CN111218707B - 一种提高锆合金表面亲水性的方法 - Google Patents

一种提高锆合金表面亲水性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提高锆合金表面亲水性的方法，该方法包括：一、配置一定比例的氟化铵、硫酸、水组成的溶液，并使溶液的温度降至0°C‑10°C；二、将锆合金连接在正极上，将导电片安装在负极上；三、将锆合金和导电片完全置于所配置的溶液中，对正、负极间施加电压，使锆合金的外表面氧化，在氧化过程中，溶液的温度保持在0°C‑10°C；四、将锆合金从溶液中取出，立刻用水冲洗表面，风干。本发明通过阳极氧化可以在锆合金的外表面以较低的成本形成结构良好的亲水性氧化膜，可以减小锆合金外表面与液体的接触角，以提高其导热性能。

Description

一种提高锆合金表面亲水性的方法
技术领域
本发明涉及提高金属表面亲水性的方法，具体的是涉及一种提高锆合金表面亲水性的方法。
背景技术
锆的熔点为1852℃，化学性质稳定，具有极强的抗腐蚀性。锆合金还具有适中的力学性能和良好的加工性能，因此已经被普遍应用于反应堆的燃料包壳管和压力管道等结构材料。常用的锆合金与纯水的接触角在80°左右，不能满足锆合金在高温环境下的亲水性使用要求，因此需要通过表面处理的方法来提高锆合金表面的亲水性。
目前，工程人员可采用涂抹亲水涂层、表面镀膜等方法提高锆合金表面的亲水性，然而上述方法存在操作复杂、成本高昂等缺点，且难以将大面积曲面形状的锆合金表面处理为具有亲水性的表面。因此，需要开发一种能够简便易行地提高锆合金表面亲水性的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种提高锆合金表面亲水性的方法，包括：
S1：量取0.5wt％-1.0wt％氟化铵、0.5wt％-1.0wt％的硫酸和99.0wt％-98.0wt％的水，先将硫酸缓慢加入水中，并搅拌均匀，再加入氟化铵，并搅拌均匀，最后使溶液的温度降至0℃-10℃；
S2：将锆合金连接在正极上，将导电片连接在负极上；
S3：将经过S2处理的锆合金和导电片完全置于S1所述的溶液中，对正、负极间施加20V-30V的电压，使锆合金的外表面氧化10min-20min；在氧化过程中，溶液的温度保持在0℃-10℃；
S4：将S3中的锆合金取出，用水冲洗表面30s-60s，风干，锆合金表面形成亲水性氧化膜。
优选的，所述的氟化铵的质量分数大于或等于96％，所述的硫酸的溶质的质量分数大于或等于98％，所述的氟化铵、硫酸均为分析纯级，所述的水为蒸馏水。
优选的，S1中量取的溶液包括1.0wt％氟化铵、1.0wt％的硫酸和98.0wt％的水。
优选的，S1中的溶液配制完成后，温度降至5℃。
优选的，S2中所述的正极和负极为不锈钢材质的电极，所述的导电片的材料为铂。
优选的，S2中锆合金包括：Sn：1.0wt％，Nb：1.0wt％，Fe：0.1wt％和Zr。
优选的，S2中锆合金包括：Sn：0.5wt％，Nb：0.5wt％，Fe：0.3wt％，Si：0.015wt％和Zr。
优选的，S2中锆合金包括：Sn：0.8wt％，Nb：0.25wt％，Fe：0.35wt％，Cr：0.1wt％，Ge：0.05wt％和Zr。
优选的，S3中对正、负极间施加25V的电压，使锆合金的外表面氧化20min；在氧化过程中，溶液的温度保持在5℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中使用的氟化铵、硫酸、水的溶液无挥发性，且阳极氧化过程中不产生有毒气体。溶液中氟化铵、硫酸的质量分数较低，具有较好的安全性。
同时，本发明中的溶液避免使用具有挥发性和毒性的氢氟酸，有利于操作人员的健康和环境保护。
(2)本发明中使用的电压为20V-30V的低电压，既安全又可降低对电器设备的绝缘要求。
(3)本发明在氧化过程中，溶液的温度保持在0℃-10℃，该步骤可以使用外部冷却装置或在溶液中加入液氮等方法来实现，具有操作简单、经济性好的优点。
(4)本发明中锆合金外表面的氧化时间为10min-20min，可以在短时间内将锆合金外表面处理成具有良好亲水性的表面，具有反应时间短、实用性强的优点。
(5)本发明通过阳极氧化可以在锆合金的外表面以较低的成本形成结构良好的亲水性氧化膜，可以容易地将大面积曲面形状的锆合金表面处理为具有亲水性的表面，减小锆合金外表面与液体的接触角以提高其导热性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的锆合金样品亲水性处理前的扫描电子显微镜照片。
图2为本发明实施例1的锆合金样品亲水性处理后的扫描电子显微镜照片。
图3为本发明实施例1的锆合金样品亲水性处理前的接触角照片。
图4为本发明实施例1的锆合金样品亲水性处理后的接触角照片。
图5为本发明实施例18的锆合金样品亲水性处理前的扫描电子显微镜照片。
图6为本发明实施例18的锆合金样品亲水性处理后的扫描电子显微镜照片。
图7为本发明实施例18的锆合金样品亲水性处理前的接触角照片。
图8为本发明实施例18的锆合金样品亲水性处理后的接触角照片。
图9为本发明实施例19的锆合金样品亲水性处理前的扫描电子显微镜照片。
图10为本发明实施例19的锆合金样品亲水性处理后的扫描电子显微镜照片。
图11为本发明实施例19的锆合金样品亲水性处理前的接触角照片。
图12为本发明实施例19的锆合金样品亲水性处理后的接触角照片。
具体实施方式
下面结合示例性实施例对本发明做进一步说明，应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
本发明中所用的溶液及锆合金成分中的“wt％”是指质量分数。本领域技术人员可根据实际需求，选择具有不同的含量的氟化铵、硫酸、水的溶液对不同合金成分的锆合金进行表面亲水性处理。
本发明提供一种提高锆合金表面亲水性的方法，通过控制溶液的组分比例、正负极间施加的电压、氧化时间以及氧化过程中溶液的温度，能够使锆合金表面产生灰白色的亲水性氧化膜。该氧化膜可以减小锆合金外表面的接触角，进而提高其导热性能。具体包括：
S1：在通风橱中按照氟化铵0.5wt％-1.0wt％、硫酸0.5wt％-1.0wt％、水99.0wt％-98.0wt％的比例配置溶液。其中0.5wt％-1.0wt％的氟化铵是指氟化铵的质量为溶液量取时总质量的0.5wt％-1.0wt％；0.5wt％-1.0wt％的硫酸是指硫酸的质量为溶液量取时总质量的0.5wt％-1.0wt％；99.0wt％-98.0wt％的水是指水的质量为溶液量取时总质量的99.0wt％-98.0wt％。先将硫酸缓慢加入水中，并使用玻璃棒搅拌均匀，再加入氟化铵，并使用塑料棒搅拌均匀。最后通过外部冷却装置或在溶液中加入液氮，使溶液的温度降至0℃-10℃。
