用于将涂层涂覆于管的内部的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明描述了用于将涂层（14）涂覆在管（10）的内部的方法和装置。此类方法（40、400）可包括将涂布液（18）的层（20）涂覆在管（10）的内表面（16）上，以及使平滑构件（22）以相距内表面（16）一定距离的方式穿过管（10）。可选择涂布液（18）的粘度，使得涂布液（18）的层（20）的厚度基本上等于或超过与涂层（14）的所需最终厚度（Tf）相关的预定湿膜厚度（Twf）。平滑构件（22）与内表面（16）之间的距离可基本上对应于预定湿膜厚度（Twf）。平滑构件（22）可对所述涂布液（18）进行平滑化处理并从内表面（16）上去除超过湿膜厚度（Twf）的涂布液（18）。
【专利说明】用于将涂层涂覆于管的内部的方法和装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明一般涉及涂层的涂覆，并更具体地涉及在管的内表面上涂覆涂层。
【背景技术】
[0002]具有内涂层的管广泛应用于工业和商业应用。涂层具有各种各样的用途，例如，在可能损坏管的结构完整性的高温、高压或化学腐蚀的条件下，使用涂层来给管的材料提供防腐蚀保护。涂层还可以提高经受严苛条件的管的耐磨性，从而延长此类管的工作寿命。
[0003]在核应用中，具有石墨基内涂层的燃料管护套可以提高燃料性能。在CANDU ?
(CANada Deuterium Uranium)反应堆中，铀颗粒燃料装载在已预先涂有石墨的Zircaloy?护套管中。通过用石墨悬浮液(即，浆液，其随后干燥形成石墨涂层)预先涂覆护套来产生石墨涂层O
[0004]已经描述了制备具有内涂层的管的各种方法。一种通常使用的方法是喷涂法，其中，喷涂装置沿管的内部前进，并通过喷涂将涂层材料喷射在管的内表面上。也能够通过以下方式来涂覆管:将涂层材料涂覆在管的内部，将管定位在水平位置，然后滚动管以在管的内表面上产生相对均匀的涂层。可以用例如溶液、悬浮液/浆液和乳液来涂覆涂层。许多涂层需要在涂覆之后进行干燥，所述干燥可在环境条件下完成，或通过将湿涂层暴露在气流、真空、高温或它们的组合下完成。一些涂层还需要涉及后续的高温固化，以实现所需的涂层特性或确保涂层材料附着在管上的牢固性。
[0005]已知适合穿过安装管线内部的清管器或塞子可用于重修石油管道、天然气管道和其它流体管道的内部表面。已知有不同类型的清管器，从简单的子弹形清管器到更复杂的设计，包括前进时转动穿过管的螺旋形构造的装置(us 4，425，385)、具有间隔圆环的清管器(US 4，069，535)、具有刷子的清管器(US 5，326，400)。在使用时，将流体倒入细长管的开口端，清管器插入该管的同一端并推动清管器穿过该管。可以使用引入到清管器后缘的诸如液压流体或压缩气体等加压流体推动某些清管器，以将清管器推动穿过管并且使清管器密封地接合管的内表面。清管器还可应用于管线行业来除垢并清理工作管线的内表面，以减少热量或流体的损失并提闻管的完整性和寿命。
[0006]一种被称为“流涂(flood coating)”的管涂布法包括用涂布液灌装管，之后通过重力允许涂布液从管中排出。此方法使用低粘度涂布液来提供厚度小于大约10微米的薄涂层。在流涂方法中，需要低粘度的涂布液来提供均匀的涂层表面。通过这种方法形成的涂层通常具有涂层厚度从管的顶部向底部增加的梯度。为增加使用流涂方法的涂层的整体厚度，在涂层干燥之后，可以再应用一次流涂法。然而，在几次涂布之后，涂层到达厚度不能进一步增加的最大厚度。这是因为涂布液开始溶解先前沉积的涂层。此外，多次涂覆涂层以实现所需的最终涂层厚度是费时、费力的，因而成本很高。
[0007]因此，需要对涂层在管的内表面上的涂覆进行改进。
【发明内容】
[0008]在各个方面中，例如，本发明描述了用于将涂层涂覆在管的内部的方法、装置和套件。
