一种锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法
技术领域
本发明涉及表面处理
技术领域
，尤其涉及一种锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法。背景技术
锆合金具有适中的机械性能、较低的原子热中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性，多用作水冷核反应堆的堆芯结构材料，在反应堆运行过程中，包壳外侧受到高温高压循环冷却水的腐蚀(例如360℃/18.6MPa，硼锂水化学环境)，在高温高压循环冷却水的腐蚀下，锆合金易发生局部腐蚀、疖状腐蚀和氢脆。其中，疖状腐蚀一般为灰白色，深度可达几十微米，腐蚀产物积累形成较厚的白色氧化膜，会降低包壳材料的有效壁厚，从而导致包壳破裂，造成循环冷却水的放射性污染。另外，包壳与栅格间的微动磨损引起的破坏同样会造成循环冷却水的放射性污染。锆合金在室温下耐蚀性较差，极大地限制了其应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法。本发明提供的微弧氧化处理方法能够提高锆及锆合金的耐蚀性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法，包括以下步骤：
对锆及锆合金抛光打磨，得到备用料；
以所述备用料为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到微弧氧化涂层，所述电解液中NaOH的浓度为1～5g/L，Na2SiO3的浓度为5～15g/L，Na3PO4的浓度为15～25g/L。
优选地，所述微弧氧化的电压为200～400V，频率为300～400Hz，占空比为20～40％，时间为5～25min。
优选地，所述微弧氧化的电压为380V，频率为380Hz，占空比为20％，时间为6～10min。
优选地，所述电解液中NaOH的浓度为1g/L，Na2SiO3的浓度为6g/L，Na3PO4的浓度为17g/L。
优选地，所述微弧氧化的电压为330V，频率为350Hz，占空比为30％，时间为12～16min。
优选地，所述电解液中NaOH的浓度为3g/L，Na2SiO3的浓度为10g/L，Na3PO4的浓度为20g/L。
优选地，所述微弧氧化的电压为280V，频率为320Hz，占空比为40％，时间为20～24min。
优选地，所述电解液中NaOH的浓度为5g/L，Na2SiO3的浓度为14g/L，Na3PO4的浓度为23g/L。
优选地，所述抛光打磨为依次使用400目、800目、1500目和2000目的砂纸打磨。
优选地，所述微弧氧化以不锈钢为阴极。
本发明提供了一种锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法，包括以下步骤：对锆及锆合金抛光打磨，得到备用料；以所述备用料为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到微弧氧化涂层，所述电解液中NaOH的浓度为1～5g/L，Na2SiO3的浓度为5～15g/L，Na3PO4的浓度为15～25g/L。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提供的锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法，将锆及锆合金由普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压放电区域，克服了硬质阳极氧化的缺陷，提高了微弧氧化涂层的综合性能，使微弧氧化涂层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性，且本发明的电解液安全环保，操作简单，得到的氧化涂层厚度高，硬度大，性能优异。
具体实施方式
本发明提供了一种锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法，包括以下步骤：
对锆及锆合金抛光打磨，得到备用料；
以所述备用料为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到微弧氧化涂层，所述电解液中NaOH的浓度为1～5g/L，Na2SiO3的浓度为5～15g/L，Na3PO4的浓度为15～25g/L。
在本发明中，所述微弧氧化的电压优选为200～400V，频率优选为300～400Hz，占空比优选为20～40％，时间优选为5～25min。
在本发明的一个具体实施例中，所述微弧氧化的电压为380V，频率为380Hz，占空比为20％，时间为6～10min，所述电解液中NaOH的浓度为1g/L，Na2SiO3的浓度为6g/L，Na3PO4的浓度为17g/L。
在本发明的一个具体实施例中，所述微弧氧化的电压为330V，频率为350Hz，占空比为30％，时间为12～16min，所述电解液中NaOH的浓度为3g/L，Na2SiO3的浓度为10g/L，Na3PO4的浓度为20g/L。
在本发明的一个具体实施例中，所述微弧氧化的电压为280V，频率为320Hz，占空比为40％，时间为20～24min，所述电解液中NaOH的浓度优选为5g/L，Na2SiO3的浓度为14g/L，Na3PO4的浓度优选为23g/L
在本发明中，所述抛光打磨优选为依次使用400目、800目、1500目和2000目的砂纸打磨。
在本发明中，所述微弧氧化优选以不锈钢为阴极。
所述抛光打磨完成后，本发明优选将所得抛光打磨产物清洗干净后吹干冷风备用。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例一：
一种锆微弧氧化处理方法，其处理方法如下：
a、将锆依次使用400目、800目、1500目和2000目的砂纸打磨，清洗干净后吹干冷风备用；
b、配制电解液，电解液中各成分的含量为：NaOH 1g/L，Na2SiO3 6g/L，Na3PO4 17g/L；
c、将步骤a处理后的锆及锆合金作为阳极放入步骤b所述的电解液中，以不锈钢为阴极，在电压380V，频率380Hz，占空比20％的条件下，对锆及锆合金试样通以阳极电流，处理10min，在其表面形成稳定的微弧，制备得到微弧氧化涂层。
形成微弧氧化涂层的厚度为7μm。
实施例二：
一种锆微弧氧化处理方法，其处理方法如下：
a、将锆依次使用400目、800目、1500目和2000目的砂纸打磨，清洗干净后吹干冷风备用；
b、配制电解液，电解液中各成分的含量为：NaOH 3g/L，Na2SiO3 10g/L，Na3PO420g/L；
c、将步骤a处理后的锆及锆合金作为阳极放入步骤b所述的电解液中，以不锈钢为阴极，在电压330V，频率350Hz，占空比30％的条件下，对锆及锆合金试样通以阳极电流，处理16min，在其表面形成稳定的微弧，制备得到微弧氧化涂层。
形成微弧氧化涂层的厚度为9μm。
实施例三：
一种锆微弧氧化处理方法，其处理方法如下：
a、将锆依次使用400目、800目、1500目和2000目的砂纸打磨，清洗干净后吹干冷风备用；
b、配制电解液，电解液中各成分的含量为：NaOH 5g/L，Na2SiO3 14g/L，Na3PO423g/L；
c、将步骤a处理后的锆及锆合金作为阳极放入步骤b所述的电解液中，以不锈钢为阴极，在电压280V，频率320Hz，占空比40％的条件下，对锆及锆合金试样通以阳极电流，处理24min，在其表面形成稳定的微弧，制备得到微弧氧化涂层。
形成微弧氧化涂层的厚度为12μm。
对实施例一～三形成的涂层的性能进行测试，结果如表1所示。由表1可知，本发明提供的锆及锆合金表面的微弧氧化处理方法，将锆及锆合金由普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压放电区域，克服了硬质阳极氧化的缺陷，提高了微弧氧化涂层的综合性能，使微弧氧化涂层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性，且本发明的电解液安全环保，操作简单，得到的氧化涂层厚度高，硬度大，性能优异。
表1实施例一～三形成的涂层的性能测试结果
编号
膜厚度μm
显微硬度HV
实施例一
7
301.3
实施例二
9
340.1
实施例三
12
394.5
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