S2：将锆合金样品连接在不锈钢材质的正极上，将铂片连接在不锈钢材质的负极上；
S3：将经过S2处理的锆合金样品和铂片完全置于S1所述的溶液中，对正、负极间施加20V-30V的电压，使锆合金样品的外表面氧化10min-20min，在氧化过程中，通过外部冷却装置或在溶液中加入液氮使溶液的温度保持在0℃-10℃；
S4：将S3中的锆合金样品从溶液中拿出并从正极上取下，立刻用水冲洗表面30s-60s以去掉锆合金样品表面残留的溶液，避免锆合金样品表面形成的亲水性氧化膜被进一步腐蚀，随后通过电吹风或其他方式对锆合金样品进行风干处理。
在本发明中，使用0.5wt％-1.0wt％的氟化铵、0.5wt％-1.0wt％的硫酸和99.0wt％-98.0wt％的水组成的溶液。其原理是利用氟化铵和硫酸在水中电离出的离子与锆合金的表面发生一定的反应，结合特定的温度、电压、反应时间，最终在锆合金外表面形成结构良好的亲水性氧化膜。若氟化铵和硫酸小于0.5wt％，则溶液中电离出的离子太少而无法将锆合金表面氧化；若氟化铵和硫酸大于1.0wt％，则锆合金表面的氧化膜将被腐蚀甚至将锆合金溶解，不能获得亲水性表面。
在本发明中，锆合金阳极氧化过程中溶液的温度保持在0℃-10℃的温度范围内。在该温度范围内，锆合金外表面与溶液的反应速率可以控制在一个较理想的水平，从而在锆合金外表面形成结构良好的亲水性氧化膜。若溶液的温度小于0℃，则锆合金表面的氧化速度太慢，无法应用于工程实际中；若溶液的温度大于10℃，则锆合金表面的氧化膜将被腐蚀，不能获得亲水性表面。
在本发明中，锆合金阳极氧化过程中正、负极之间的电压范围为20V-30V。在该电压范围内，溶液中的电流能够均匀地作用在锆合金外表面上，从而在锆合金外表面形成结构良好的亲水性氧化膜。若电压低于20V，则锆合金表面的氧化速度太慢，无法应用于工程实际中；若电压高于30V，则锆合金表面的氧化膜将被腐蚀甚至将锆合金击穿，不能获得亲水性表面。
在本发明中，锆合金外表面的氧化时间为10min-20min。在该氧化时间范围内，锆合金外表面形成的氧化膜厚度均匀、硬度较高、不易脱落。若氧化时间小于10min，则锆合金外表面生成的氧化膜亲水性较差；若氧化时间大于20min，则锆合金外表面的氧化膜将被腐蚀，不能获得亲水性表面。
在本发明中，锆合金外表面氧化膜的亲水性可通过两方面进行评价：(1)锆合金外表面的微/纳米结构；(2)锆合金外表面与纯水的接触角。其中，锆合金外表面的微/纳米结构是通过使用扫描电子显微镜拍摄照片来获得，接触角是通过使用单反相机拍摄锆合金表面和纯水接触的照片，并测量照片中的接触角获得。
优选的：
实施例1：
对Sn：1.0wt％，Nb：1.0wt％，Fe：0.1wt％，余量为Zr及不可避免的杂质的锆合金样品进行表面亲水性处理。
该实施例的步骤如下：
S1：在通风橱中按照氟化铵1.0wt％、硫酸1.0wt％、水98.0wt％的比例量取氟化铵2g、硫酸2g和水196g，合计配置溶液200g，先将硫酸缓慢加入水中，并使用玻璃棒搅拌均匀，再加入氟化铵，并使用塑料棒搅拌均匀，最后在溶液中加入液氮使其温度降至5℃；
S2：将正、负极电线分别插在直流电源的输出孔中，将锆合金样品夹在正极电线不锈钢材质的夹子上，将铂片夹在负极电线不锈钢材质的夹子上；
S3：将经过S2处理的锆合金样品和铂片完全置于S1所述的溶液中，对正、负极间施加25V的电压，使合金样品的外表面氧化20min，在氧化过程中，通过外部冷却装置使溶液的温度保持在5℃；
S4：将S3中的合金样品从溶液中取出并从正极上取下，立刻用水冲洗表面60s，随后通过电吹风对锆合金样品进行风干处理。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。图1和图2为锆合金样品亲水性处理前、后的扫描电子显微镜照片。可以发现，亲水性处理前，锆合金样品的表面仅能观察到一些划痕及杂物。经过亲水性处理后，锆合金样品表面产生了形状不一的微/纳米结构。
图3和图4为锆合金样品亲水性处理前、后的纯水接触角照片。可以发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角明显减小。经过测量，亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、26°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金样品外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例2：
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，溶液的比例改为氟化铵0.7wt％、硫酸0.7wt％、水98.6wt％，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角明显减小。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、24°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金样品外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例3：
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，溶液的比例改为氟化铵0.5wt％、硫酸0.5wt％、水99.0wt％，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角明显减小。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、27°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金样品外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例4