[0009]因此，在一方面中，本发明描述了一种用于将所需最终厚度的涂层涂覆在管的内表面的至少一部分上的方法。所述方法可包括:将涂布液(涂料液)的层涂覆在所述管的内表面的所述至少一部分上，所述涂布液具有选定的粘度，使得所涂覆的涂布液层的厚度具有基本上等于或超过与所述涂层的所述所需最终厚度相关的预定湿膜厚度；以及使平滑构件(整平构件)以相对于所述管的内表面的涂布液涂覆部分间隔的关系并以相距该涂布液涂覆部分最小距离的方式穿过所述管，所述最小距离基本上对应于所述湿膜厚度，所述平滑构件构造成对所述涂布液进行平滑化处理并从所述管的内表面的涂布液涂覆部分上去除超过所述湿膜厚度的涂布液。
[0010]在另一方面中，本发明描述了 一种用于将所需最终厚度的涂层涂覆在核燃料护套的内表面上的方法。所述方法可包括:将涂布液的层涂覆在所述护套的内表面上，所述涂布液具有选定的粘度，使得所涂覆的涂布液层的厚度基本上等于或超过与所述涂层的所需最终厚度相关的预定湿膜厚度；以及使平滑构件在与所述护套的内表面之间基本上保持最小间隔距离的同时穿过所述护套的内腔，所述最小间隔距离基本上对应于所述湿膜厚度，所述平滑构件构造成对所述涂布液进行平滑化处理并从所述护套的内表面上去除超过所述湿膜厚度的涂布液。
[0011]例如，在各种实施例中，在所述平滑构件穿过之前，可将管和/或护套或者管和/或护套的至少一部分支撑成处于基本上直立(例如，基本上竖直)的方向。因此，使所述平滑构件穿过管/护套的内腔可包括允许所述平滑构件在重力的作用下自由下落。
[0012]在另一方面中，本发明描述了一种用于将涂层涂覆在管的内表面的至少一部分上的方法。所述方法包括:将涂布液的层涂覆在所述管的内表面的所述至少一部分上，涂层的厚度基本上等于或超过所需湿膜厚度；以及使平滑构件以相对于所述管的内表面的涂布液涂覆部分间隔的关系并以相距该涂布液涂覆部分最小距离的方式穿过所述管，所述最小距离基本上对应于所述涂布液层的湿膜厚度，所述平滑构件构造成对所述涂布液进行平滑化处理并从所述管的内表面的涂布液涂覆部分上去除超过所述湿膜厚度的涂布液。
[0013]在又一方面中，本发明描述了一种用于将所需最终厚度的涂层涂覆在具有预定横截面尺寸的管的内表面上的套件。所述套件包括:涂布液，其用于涂覆在所述管的内表面上，所述涂布液适于产生厚度基本上等于或超过与所述涂层的所需最终厚度相关的预定湿膜厚度的涂布液层；以及平滑构件，其构造成在使所述平滑构件与所述管的内表面之间基本上保持最小间隔距离的同时穿过所述管，所述最小间隔距离基本上对应于所述涂布液的湿膜厚度。
[0014]从下文详细的描述和附图中可以清楚本申请主题的这些方面和其它方面的更多细节。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]现在参考附图，其中:
[0016]图1示出了具有适合于涂覆的内表面的管的等轴测图；
[0017]图2示出了沿图1的线2-2截取的图1的管的局部放大横向截面，其中管具有涂覆在其内表面上的涂层；
[0018]图3A示出了沿图1的线3-3截取的图1的管的纵向截面，其中管已充满涂布液；
[0019]图3B示出了沿图1的线3-3截取的图1的管的纵向截面，其中一部分涂布液已从管中排出；
[0020]图3C示出了在涂布液的平滑化处理期间沿图1的线3-3截取的图1的管的纵向截面；
[0021]图4A是示出了根据一个实施例的用于对管的内表面涂覆的方法的流程图；
[0022]图4B是示出了根据另一个实施例的用于对管的内表面涂覆的方法的流程图；
[0023]图5示出了为分割涂布后的管以测量涂层厚度而选取的位置；以及
[0024]图6示出了在涂布后的管上进行划痕试验的结果。
【具体实施方式】
[0025]通过参考附图来描述各个实施例的各个方面。
[0026]图1示出了适合于与本文所述的方法和装置结合使用的管10。管10可以是适合于在诸如工业、商业、化学和/或核应用等各种应用中使用的任何类型的管。管10可包括内腔12，内腔12可具有大致圆形的横截面。可选地，显而易见的是，具有诸如正方形、矩形、三角形、椭圆形、非圆形和/或其它轮廓等其它横截面轮廓的内腔的管也适合于与本文所述的方法和装置一起使用。
