大连理工大学科技成果——核主泵关键部件表面强化技术原理与工艺

（3）发展出强流脉冲离子束无约束冲击强化技术，在硬质合金上耦合形成了数微米重熔改性层和数百微米 冲击硬化层，克服了现有的载能束重熔强化易开裂、冲击效率低的局限性，解决了核级硬质合金部件表面 强化的难题。
等离子体
离子注入层 鞘层
扩散层ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
等离子体基低能离子注入传质机制
激光束
光吸收层
透明约束层
大面积强流脉冲离子束
硬质合金冲击强化 （减摩耐磨性能改善 ）
硬质合金密封环冲击强化
等离子体源渗氮技术工艺装备
强流脉冲离子束表面工程装备
超音速喷涂硬质合金涂层装备 水润滑轴承表面强化
阶段研究成果
研究工作发表SCI学术论文32篇，授权发明专利3项，国际会议大会邀请报告2次。
核主泵关键部件表面强化技术原理与工艺
Theory and Technology of Surface Modification Techniques for NCP Application
研究背景与来源
大型先进压水堆核电站核主泵，是核电站的“心脏”，也是核电技术国产化最后一
个难度最大的重大装备。核主泵驱动核岛内的高温高压水循环，将反应堆芯核裂变的热 能传递给蒸汽发生器产生蒸汽，推动汽轮机发电，设计工作压力17 MPa，流量24000 m3/h，扬程100 m，温度340 ℃，工作效率79%以上。核主泵水润滑轴承、机械密封、 转子组件等关键部件在高温高压及辐射环境中，要满足长期安全可靠使役要求，亟待研 究和解决关键部件耐磨减摩、抗蚀、抗疲劳等表面强化的难题，实现核主泵自主化制造 的突破。
浅重熔层
球面冲击波 I I0*1/z2
激光束、电子束
深重熔层
~100 m
冲
击
硬
化
平面冲击波
区
I I0*1/z
高效热-力耦合作用：“浅重熔+深冲击”
强流脉冲离子束无约束冲击强化原理
不锈钢单相表面强化层
不锈钢耐磨抗蚀复合改性 （磨损表面轮廓）
不锈钢耐磨抗蚀复合改性 （极化曲线）
硬质合金冲击强化 （硬度-深度分布）
作 为 首 席 单 位 ， 研 究 工 作 得 到 国 家 973 计 划 项 目 “ 核 主 泵 制 造 的 关 键 科 学 问 题 （2009CB724300）”的资助。
研究内容与特色
Andriz核主泵
针对核主泵关键部件用不锈钢、硬质合金等材料表面强化的难点，分别提出了单相固溶强化、成分
与应力梯度界面强化以及冲击强化的部件表面改性新原理。
（1）发展出低温、高效等离子体基低能离子注入技术，在不锈钢部件上获得高硬高韧、单一过饱和面心立 方相γN改性层，突破了现有第二相强化表面改性方法破坏耐蚀性的局限性，解决了不锈钢部件耐磨抗蚀复 合改性的难题；
（2）发展出复合喷涂涂层技术，结合高功率超声、高功率激光及等离子体放电表面处理，形成了成分与应 力梯度过渡的涂层-基体界面，克服了传统喷涂涂层结合强度不足、界面易疲劳破坏问题，应用于核主泵关 键部件表面防护；