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，溶液的比例改为氟化铵5.0wt％、硫酸5.0wt％、水90.0wt％，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品表面的氧化膜已大部分被腐蚀，且锆合金样品表面因溶解而产生密集的坑洼。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金表面的接触角未有明显改变。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、70°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面未形成较良好的亲水性氧化膜，锆合金样品外表面的接触角未有明显改变。
实施例5
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，溶液的比例改为氟化铵0.1wt％、硫酸0.1wt％、水99.8wt％，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生不明显的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角未有明显改变。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、65°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面未形成较良好的亲水性氧化膜，锆合金样品外表面的接触角未有明显改变。
由实施例1、2、3、4、5可以得出：溶液中氟化铵0.5wt％-1.0wt％、硫酸0.5wt％-1.0wt％、水99.0wt％-98.0wt％为合格，超出为不合格。详见表1。
实施例6
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，溶液配制完成后，溶液的温度保持在10℃，且氧化过程中溶液的温度保持在10℃，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金表面的接触角明显减小。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、28°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例7
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，溶液配制完成后，溶液的温度保持在0℃，且氧化过程中溶液的温度保持在0℃，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角明显减小。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、24°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金样品外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例8
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，溶液配制完成后，溶液的温度保持在25℃，且氧化过程中溶液的温度保持在25℃，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品表面的氧化膜已大部分被腐蚀。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金表面的接触角未有明显改变。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、64°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面未形成较良好的亲水性氧化膜，锆合金样品外表面的接触角未有明显改变。
实施例9
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，溶液配制完成后，溶液的温度为-10℃，且氧化过程中溶液的温度保持在-10℃，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生不明显的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金表面的接触角未有明显改变。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、60°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面未形成较良好的亲水性氧化膜，锆合金样品外表面的接触角未有明显改变。
由实施例1、6、7、8、9可以得出：溶液配制完成后，溶液的温度0℃-10℃为合格，超出为不合格；且氧化过程中溶液的温度保持在0℃-10℃为合格，超出为不合格。详见表1。
实施例10
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，氧化过程中正、负极间施加30V的电压，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金表面的接触角明显减小。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、25°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例11
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，氧化过程中正、负极间施加20V的电压，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金表面的接触角明显减小。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、27°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金样品外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例12