[0027]管10例如可包括核燃料护套，该核燃料护套适合收纳通常在诸如CANDU ?(CANada Deuterium Uranium)反应堆等核应用中使用的铀颗粒燃料。因此,管10可由通常在此类应用中使用的任何材料制成，例如，Zircaloy?。根据管10的应用和可能经受条件，管10的内部可能会需要包含改进特性并因此提高管10的性能的一种或多种涂层。在核燃料护套的情况下，管10的内部可能需要包括涂层。该涂层例如可包括诸如石墨基涂层等陶瓷涂层。
[0028]图2示出了沿图1的线2-2截取的管10的局部放大横向截面，其中管10具有涂覆在其内表面16上的示例性涂层14。涂层14可涂覆管10的基本整个内表面16或可选地涂覆内表面16的至少一部分。涂层14可具有如图2所示的所需最终厚度Tf。最终厚度Tf可对应于涂层14在固化和/或干燥之后的所需厚度。最终厚度Tf可对应于涂层14要求的最小所需厚度。在核应用中，具有石墨基内涂层的燃料护套能够提高核燃料的性能。根据本发明，可以通过用石墨浆液预先涂覆管10 (例如，护套)来实现石墨涂层，其中石墨浆液可以涂覆在管10的内表面16上，随后干燥以产生所需最终厚度Tf的石墨涂层。
[0029]图3A至图3C均示出了管10的放大纵向截面并示意性地示出了用于将所需最终厚度Tf的涂层14涂覆在管10的内表面16的至少一部分上的方法。图3A示出了这样的管10:已基本上充满涂布液18，使得涂布液18可涂覆在管10的内表面16上。可通过附图标记17示意性示出的合适支架支撑管10。支架17例如可包括滴定管架、试管架和/或其它适合的结构。在管10灌装涂布液18期间，可使用合适的塞子19对管10的一端进行基本密封。图3B示出了这样的管10:允许一些涂布液18从管10排出，而涂布液18的层20保留在管10中。在平滑构件22通过之前，涂布液18的层20可具有变化的厚度，该厚度基本上等于或超过基于涂层14的所需最终厚度Tf而选取的预定湿膜厚度Twf。图3C示出了平滑构件22正在通过管10的内腔12。平滑构件22的整体(即，最大)外部尺寸OD小于内腔12的相应整体(即，最大)尺寸，以便在平滑构件22通过期间在平滑构件22与管10的内表面16之间留有间隙。在平滑构件22与管10的内表面16之间的间隙可基本上等于湿膜厚度Twf。平滑构件22可具有在其穿过管10期间提供自动定心作用的形状。例如，平滑构件22可大致为“子弹形”。例如，平滑构件22的前端26可具有截头圆锥表面24。因此，平滑构件22的自动定心特性可允许平滑构件22基本上沿管10的中心轴线28(例如，与管10的中心轴线28同轴地)穿过管10。
[0030]图4A和图4B示出了可用于将涂层14涂覆在管10的内表面16上的方法40、400的流程图。下文还将参考图3A至图3C描述用于涂覆涂层14的各种方法40、400。
[0031]参考图4A，方法40例如可包括:将涂布液18涂覆在管10的内表面16上；以及对涂布液18进行平滑化处理(平整)并除去超过湿膜厚度Twf的涂布液18。具体而言，可涂覆涂布液18，使得涂布液18的层20至少涂覆在管10的内表面16的涂布液涂覆部分上。涂布液18可以具有选定的粘度(预定粘度)，使得涂布液18的层20的厚度基本上等于或超过与涂层14的所需最终厚度Tf有关的湿膜厚度Twf (参见图3B)。可通过使平滑构件22以相对于管10的内表面16的涂布液涂覆部分间隔的关系并以相距该涂布液涂覆部分最小距离(例如，Twf)的方式穿过管10来完成涂布液18的平滑化处理。在平滑构件22与管10的内表面16之间的最小距离可基本上对应于湿膜厚度Twf。平滑构件22可构造成对涂布液18进行平滑化处理并从管10的内表面16的涂布液涂覆部分上去除超过湿膜厚度Twf的涂布液18。
[0032]参考图4B，方法400例如可包括:
[0033]确定在管10的内表面16上产生具有所需最终厚度Tf的涂层14需要的涂布液18的湿膜厚度Twf ；
