本发明专利技术涉及锆合金材料领域，尤其一种抗高温腐蚀的锆合金管及其激光表面预氧化方法，其特征在于：采用连续激光热源对锆合金管外表面进行扫描，激光扫描时辅助O2与Ar的氧化性混合气体，然后对锆管进行热处理；采用波长范围808nm至10.6um的激光热源对锆管表面进行扫描实现预氧化，激光功率200-600瓦，激光扫描线速度400-600?mm/min，O2在氧化性Ar+O2混合气体中的体积比为70％-90％，混合气体流量5-15?L?/min；对激光预氧化之后的锆管进行热处理，在真空热处理炉内加热至420±5℃保温3小时，然后冷却至280±5℃保温2小时，随后炉冷至室温。本发明专利技术的既能消除锆合金管轧制时产生的表面织构，又能在锆管表面产生致密的ZrO2预氧化薄膜，具有优异的抗高温腐蚀性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锆合金材料领域，尤其核电锆合金材料及其一种激光表面处理工艺。
技术介绍
锆合金具有密度低、比强高、耐腐蚀、加工性能优异、热中子吸收截面低等一系列特点，被广泛用于核反应堆的压力管和燃料包壳。国际核动力技术向高燃耗、长燃料循环周期的发展，为了提高燃料元件的燃耗，达到降低核电成本及达到核动力堆使用要求的目的，这便要求作为燃料元件的包壳材料应当具有更加优异的耐腐蚀性。延长锆合金的工作寿命很大程度上受限于高温耐蚀性能的改善，这便要求锆合金在服役环境条件下具有更加优异的耐腐蚀性。随着我国核电事业的发展，反应堆结构材料和燃料及其相应处理技术的国产化是必然趋势。除了调节锆管合金元素含量及化学成分，优化材质本身并完善热处理工艺之外，锆管的表面处理技术也越来越引起研究开发者的关注。激光表面技术做为一种重要的表面工艺之一，因激光热源的特殊性，其工艺技术自身有许多独特的优势。本专利技术通过激光扫描锆合金表面时，辅助Ar+02氧化性混合气体，既能消除锆合金管轧制时产生的织构，又能在锆管表面产生致密的ZrO2预氧化薄膜，该预氧化膜可阻挡锆合金管服役时氧氢的扩散，从而提高其在高温条件下的抗腐蚀性能。
技术实现思路
为锆合金管的抗高温腐蚀性能并延长核反应堆燃料循环周期，提供，其特征在于:采用连续激光热源对锆合金管外表面进行扫描，激光扫描时辅助O2与Ar的氧化性混合气体，Zr与O2的冶金反应得到厚度2-5um致密的ZrO2预氧化薄膜，然后对锆管进行热处理，通过预氧化薄膜对锆合金基体的保护提高锆合金的抗高温腐蚀性能。所述的，其特征在于:采用波长范围808nm至10.6um的激光热源对锆管表面进行扫描实现预氧化，激光功率200-600瓦，激光扫描线速度400-600 mm/min, O2在氧化性Ar+02混合气体中的体积比为70 % -90 %，混合气体流量5-15 L /min。所述的，其特征在于:对激光预氧化之后的锆管进行热处理，在真空热处理炉内加热至420±5°C保温3小时，然后冷却至280±5°C保温2小时，随后炉冷至室温。所述的，其特征在于:激光预氧化之后的错合金管抗高温腐蚀，在360°C/18.6MPa / 3.5ppmLi+ +IOOOppm B0431 勺高压缶中腐蚀3天，锆合金管氧化增重6-9mg /dm2。本专利技术 的效果体现在，在辅助Ar+02氧化性混合气体条件下激光扫描锆合金表面完成锆合金氧化，既能消除锆合金管轧制时产生的表面织构，又能在锆管表面产生致密的ZrO2预氧化薄膜，该预氧化膜可阻挡锆合金管服役时氧氢的扩散，从而具有优异的抗高温腐蚀性能。附图说明图1是激光氧化示意2是激光氧化后续热处理曲线图1.Ar气体喷嘴2.锆管3.数控转台4.激光束聚焦系统5.Ar+02气体喷嘴具体实施例方式实施例1(I)选取直径9.8 mm的Zr_l.0Nb合金管状材料，厚度0.6 mm，将锆管2安装于数控转台3上，并用丙酮清洗锆管表面； (2)通过Ar+02气体喷嘴5向锆管外表面输送流量为5 L/min的Ar+02混合气体，O2在混合气体中的体积比为70 %，通过Ar气体喷嘴I将Ar气送入锆管内孔，起到保护和冷却的作用，所使用的Ar和O2气体均为99.995%的高纯气体；(3)设置数控转台的转速，使锆管外圆的旋转线速度达到600 mm/min，采用波长10.6 um的(1)2激光热源对错管表面进行扫描,通过激光束聚焦系统4得到直径2mm的光斑，激光功率600瓦，实现锆管表面的预氧化，ZrO2氧化膜的厚度约为2um ；(4)对激光预氧化之后的锆管进行热处理，在真空热处理炉内加热至420±5°C保温3小时，然后冷却至280±5°C保温2小时，随后炉冷至室温，实现锆管微观组织的改善以及激光热应力的去除，有关热处理曲线见图2 ；(5)截取长度为20mm的激光预氧化锆管，然后放在360°C /18.6MPa / 3.5ppmLi++IOOOppm 1304^的高压击中腐蚀3天,错合金管氧化增重9.0 mg /dm2。