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，氧化过程中正、负极间施加50V的电压，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品表面的氧化膜已大部分被腐蚀。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金表面的接触角未有明显改变。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、67°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面未形成较良好的亲水性氧化膜，锆合金样品外表面的接触角未有明显改变。
实施例13
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，氧化过程中正、负极间施加5V的电压，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生不明显的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角未有明显改变。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、62°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面未形成较良好的亲水性氧化膜，锆合金样品外表面的接触角未有明显改变。
由实施例1、10、11、12、13可以得出：氧化过程中正、负极间施加20V-30V的电压为合格，超出为不合格。详见表1。
实施例14
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，氧化过程中锆合金样品的外表面氧化时间为15min，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金表面的接触角明显减小。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、28°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例15
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，氧化过程中锆合金样品的外表面氧化时间为10min，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角明显减小。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、24°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金样品外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例16
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，氧化过程中锆合金样品的外表面氧化时间为30min，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品表面的氧化膜已大部分被腐蚀。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角未有明显改变。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、67°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面未形成较良好的亲水性氧化膜，锆合金外表面的接触角未有明显改变。
实施例17
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，氧化过程中锆合金样品的外表面氧化时间为3min，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生不明显的氧化膜。进一步通过测量接触角发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角未有明显改变。亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为74°、62°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面未形成较良好的亲水性氧化膜，锆合金样品外表面的接触角未有明显改变。
由实施例1、14、15、16、17可以得出：氧化过程中锆合金样品的外表面氧化时间为10min-20min合格，超出为不合格。详见表1。
实施例18：
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，锆合金样品的成分为：Sn：0.5wt％，Nb：0.5wt％，Fe：0.3wt％，Si：0.015wt％，余量为Zr及不可避免的杂质，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。图5和图6为锆合金样品亲水性处理前、后的扫描电子显微镜照片。可以发现，亲水性处理前，锆合金样品的表面仅能观察到一些划痕及杂物。经过亲水性处理后，锆合金样品表面产生了形状不一的微/纳米结构。
图7和图8为锆合金样品亲水性处理前、后的纯水接触角照片。可以发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角明显减小。经过测量，亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为79°、27°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金样品外表面的接触角，进而提高其导热性能。
实施例19：
按照实施例1的方法配制溶液和处理锆合金样品，不同的是，锆合金样品的成分为：Sn：0.8wt％，Nb：0.25wt％，Fe：0.35wt％，Cr：0.1wt％，Ge：0.05wt％，余量为Zr及不可避免的杂质，最终得到经表面处理的锆合金样品。
经过上述表面亲水性处理步骤发现，锆合金样品的表面产生灰白色的氧化膜。图9和图10为锆合金样品亲水性处理前、后的扫描电子显微镜照片。可以发现，亲水性处理前，锆合金样品的表面仅能观察到一些划痕及杂物。经过亲水性处理后，锆合金样品表面产生了形状不一的微/纳米结构。