[0034]用具有特性(例如，粘度)的涂布液18灌装管10 (参见图3A)，以在管10的内表面16上至少形成预定的湿膜厚度Twf ；
[0035]将管10支撑成基本上直立并允许一部分涂布液18从管10中排出(参见图3B)；
[0036]使平滑构件22以相距内表面16最小间隔距离的方式穿过管10，以对涂布液18进行平滑化处理并除去超过湿膜厚度Twf的涂布液18 (参见图3C);以及
[0037]使涂布液18固化/干燥，以产生具有所需最终厚度Tf的涂层14。
[0038]方法40、400可包括支撑和/或定向管10，使得在平滑构件22穿过之前，管10的内表面16的至少正在被涂覆的部分处于基本上直立的方向。例如，管10可定向成管的中心轴线28基本上竖直。完成上述定向，使得平滑构件22可以在重力的作用下穿过(即，下降)管10的内表面16的涂布液涂覆部分。例如，可允许平滑构件22只在重力的作用下自由下落穿过管10。可选地，在通过期间，可推动(例如，推和/或拉)平滑构件22以使其穿过管10。管10的直立定向还能在管10的整个内表面16上基本均匀地涂覆涂层14。在一些应用中，理想的是，在高温条件(例如，高于室温)下涂覆涂布液18，使得涂布液18可以在管10上更迅速地干燥/固化。
[0039]在当管10被支撑成处于基本直立的方向时用涂布液18灌装期间，可以塞住管10的一端(即，下端)，然后把涂布液18倒入管10中并使涂布液18距离管10的顶部约0.5cm(参见图3A)。可选地，例如，可使用基本密封管10底部的适当涂布液分配装置(例如，注射器)将涂布液18注入管10的底部并使管10充满涂布液18。在灌装之后，可取下塞子19，以便允许管10排出多余的涂布液18 (参见图3B)。可从管10的顶端将平滑构件22引入管10的内腔12，并允许平滑构件22在重力作用下下降(即，向下自由下落)穿过管10和/或在其它推动装置的作用下穿过管10并从管10的底部取出(参见图3C)。当由于适当选择粘度而使涂布液18粘附在管10的内表面16上时，涂布液18的层20可与平滑构件22相互作用以在平滑构件22穿过管10期间使平滑构件22自动定心。平滑构件22的穿过可提供相对均匀的涂布液18的厚度，并因此在管10的内表面16上提供相对均匀的涂层14的最终厚度Tf。可允许涂布液18在管10的内表面16上变干，以形成具有最终厚度Tf的涂层14。管10还可在空气或真空烤箱中烘干或暴露在气流或真空中，以分离出多余的溶剂或添加剂和/或使涂层材料固化。
[0040]涂布液18例如可以是溶液、乳浊液、胶体、浆液或它们的组合。因此，涂布液18可以包括浆液(即，悬浊液)，该浆液包括溶剂或能够在标准温度和压力条件下干燥而蒸发掉的溶剂与涂层材料的混合物。例如，涂布液18可包含掺有涂层材料的有机溶剂或水，涂层材料可包括将要涂覆在管10的内表面16上的陶瓷级粉末、树脂、聚合物和/或颗粒物。溶剂有助于在涂布液18中保持浆液形式的涂层材料，并且还可与相关材料化学相容，使得溶剂不会与管10和/或涂层材料发生反应。可使用一种或多种水溶剂，以及有机溶剂和/或它们的组合。例如，一些有机溶剂适合于在一些应用中使用，并且可包括例如具有一个或多个羟基基团的C1-C6烃，例如，异丙醇或乙醇。
[0041]溶剂可以单独使用，或与一种或多种其它的溶剂和/或添加剂一起混合使用，以实现所需的浆液粘度和/或诸如浓度和表面张力等其它所需特性。例如，可通过调节涂布液18 (例如，浆液)的固体浓度来调节涂布液18的粘度和/或其它特性。由于涂布液18的湿膜厚度Twf与涂层14的最终厚度Tf (例如，在固化/干燥之后)相关，因此，可基于产生涂层14的最终厚度Tf需要的所需湿膜厚度Twf来选择涂布液18的粘度和/或其它特性。因此，通过适当地选择涂布液18的特性和平滑构件22，涂布液18能够在一次涂覆中实现涂层14的所需最终厚度。
