一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法技术

本发明专利技术公开了一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，先进行混合酸化学蚀刻，蚀刻时间为5s

【技术实现步骤摘要】
一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法


[0001]本专利技术涉及核燃料
，具体涉及一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法。

技术介绍

[0002]锆合金包壳材料是反应堆的第一道安全屏障，服役过程中面临着辐照、腐蚀及温度梯度等的多场作用，其微观结构包括晶粒组织等将产生演化而导致服役性能的改变。对包壳材料开展辐照及辐照后检验是评价其服役性能、材料筛选及优化改性必不可少的环节，包括采用扫描电镜、金相显微镜对辐照后锆合金进行微观结构检验，分析其晶粒尺寸及织构、第二相粒子，微区成分等。其中，较为关键的晶粒组织分析过程中，需要对辐照后包壳材料进行热室内制样工作，其制样环节包括镶嵌、研磨、抛光、蚀刻等。蚀刻的目的在于使得包壳材料晶粒组织显现，以利于晶粒形貌观察。
[0003]然而，辐照后包壳材料的蚀刻缺面临着较大的困难。服役或辐照考验过程中，包壳材料在中子场作用下将生产辐照缺陷，包括点缺陷、位错环等等。蚀刻时这些辐照缺陷与蚀刻剂产生较强的反应性，即晶界和辐照缺陷均竞争参与化学蚀刻反应，降低中蚀刻反应的选择性，使得辐照后锆合金的晶粒度显示困难。
[0004]同时，辐照后的锆合金试样具有较强的放射性，蚀刻过程需要在热室内使用机械手远程操控进行。利用热室条件，现采用的化学蚀刻方法易产生蚀刻的不均匀性。蚀刻程度难以准确控制，并且，其残留的酸及盐难以彻底清除干净，部分区域容易过度蚀刻或反应形成盐类化合物，严重影响后续晶粒形貌的观察。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，解决现有刻蚀方法导致辐照后锆合金蚀刻显示晶粒形貌困难的问题。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，先进行混合酸化学蚀刻，再进行电化学蚀刻。
[0008]首先进行混合酸化学蚀刻，再进行电化学蚀刻，以增强蚀刻选择性，准确控制蚀刻程度，使得辐照后锆合金的晶粒形貌清晰显示，保障辐照后锆合金检查的正常开展。
[0009]进一步地，混合酸化学蚀刻采用的混合酸溶液包括HF、HCl和HNO3。
[0010]进一步地，混合酸溶液的配方为：
[0011]以体积分数计，HF、HCl、HNO3和H2O按2:3:6:9混合。
[0012]进一步地，混合酸化学蚀刻的蚀刻时间为5s
‑
15s。
[0013]进一步地，电化学蚀刻采用的蚀刻剂为体积分数为5％的H2SO4水溶液。
[0014]进一步地，电化学蚀刻采用的蚀刻时间为1s
‑
5s。
[0015]进一步地，电化学蚀刻的电压为30V
‑
50V。
[0016]进一步地，包括以下步骤：
[0017]S1、依次对辐照后锆合金试样进行切割取样、导电镶嵌及磨抛；
[0018]S2、将试样置于室内进行混合酸化学蚀刻，蚀刻时间为5
‑
15s，然后清洗试样；
[0019]S3、将试样进行电化学蚀刻：将试样连通电路，对样品观察面进行阳极氧化，时间为1s
‑
5s，电压为30V
‑
50V。
[0020]S4、电化学蚀刻完成后对试样观察面进行清洗。
[0021]本专利技术使用混合酸的化学蚀刻方法联合电化学蚀刻法，增加晶粒蚀刻反应的选择性，同时准确控制反应时间，利用电化学蚀刻步骤去除表面的混酸残余，保证蚀刻完成后锆合金晶粒形貌能被清晰观察，为锆合金包壳材料的辐照后检验提供技术支撑。
[0022]进一步地，步骤S2中，混合酸化学蚀刻采用的混合酸溶液的配方为：
[0023]以体积分数计，HF、HCl、HNO3和H2O按2:3:6:9混合。
[0024]进一步地，步骤S2中，当锆合金为Zr
‑
Sn合金时，蚀刻时间为5s
‑
8s；当锆合金为Zr
‑
Sn
‑
Nb合金时，蚀刻时间为12s
‑