实施例2(I)选取直径9.8mm的Zr_l.0Nb合金管状材料，厚度0.6mm，将锆管2安装于数控转台3上，并用丙酮清洗锆管表面；(2)通过Ar+02气体喷嘴5向锆管外表面输送流量为10L/min的Ar+02混合气体，O2在混合气体中的体积比为80 %，通过Ar气体喷嘴I将Ar气送入锆管内孔，起到保护和冷却的作用，所使用的Ar和O2气体均为99.995%的高纯气体；(3)设置数控转台的转速，使锆管外圆的旋转线速度达到500mm/min，采用波长1.07 um的光纤激光热源对锆管表面进行扫描，通过激光束聚焦系统4得到直径3_的光斑，激光功率400瓦，实现锆管表面的预氧化，ZrO2氧化膜的厚度约为3.5um ；(4)对激光预氧化之后的锆管进行热处理，在真空热处理炉内加热至420±5°C保温3小时，然后冷却至280±5°C保温2小时，随后炉冷至室温，实现锆管微观组织的改善以及激光热应力的去除，有关热处理曲线见图2 ；(5)截取长度为20mm的激光预氧化锆管，然后放在360°C /18.6MPa / 3.5ppmLi++IOOOppm B043-的高压击中腐蚀3天,错合金管氧化增重7.5mg /dm2。实施例3(I)选取直径9.8mm的Zr_l.0Nb合金管状材料，厚度0.6mm,将锆管2安装于数控转台3上，并用丙酮清洗锆管表面；(2)通过Ar+02气体喷嘴5向锆管外表面输送流量为15L/min的Ar+02混合气体，O2在混合气体中的体积比为90 %，通过Ar气体喷嘴I将Ar气送入锆管内孔，起到保护和冷却的作用，所使用的Ar和O2气体均为99.995%的高纯气体；(3)设置数控转台的转速，使锆管外圆的旋转线速度达到400mm/min，采用波长808nm的半导体激光热源对锆管表面进行扫描，通过激光束聚焦系统4得到1.5 X 1.5mm的方形光斑，激光功率200瓦，实现锆管表面的预氧化，ZrO2氧化膜的厚度约为5um ；(4)对激光预氧化之后的锆管进行热处理，在真空热处理炉内加热至420±5°C保温3小时，然后冷却至280±5°C保温2小时，随后炉冷至室温，实现锆管微观组织的改善以及激光热应力的去除，有关热处理曲线见图2 ；(5)截取长度为20mm的激光预氧化锆管，然后放在360°C /18.6MPa / 3.5ppmLi++IOOOppm 1304 ^的高压击中腐蚀3天,错合金管氧化增重6.0 mg /dm2。权利要求1.，其特征在于:采用连续激光热源对锆合金管外表面进行扫描，激光扫描时辅助O2与Ar的氧化性混合气体，然后对锆管进行热处理； 采用波长范围808nm至10.6um的激光热源对锆管表面进行扫描实现预氧化，激光功率200-600瓦，激光扫描线速度400-600 mm/min, O2在氧化性Ar+02混合气体中的体积比为70% -90%，混合气体流量5-15 L /min ； 对激光预氧化之后的锆管进行热处理，在真空热处理炉内加热至420±5°C保温3小时，然后冷却至280±5°C保温2小时，随后炉冷至室温。全文摘要本专利技术涉及锆合金材料领域，尤其，其特征在于采用连续激光热源对锆合金管外表面进行扫描，激光扫描时辅助本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抗高温腐蚀的锆合金管及其激光表面预氧化方法，其特征在于：采用连续激光热源对锆合金管外表面进行扫描，激光扫描时辅助O2与Ar的氧化性混合气体，然后对锆管进行热处理；采用波长范围808nm至10.6um的激光热源对锆管表面进行扫描实现预氧化，激光功率200?600瓦，激光扫描线速度400?600?mm/min，O2在氧化性Ar+O2混合气体中的体积比为70％?90％，混合气体流量5?15?L?/min；对激光预氧化之后的锆管进行热处理，在真空热处理炉内加热至420±5℃保温3小时，然后冷却至280±5℃保温2小时，随后炉冷至室温。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨胶溪，王欣，王荣山，翁立奎，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。