[0042]根据具体应用和涂层14所需的物理/化学/机械特性，涂布液18还可包括具有陶瓷级粉末、树脂、聚合物、石墨、金属氧化物、碳化物、颗粒物或它们的组合的涂层材料。涂布液18中的涂层材料可具有细颗粒尺寸和窄尺寸分布，以在管10的内表面16上提供具有基本均匀厚度的涂层14。可选地，涂布液18还可包括一种或多种表面活性剂、乳化剂、盐、粘合剂和增稠剂。例如，在一些应用中，合适的涂布液18可包括购自Henkel公司的市售DAG ? 154悬池液,该悬池液已被加热蒸发掉一些异丙醇溶剂，以使悬池液总质量减少约20%至30%或市售悬浊液的约25%至26%。
[0043]根据需要，可通过改变/调节涂布液18的溶剂量、溶剂比率、涂层材料或其它成分来调节涂布液18的粘度。例如，当涂布液18中的固体材料的百分比增加(例如，固体体积浓度或固体重量百分比增加)时，也可增加涂布液18的粘度。还可通过减少涂布液18中的溶剂的量来实现涂布液18的粘度的增加。例如，在加热和/或真空条件下可蒸发掉一些溶齐U。可选的，可通过向涂布液18添加溶剂来降低粘度。
[0044]可调整涂布液18的粘度，使得在平滑构件22已穿过管10之后涂布液18基本上不会发生流动。换言之，可选择/调节涂布液18的粘度，使得所需的预定湿膜厚度Twf可以保持在管10的内表面16上。对于本领域技术人员显而易见的是，涂布液18实现并基本上保持所需湿膜厚度Twf需要的粘度取决于诸如内表面16的方向(即，重力的作用)、涂布液18的浓度和表面张力以及内表面16的湿润度等因素。
[0045]因此，可根据具体工艺参数和根据涂层14的所需特性来选择/调节涂布液18的粘度和其它可能的特性。
[0046]通过使用适当粘度的涂布液18，即使在涂覆涂布液18和/或平滑构件22穿过期间管10相对于水平方向倾斜或定向成处于基本直立(B卩，竖直)的方向，管10的整个内表面16 (例如，基本上沿整个长度)也能获得相对均匀的涂层厚度(例如，湿膜厚度Twf)。可通过调节涂布液18的初始粘度来实现涂层14的所需最终厚度Tf。如上所述，湿膜厚度Twf与涂层14的最终厚度Tf相关。例如，根据涂布液18的特性和内含物，涂布液18在平滑构件22穿过之后且在固化/干燥之前的湿膜厚度Twf可能是涂层14的所需最终(即，干燥/固化后)厚度Tf的大约十倍。因此，根据工艺参数并在一定限度内，可选择/调节涂布液18的粘度，使得在一次涂覆中实现的湿膜厚度Twf可以产生具有所需最终厚度的涂层14。可选地，如果在一次涂覆中不能实现涂层14的所需最终厚度，那么可重复方法40、400的步骤/部分来进行多次的涂覆。
[0047]平滑构件22的整体尺寸(例如，最大直径)可小于管10的内腔12的相应整体尺寸(例如，最大直径)。具体而言，对于圆形管而言，平滑构件22可具有最大外径OD小于管10内腔12的内径的圆形横截面。可选择平滑构件22的外径0D，使得可在平滑构件22与管10的内表面16之间留有基本上等于预定湿膜厚度Twf的间隙。平滑构件22可具有大致为“子弹形”的形状并包括大致呈尖状的前端26、相对方形的后端和适合于管10内腔12的横截面轮廓的横截面。管10的后端可具有相对尖的角部，例如，基本上不圆的角部。
[0048]平滑构件22可具有大致呈圆柱形的形状并带有纹理，或在其表面上具有直条纹或螺旋状条纹。在诸如具有石墨内涂层的核燃料护套等一些应用中，适合使用外径OD比管10的内径小约0.6+/-0.005mm的平滑构件22来涂覆具有适合最终厚度Tf的石墨涂层。在其它应用中，可通过适当地选择实现所需湿膜厚度Twf的涂布液18的特性(例如，粘度)并且还可通过适当地选择平滑构件22的相应整体尺寸来实现涂层14的所需最终厚度Tf。
[0049]平滑构件22可由任何合适的固体耐用材料制成，例如但不限于金属、塑料、陶瓷或这些材料的组合。平滑构件22可由金属制成，例如，不锈钢或铅。如上所述，平滑构件22可以只在重力的作用下、在其它推动装置或其组合的作用下穿过管10。此外，可基于涂布液18的粘度和管10的直径选择平滑构件22的长度和/或重量，以便当允许平滑构件22在重力的作用下自由下落时达到平滑构件22可以穿过管10的所需速度。