15s。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0026]1、本专利技术使用混合酸的化学蚀刻方法联合电化学蚀刻法，增加晶粒蚀刻反应的选择性，解决了辐照后锆合金的晶粒度显示困难。
[0027]2、本专利技术的刻蚀方法简单易操作，不适用于昂贵的试剂盒设备。
附图说明
[0028]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0029]图1为本专利技术实施例1的锆合金蚀刻后金相图；
[0030]图2为对比例1的锆合金蚀刻后金相图；
[0031]图3为实施例中电化学刻蚀采用的刻蚀平台的结构示意图。
[0032]附图中标记及对应的零部件名称：
[0033]1‑
样品台，2
‑
接触片，3
‑
弹簧，4
‑
绝缘片，5
‑
安装板，11
‑
第一通孔，12
‑
第二通孔。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0035]实施例1：
[0036]本实施例以Zr
‑
Sn
‑
Nb合金进行说明：
[0037]刻蚀一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，包括以下步骤：
[0038]S1、依次对辐照后Zr
‑
Sn
‑
Nb合金试样进行切割取样、导电镶嵌及磨抛；
[0039]S2、配置体积分数为HF:HNO3:HClO4:H2O＝2:3:6:9(体积分数比)的混合酸溶液，并转移至热室内，机械手夹持沾着混合酸的棉花，在试样观察面上反复擦拭，擦拭频率约为1.5次/秒，蚀刻时间为12s
‑
15s。蚀刻后立即使用流动水清洗；
[0040]S3、配置体积分数为5％的H2SO4水溶液，将试样观察面浸没其中，使用机械手压紧带弹簧3的接触片2，连通电路，对样品6的观察面进行阳极氧化，时间约为2s
‑
3s，电压为30V
‑
50V。
[0041]S4、电化学蚀刻完成后立刻松开接触片2，并使用流动水清洗蚀刻面5min。
[0042]在本实施例中，电化学刻蚀采用的刻蚀平台结构如图3所示：
[0043]包括样品台1和接触片2，所述样品台1上设置有第一通孔11和第二通孔12；
[0044]所述第一通孔11用于放置镶嵌后的试样，所述第二通孔12用于放置参比电极和对电极；
[0045]所述接触片2一端与样品台1转动连接，另一端设置在第一通孔11上方，所述接触片2与样品台1之间设置有弹簧3，所述接触片2采用不锈钢片。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，其特征在于，先进行混合酸化学蚀刻，再进行电化学蚀刻。2.根据权利要求1所述的一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，其特征在于，所述混合酸化学蚀刻采用的混合酸溶液包括HF、HCl和HNO3。3.根据权利要求2所述的一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，其特征在于，所述混合酸溶液的配方为：以体积分数计，HF、HCl、HNO3和H2O按2:3:6:9混合。4.根据权利要求1所述的一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，其特征在于，所述混合酸化学蚀刻的蚀刻时间为5s
‑
15s。5.根据权利要求1所述的一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，其特征在于，所述电化学蚀刻采用的蚀刻剂为体积分数为5％的H2SO4水溶液。6.根据权利要求1所述的一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，其特征在于，所述电化学蚀刻采用的蚀刻时间1s
‑
5s。7.根据权利要求1所述的一种辐照后锆合金晶粒蚀刻方法，其特征在于，所述电化学蚀刻的电压为30V
‑
50V。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，滕常青，方忠强，伍晓勇，李佳文，吴拥军，吴璐，王桢，张伟，宋朝阳，潘峰，莫华均，江艳，赵鑫，覃检涛，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：