图11和图12为锆合金样品亲水性处理前、后的纯水接触角照片。可以发现，经过亲水性处理，锆合金样品表面的接触角明显减小。经过测量，亲水性处理前、后锆合金样品表面的接触角分别为75°、21°。
上述锆合金样品的表面亲水性处理结果说明，经过亲水性处理后，锆合金样品表面形成结构良好的亲水性氧化膜，该氧化膜可以减小锆合金样品外表面的接触角，进而提高其导热性能。
由实施例1、18、19可以得出，本发明所提供的方法针对不同成分的锆合金均可以良好地提高其亲水性。详见表1。
表1本发明实施例的结果统计
Figure BDA0002395741720000131
以上所述的具体实施方式，对本发明进行了进一步的详细说明，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，包括：
S1：量取0.5wt％-1.0wt％氟化铵、0.5wt％-1.0wt％的硫酸和99.0wt％-98.0wt％的水，先将硫酸缓慢加入水中，并搅拌均匀，再加入氟化铵，并搅拌均匀，最后使溶液的温度降至0℃-10℃；
S2：将锆合金连接在正极上，将导电片连接在负极上；
S3：将经过S2处理的锆合金和导电片完全置于S1所述的溶液中，对正、负极间施加20V-30V的电压，使锆合金的外表面氧化15min-20min；在氧化过程中，溶液的温度保持在0℃-10℃；
S4：将S3中的锆合金取出，用水冲洗表面30s-60s，风干，锆合金表面形成亲水性氧化膜。
2.根据权利要求1所述的提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，所述的氟化铵的质量分数大于或等于96％，所述的硫酸的溶质的质量分数大于或等于98％，所述的水为蒸馏水。
3.根据权利要求1或2所述的提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，S1中量取的溶液包括1.0wt％氟化铵、1.0wt％的硫酸和98.0wt％的水。
4.根据权利要求1所述的提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，S1中的溶液配制完成后，温度降至5℃。
5.根据权利要求1所述的提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，S2中所述的正极和负极为不锈钢材质的电极，所述的导电片的材料为铂。
6.根据权利要求1所述的提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，S2中锆合金包括：Sn：1.0wt％，Nb：1.0wt％，Fe：0.1wt％和Zr。
7.根据权利要求1所述的提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，S2中锆合金包括：Sn：0.5wt％，Nb：0.5wt％，Fe：0.3wt％，Si：0.015wt％和Zr。
8.根据权利要求1所述的提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，S2中锆合金包括：Sn：0.8wt％，Nb：0.25wt％，Fe：0.35wt％，Cr：0.1wt％，Ge：0.05wt％和Zr。
9.根据权利要求1所述的提高锆合金表面亲水性的方法，其特征在于，S3中对正、负极间施加25V的电压，使锆合金的外表面氧化20min；在氧化过程中，溶液的温度保持在5℃。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007031732A (ja) * 2005-07-22 2007-02-08 National Institute For Materials Science ジルコニウム酸化物ナノ構造体及びその製造方法
CN101634043A (zh) * 2008-07-23 2010-01-27 比亚迪股份有限公司 一种电解质水溶液及锆和锆合金的表面处理方法
CN101941000A (zh) * 2010-09-03 2011-01-12 重庆大学 一种金属锆超疏水表面的制备方法
CN109183124A (zh) * 2018-10-30 2019-01-11 湖南大学 一种窄禁带黑氧化锆纳米管薄膜及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007031732A (ja) * 2005-07-22 2007-02-08 National Institute For Materials Science ジルコニウム酸化物ナノ構造体及びその製造方法
CN101634043A (zh) * 2008-07-23 2010-01-27 比亚迪股份有限公司 一种电解质水溶液及锆和锆合金的表面处理方法
CN101941000A (zh) * 2010-09-03 2011-01-12 重庆大学 一种金属锆超疏水表面的制备方法
CN109183124A (zh) * 2018-10-30 2019-01-11 湖南大学 一种窄禁带黑氧化锆纳米管薄膜及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Experimental study of water droplets on over-heatednano/microstructured zirconium surfaces;Seol Ha Kim et al;《Nuclear Engineering and Design》;20141015;第278卷;第367-376页 *
Pool boiling CHF enhancement by micro/nanoscale modification of zircaloy-4 surface;Ho Seon Ahna et al;《Nuclear Engineering and Design》;20101031;第240卷;第3350-3360页 *
Variation on wettability of anodic zirconium oxide nanotube surface;Lu-Ning Wang et al;《Thin Solid Films》;20130131;第531卷;第277-283页 *
阳极氧化法制备氧化锆纳米管阵列的研究;徐荣清等;《稀有金属材料与工程》;20090615;第38卷(第6期);第1084-1086页 *

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