[0050]可以一起提供一个或多个平滑构件22连同一种或多种涂布液18，作为用于将涂层14涂覆在具有预定横截面尺寸的管10的内表面16上的套件。例如，这样套件可包括:涂布液18和平滑构件22，涂布液18用于涂覆在管10的内表面16上，平滑构件22构造成在与管10的内表面16之间基本上保持最小间隔距离的同时穿过管10。涂布液18适合于产生厚度基本上等于或超过预定湿膜厚度Twf的涂布液18的层20。平滑构件22与管10的内表面16之间所保持的距离可基本上对应于涂布液18的预定湿膜厚度Twf。预定湿膜厚度Twf可以与涂层14的所需最终厚度Tf相关。
[0051]管10可由适合于特定应用的任何材料制成，包括但不限于塑料、陶瓷、金属和金属合金。涂布液18与管10是可以相容的，使得涂布液18的溶剂不会与管的材料发生反应、溶解管的材料或以其它方式损坏管的材料。管的材料与涂层材料也是可以相容的，使得涂层材料在干燥/固化后能够粘附在管10的内表面16上。管10还可具有在工业中使用的任何直径。管10可具有非圆形的横截面，平滑构件22可具有适合于在管10的内表面16的整个所需部分上实现涂层14的均匀或其它所需的最终厚度Tf的相应横截面。例如，平滑构件22可构造成在管10的内腔12的横截面周围产生涂层14的不均匀最终厚度。
[0052]使用方法40、400制造的管可具有比使用其它方法获得的管更厚的内涂层14。例如，与其它方法相比，使用方法40、400能够在更少的涂覆中产生具有更大最终厚度Tf的涂层。
[0053]根据具体的工艺条件可能需要或要求一些额外的步骤。例如，可能需要预清洁管10的内表面16以使内表面16平滑和/或从内表面16上去除任何污染物，和/或以其它方式制备内表面16以允许涂层14的适当粘附。还可能需要在高温和/或高压下使管10固化，以加快涂布液18的干燥/固化。
[0054]还可能需要或要求进行涂布液18的多次涂覆，以实现具有所需最终厚度Tf和特性的涂层14。例如，可能需要在后续涂覆中使用不同成分的涂布液18。在进行后续涂覆时，可以从先前涂覆所采用的方向改变(例如，翻转)管10的方向。在进行后续涂覆时，考虑到要涂层14厚度的增加，可能需要更小的平滑构件22。
[0055]仅出于说明的目的提供下面的实例，以进一步描述本文所述的方法和装置的特征。应指出的是，下面的实例不是用来以任何方式限制本发明的范围。
[0056]实例1-涂覆方法及分析
[0057]首先用异丙醇清洗Zircaloy?管的内部。在清洗期间，将异丙醇倒入管中直到管被装满了一半，然后将管的端部封住并摇晃管。然后从管中排出异丙醇，并使用风扇让管在干燥架上干燥至少十分钟以蒸发掉异丙醇。
[0058]为了涂覆涂层，使管在滴定管架中或试管架上保持直立(B卩，基本上竖直)的位置。通过在搅拌的同时以低于异丙醇溶剂的沸点(82.5°C)的温度加热市售石墨悬浊液(DAG-154N,Henkel公司)来浓缩该悬浊液。使悬浊液蒸发直到因溶剂的损失而达到所需的质量减少。对于Zircaloy?管道上的DAG-154N涂层而言，所需的质量减少约为20%至30%，优选地约为25%至26%。如果被加热的悬浮液的质量减少超过所需的质量减少，那么可以加入额外的溶剂以调节悬浊液的浓度。
[0059]在仍处于高温时，使用密封住管的底部的注射器将浓缩的悬浊液注入管的底部，并且用悬浊液将管灌装到距离管的顶部几毫米。然后从管的底部排出悬浊液，从而在管的内表面上留下相对较厚的液体悬浊液涂层。将子弹形的不锈钢平滑构件引入管的顶部并允许平滑构件在重力的作用下下落通过管，从而在管的内侧留下湿悬浊液层。通过向管内吹送空气至少一小时来对残留在管的内部的悬浮液层进行空气干燥。然后在350°C的温度下真空烘烤干燥的管，以从石墨涂层中除去多余的含氢材料。含氢材料对核燃料的性能是有害的，因此，这种要求仅针对核燃料护套的涂层，而不特定地针对用于其它应用的涂覆工艺。Cameco Fuel Manufacturing (CANDU动力反应堆燃料的工业制造商)进行氢分析。对于CANDU燃料而言，所有样品的氢浓度都低于最大限值。
