中采用本专利技术表面超声滚压处理后的铀铌合金的变质层的微观剖面图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有加工方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面将对本专利技术提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺进行详细说明。铀是一种化学性质极为活泼的金属，铀材料的腐蚀会严重影响产品的使用寿命，通过组织结构调控可以改善材料的抗腐蚀性能，滚压处理就是一种方便有效的方法。但滚压处理过程中表面材料发生剧烈塑性变形导致能量较高，对于铀这种高活性材料会在处理过程中发生严重的氧化现象；此外，滚压处理会影响材料的晶粒度、织构、残余应力等多种因素，只有将这些影响因素进行合理匹配，才能达到提高抗腐蚀性能的作用，若匹配不当，不能形成良好的变质层，反而会加快铀材料服役过程中的腐蚀速度，因此对于高活性材料的滚压处理需要根据材料结构演变特点设计专门的处理工艺。本专利技术根据铀材料的组织结构与腐蚀行为之间的关系，通过对超声滚压过程中变形的控制要求，设计出了专门针对铀材料的超声滚压工艺，在材料表面获得所需结构状态的变质层，该工艺处理后可明显改善铀材料的抗腐蚀性能。根据本专利技术的示例性实施例，所述提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺具体为：对铀材料进行表面机械加工后再采用滚压压头对铀材料表面进行若干遍的超声滚压加工，其中，在每遍超声滚压加工过程中控制铀材料保持旋转，控制滚压压头沿着铀材料的侧面轴向和/或端面法向移动且始终保持与铀材料的接触。本专利技术所适用的铀材料可以为金属铀或铀合金，可以是普通的坯料、棒材，也可以是零件。其中，优选地控制表面机械加工后的铀材料表面粗糙度在Ra1.6以下。本专利技术的关键之处在于通过合适的工艺参数控制，精确调节材料的变形过程，使得表层材料获得特定的组织结构(晶粒度、织构、残余应力状态、表面光洁度等耦合作用)，从而使材料的抗腐蚀性能提高。机械加工的目的是去除铀材料表面的氧化皮，并获得较低的粗糙度以适应后续的滚压加工。控制粗糙度在Ra1.6以下是为了滚压前获得更好的表面光洁度，如果原始加工材料粗糙度较大，则后续的滚压加工需要获得较大的变形量才能将波峰滚平，一方面部件尺寸形位精度难于保证，另一方面材料变形均匀性较差，由变形不均匀导致的表面电位差异加大，更容易引起局部腐蚀行为。本专利技术采用的滚压压头优选为硬度不低于60HRC、直径D为10～20mm的球形滚珠压头，表面具有良好的光洁度以尽量避免对铀材料的不良影响。本专利技术的方法可以加工端面和侧面，可以单独加工也可以一并加工。其中，侧面是沿着铀材料棒料的轴线滚压加工，侧面滚压获得的变质层是整个侧表面；端面则是压头与铀材料棒料的端面接触并且沿着法向由外向内或由内向外逐渐移动使得整个端面发生塑性变形，端面滚压获得的变质层是一个平面，样品方便用于组织结构和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺，其特征在于，对铀材料进行表面机械加工后再采用滚压压头对铀材料表面进行若干遍的超声滚压加工，其中，在每遍超声滚压加工过程中控制铀材料保持旋转，控制滚压压头沿着铀材料的侧面轴向和/或端面法向移动且始终保持与铀材料的接触。

【技术特征摘要】
1.一种提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺，其特征在于，对铀材料进行表面机械加工后再采用滚压压头对铀材料表面进行若干遍的超声滚压加工，其中，在每遍超声滚压加工过程中控制铀材料保持旋转，控制滚压压头沿着铀材料的侧面轴向和/或端面法向移动且始终保持与铀材料的接触。2.根据权利要求1所述提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺，其特征在于，所述铀材料为金属铀或铀合金，表面机械加工后的铀材料表面粗糙度在Ra1.6以下。3.根据权利要求1所述提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺，其特征在于，所述滚压压头为硬度不低于60HRC、直径D为10～20mm的球形滚珠压头。4.根据权利要求1所述提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺，其特征在于，所述超声滚压处理的输入超声频率f为20～40kHz且滚压压头输出端振幅A为3～10μm。5.根据权利要求1至4中任一项所述提高铀材料耐蚀性能的表面超声滚压处理工艺，其特征在于，所述超声滚压处理具体包括以下步骤：a、将铀材料装卡在机床上，控制滚压压头的顶部与铀材料表面接触并保证滚压压头的中心与铀材料的轴线在同一高度；b、开启机床使铀材料旋转，控制刀架位移使滚压压头压入铀材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘柯钊，刘泾源，陈德华，苏斌，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51