Research and Perspective on Surface Finishing Technologies for Additively Manufactured Heat Exchangers in Nuclear Energy Applications

YU Hao

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2026.03.03

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Research and Perspective on Surface Finishing Technologies for Additively Manufactured Heat Exchangers in Nuclear Energy Applications
Vol. 56, Issue 3, Pages: 21-28(2026)
Received：15 December 2025，

Revised：2026-01-14，

Published：20 March 2026
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.03.03
稿件说明：

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余浩.面向核能应用的增材制造换热器表面处理技术研究与展望［J］.电焊机，2026，56（3）：21-28. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.03.03.

YU Hao.Research and Perspective on Surface Finishing Technologies for Additively Manufactured Heat Exchangers in Nuclear Energy Applications[J].Electric Welding Machine, 2026, 56(3): 21-28. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.03.03.

摘要

基于增材制造技术的核级换热器通过微通道设计与结构优化，可大幅提高换热效率并减小体积和重量，为池式反应堆的紧凑化设计与性能提升提供了关键技术支撑。然而，其复杂内腔表面存在选区激光熔化（SLM）工艺带来的表面粗糙度缺陷（初始Ra 10~15 μm）及高深宽比流道抛光等关键挑战，是工程化应用的关键制约因素。本文围绕池式反应堆核级换热器的设计需求，剖析了高深宽比微通道换热表面处理的难点与要求，系统综述了复杂内腔结构抛光技术的研究进展，包括机械抛光、磨粒流抛光、激光抛光、磁粒研磨抛光及电化学抛光等方向。围绕粗糙度、污染物、材料完整性及几何适应性等核心指标，对比分析了不同工艺的适配性。建议采用磨粒流-电化学复合抛光工艺，该工艺可兼顾抛光效率与结构完整性，但仍需解决换热器结构设计适配性优化、精细化工艺规范制定、介质交叉污染与清洁度保障、复杂内腔的无损检测技术等关键问题。该研究可为核级换热器的表面处理技术选型与优化提供重要参考。

Abstract

Nuclear-grade heat exchangers based on additive manufacturing technology can significantly enhance heat exchange efficiency while reducing the volume and weight by microchannel design and structural optimization

providing crucial technical support for the compact design and performance improvement of pool-type reactors. However

the complex internal cavity surfaces present critical challenges for engineering applications

including surface roughness defects（initial Ra 10-15μm）caused by the Selective Laser Melting (SLM) process and difficulties in polishing high-aspect-ratio flow channels. Focusing on the design requirements of nuclear-grade heat exchangers for pool-type reactors

the difficulties and specifications for treating high-aspect-ratio microchannel heat exchange surfaces are analyzed. A systematic review was conducted on the research progress in polishing techniques for complex internal structures

including mechanical polishing

abrasive flow polishing

laser polishing

magnetic abrasive flow polishing

and electrochemical polishing. The suitability of different processes is compared and analyzed based on core performance indicators such as surface roughness

contamination control

material integrity

and geometric adaptability. An abrasive flow-electrochemical composite polishing process is recommended

which can effectively balances polishing efficiency with structural integrity. However

key issues still need to be addressed

such as the optimization of heat exchanger structural design compatibility

the development of refined process specifications

the prevention of cross-contamination and assurance of cleanliness in media

and non-destructive testing technology for complex internal cavities. This study provides an important reference for the selection and optimization of surface treatment technologies for nuclear-grade heat exchangers.

关键词

Keywords

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