[0060]使用实例I的方法实现的干燥涂层(即，最终厚度Tf)可以超过10微米，并且如果需要的话，可以在10微米至30微米之间或更厚。
[0061]使用显微分析的厚度测量
[0062]在真空烘烤后，使用低速金刚石砂轮锯在预定位置处轴向切断管以产生环状样品。将该环状样品安装在环氧树脂中并在低速金刚石砂轮锯上径向切开，从而形成两个半圆形的样本。对两个半圆形样本中的一个样本的切割表面进行抛光处理，以产生用于显微分析的样品。在数字图像分析的辅助下，使用金相显微镜测量石墨涂层的厚度。
[0063]从管的三个轴向位置截取环状样品，并且在这三个位置中的每一位置处进行六次石墨涂层厚度测量，从而每根管总共进行18次测量。在图5中示出了对每个环状样品进行测量的位置。在下面的表1中示出了从环状部分获得的一组示例性的结果。
[0064]表1-金相检验厚度测量值(μ m)
[0065]
【权利要求】
1.一种用于将所需最终厚度的涂层涂覆在管的内表面的至少一部分上的方法，所述方法包括: 将涂布液的层涂覆在所述管的内表面的所述至少一部分上，所述涂布液具有选定的粘度，使得所涂覆的涂布液层的厚度基本上等于或超过与所述涂层的所需最终厚度相关的预定湿膜厚度；以及 使平滑构件以相对于所述管的内表面的涂布液涂覆部分间隔的关系并以相距该涂布液涂覆部分最小距离的方式穿过所述管，所述最小距离基本上对应于所述湿膜厚度，所述平滑构件构造成对所述涂布液进行平滑化处理并从所述管的内表面的所述部分上去除超过所述湿膜厚度的涂布液。
2.根据权利要求1所述的方法，包括:在所述平滑构件穿过所述管之前，支撑所述管以使得所述管的内表面的所述涂布液涂覆部分处于基本上直立的方向。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述涂布液具有选定的粘度，使得在所述管的内表面的所述涂布液涂覆部分处于基本上直立的方向时，所涂覆的涂布液层的厚度基本上等于或超过所述预定湿膜厚度。
4.根据权利要求2所述的方法，包括允许所述平滑构件在重力的作用下穿过所述管的内表面的所述涂布液涂覆部分。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述涂布液包括浆液。
6.根据权利要求5所述的方法，包括基于与所述涂层的所需最终厚度相关的所述预定湿膜厚度选择所述浆液的固体浓度。
7.根据权利要求1所述的方法，包括基于与所述涂层的所需最终厚度相关的所述预定湿膜厚度选择具有整体外部尺寸的平滑构件。
8.根据权利要求1所述的方法，包括使所述平滑构件以与所述管的中心轴线基本上同轴的方式穿过所述管。
9.根据权利要求1所述的方法，包括用涂布液灌装所述管并在所述平滑构件穿过所述管之前允许所述涂布液的一部分从所述管排出。
10.一种用于将所需最终厚度的涂层涂覆在核燃料护套的内表面上的方法，所述方法包括: 将涂布液的层涂覆在所述护套的内表面上，所述涂布液具有选定的粘度，使得所涂覆的涂布液层的厚度基本上等于或超过与所述涂层的所需最终厚度相关的预定湿膜厚度；以及 使平滑构件在与所述护套的内表面之间基本上保持最小间隔距离的同时穿过所述护套的内腔，所述最小间隔距离基本上对应于所述湿膜厚度，所述平滑构件构造成对所述涂布液进行平滑化处理并从所述护套的内表面上去除超过所述湿膜厚度的涂布液。
11.根据权利要求10所述的方法，包括:在所述平滑构件穿过所述管之前，将所述护套支撑成处于基本上直立的方向。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述涂布液具有选定的粘度，使得在所述护套处于基本上直立的方向时，所涂覆的涂布液层的厚度基本上等于或超过所述预定湿膜厚度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，涂覆所述涂布液的层包括用涂布液灌装所述护套，然后允许所述涂布液的一部分从所述护套排出。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，使平滑构件穿过所述护套的内腔包括允许所述平滑构件在重力的作用下自由下落。
15.根据权利要求14所述的方法，包括:在所述平滑构件穿过所述护套的内腔期间，使所述平滑构件保持与所述护套的中心轴线基本上同轴。
16.根据权利要求10所述的方法，包括:在所述平滑构件穿过所述护套的内腔期间，使所述平滑构件在所述护套内部保持基本上居中。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述涂布液包括石墨和溶剂。
18.根据权利要求10所述的方法，包括基于与所述涂层的所需最终厚度相关的所述预定湿膜厚度调节所述涂布液的粘度以获得湿膜厚度。
19.根据权利要求10所述的方法，包括通过将所述护套暴露在高温和/或高压条件下来固化所述涂布液层。
20.一种用于将涂层涂覆在管的内表面的至少一部分上的方法，所述方法包括: 将涂布液的层涂覆在所述管的内表面的所述至少一部分上，涂层的厚度基本上等于或超过所需湿膜厚度；以及 使平滑构件以相对于所述管的内表面的涂布液涂覆部分间隔的关系并以相距该涂布液涂覆部分最小距离的方式穿过所述管，所述最小距离基本上对应于所述涂布液层的湿膜厚度，所述平滑构件构造成对所述涂布液进行平滑化处理并从所述管的内表面的所述部分上去除超过所述湿膜厚度的涂布液。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述涂布液具有选定的粘度，使得所述所需湿膜厚度与所述涂层的所需最终厚度相`关。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述所需湿膜厚度与所述涂层的所需最终厚度相关。
23.根据权利要求20所述的方法，包括:在所述平滑构件穿过所述管之前，将所述管的内表面的所述部分定向成处于基本上直立的方向。
24.根据权利要求23所述的方法，包括允许所述平滑构件在重力的作用下穿过所述管的内表面的所述涂布液涂覆部分。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，所述涂布液具有选定的粘度，使得在所述管的内表面的所述涂布液涂覆部分处于基本上直立的方向时，所涂覆的涂布液层的厚度基本上等于或超过所述所需湿膜厚度。
26.根据权利要求20所述的方法，其中，所述涂布液包括浆液。
27.根据权利要求26所述的方法，包括基于与所述涂层的所需最终厚度相关的所述所需湿膜厚度选择所述浆液的固体浓度。
28.根据权利要求20所述的方法，包括基于与所述涂层的所需最终厚度相关的预定湿膜厚度选择具有整体外部尺寸的平滑构件。
29.根据权利要求20所述的方法，包括使所述平滑构件以与所述管的中心轴线基本上同轴的方式穿过所述管。
30.一种用于将涂层涂覆在具有预定横截面尺寸的管的内表面上的套件，所述套件包括:涂布液，其用于涂覆在所述管的内表面上，所述涂布液适于产生厚度基本上等于或超过预定湿膜厚度的涂布液层；以及 平滑构件，其构造成在使所述平滑构件与所述管的内表面之间基本上保持最小间隔距离的同时穿过所述管，所述最小间隔距离基本上对应于所述涂布液的湿膜厚度。
31.根据权利要求30所述的套件，其中，所述平滑构件是自动定心的。
32.根据权利要求30所述的套件，其中，所述涂布液包括石墨和溶剂。
33.根据权利要求30所述的套件，其中，所述涂布液具有选定的粘度，使得在所述内表面处于基本上直立的方向时，所涂覆的涂布液层的厚度基本上等于或超过所述预定湿膜厚度。
34.根据权利要求30所述的套件， 其中，所述预定湿膜厚度与所述涂层的所需最终厚度相关。
【文档编号】B05D1/02GK103619491SQ201280018763
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年3月7日 优先权日:2011年3月7日
【发明者】霍利-布鲁斯·汉密尔顿, 安德鲁·伯杰龙, 布莱恩·克拉蒂沃西, 蒂姆·斯托达德 申请人:加拿大原子能有限公司