在筒形部件内壁上形成涂层的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在筒形部件内壁上形成涂层的装置和方法，特别是，涉及一种在用于核反应堆的管道或者包壳管的内壁上形成涂层的装置和方法。
【背景技术】
[0002]在核电站的反应堆中，包壳管是确保核安全的重要构件之一，它能够防止放射性泄漏，并且在整个核电站中要求具备很高的可靠性。为提高核电站的经济性和减少核废物，核电站的燃料消耗不断提高，燃料循环周期不断延长，从而对包壳管可靠性，例如腐蚀性能、吸氢性能、蠕变性能和抗中子辐照性能等，也提出了越来越高的要求。尤其是，随着反应堆的输出功率提升，燃料芯块的温度升高，从而造成燃料芯块膨胀，并且燃料芯块与包壳相互作用(PCI, Pellet-Cladding interact1n)产生应变,包壳管由于应力腐蚀而开裂(SCC, Stress Corros1n Cracking),导致包壳管的内壁与燃料棒的裂变产物(I,Cs)接触，进而会产生鹏引起的应力腐蚀开裂(ISCC, 1dine Indueed Stress Corros1n Cracking)问题。就申请人所知，采用表面改性技术，即通过在包壳内表面沉积涂层或阻挡层可以提高抗ISCC的能力。
[0003]除了包壳材料之外，反应堆中的主管道、蒸汽发生器管等，以及第四代钍基熔盐堆(TMSR, Thorium Molten Salt Reactor)中的热交换器管等都面临腐蚀等问题,TMSR的热交换器管使用的是镍基合金，需要具有耐熔盐腐蚀和耐辐照损伤的性能。一种解决手段是，在镍基合金制成的管道材料的内壁上沉积一层更加耐熔盐腐蚀和抗辐照性能的防护层。
[0004]采用电沉积技术能够比较有效和容易实现涂层的制备，电沉积技术已经被广泛应用到电子、航空和能源等多个领域。电沉积技术包括采用电化学方法在外加电场作用下的实现得失电子的氧化还原过程，这种得失电子的氧化还原过程避免了过多的中间过程可能引入的杂质，如氧、氮、碳等。所制备的涂层具备特殊的生长方式，涂层的形成是金属晶体的形核和长大的过程。因此在不同基体材料上获得的涂层与基体的结合强度高，涂层的纯度、孔隙率和密度等都能够得到保障。
[0005]但是，实施传统的电沉积工艺需要提供电镀槽、阴极和阳极等装置中，被镀件的尺寸受到电镀槽的严格限制，过大过长的被镀件需要放在相应更大尺寸的电镀槽中才能够进行沉积，这就给场地、成本和操作带来了非常高的要求。此外，对于具有复杂形状的被镀件表面，如管状材料内壁的涂层沉积，会因为电流和离子源的分布不均匀性等问题很难实现。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术中的上述或者其它方面的缺陷，本发明提出一种在筒形部件内壁上形成涂层的装置和方法，利用筒形部件的本身作为容纳电镀液的容器，不需要专门的电镀槽。
[0007]根据本发明的一个方面的实施例，提供一种在筒形部件内壁上形成涂层的电镀装置，所述筒形部件具有导电性并包括环形的主体部、以及位于所述主体部的相对两端的开口，所述电镀装置包括:两个绝缘封盖，分别安装在所述筒形部件的两个开口上，以与所述主体部一起形成用于容纳电镀液的封闭的容器，在两个所述绝缘封盖上分别设有用于向所述容器输送电锻液的入口和用于从所述容器排出电锻液的出口 ；电极棒，所述电极棒的两端分别能够旋转地安装在所述绝缘封盖上，使得所述电极棒与所述筒形部件形成电极对；电源，所述电源的两个电极分别电连接至所述电极棒和所述筒形部件；以及电镀液循环系统，通过所述入口和出口与所述容器连通，以驱动所述电镀液循环流动。
[0008]在上述电镀装置中，每个所述绝缘封盖包括:基部；以及从所述基部的周边突出并贴合在一个所述开口的外壁上的凸缘。
[0009]在上述电镀装置中，所述凸缘的内侧设有与所述开口的外壁接触的至少一个第一密封环。
[0010]上述电镀装置还包括至少一个紧固装置，每个紧固装置包括:拉杆，所述拉杆在所述主体部的外侧穿过两个所述绝缘封盖；以及两个螺栓，分别螺旋连接到所述拉杆的两端，以将所述绝缘封盖压紧在所述开口上。
[0011]在上述电镀装置中，所述电镀液循环系统包括:多个管路；储液槽，用于存储电镀液；以及驱动泵，安装在所述管路中，以驱动所述电镀液在所述储液槽、管路和容器内循环流动。
[0012]在上述电镀装置中，所述电极棒的第一端安装在一个所述绝缘封盖的内侧的大致中心位置，另一端穿过另一个所述绝缘封盖并延伸到所述另一个绝缘封盖的外部。
[0013]上述电镀装置还包括驱动电机，与所述电极棒的延伸到所述另一个绝缘封盖的外部的部分连接，以驱动所述电极棒旋转。
[0014]在上述电镀装置中，所述电极棒周期性地正反向往复旋转。
[0015]在上述电镀装置中，所述电极棒可相对于所述另一个绝缘封盖轴向滑动，并且在所述电极棒与所述另一个电极棒结合的部位设有至少一个第二密封环。
[0016]上述电镀装置还包括用于保持容器内的电镀液具有大致稳定的温度的恒温装置。
[0017]在上述电镀装置中，所述筒形部件为核反应堆中使用的包壳管、和/或反应堆中使用的主管道、蒸汽发生器管、以及钍基熔盐堆中的热交换器管。
[0018]根据本发明另一方面的实施例，提供一种在筒形部件内壁上形成涂层的电镀方法，所述筒形部件具有导电性并包括环形的主体部、以及位于所述主体部的相对两端的开口，所述电镀方法包括如下步骤:
[0019]将两个绝缘封盖分别安装在所述筒形部件的两个开口上，以与所述主体部一起形成封闭的容器；
[0020]将电极棒的两端分别安装在所述绝缘封盖上；
[0021]向所述容器内输送电镀液；以及
[0022]将所述电极棒和所述筒形部件分别作为阳极和阴极，以向所述电极棒和筒形部件施加电场。
[0023]在上述电镀方法中，在向所述电极棒和筒形部件施加电场的同时，在正反方向上往复旋转所述电极棒。
[0024]在上述电镀方法中，在向所述电极棒和筒形部件施加电场的同时，使所述电镀液循环流动。
[0025]根据本发明的上述各种实施例的在筒形部件内壁上形成涂层的电镀装置和方法，可以在具有较大的长度直径比的管道材料或包壳管材料内壁上采用电沉积技术获得防护涂层。电极棒用做阳极，并与具有导电性的筒形部件和电镀液形成导电回路的一部分，通过电沉积，在筒形部件的内壁上形成防护涂层。在电镀过程中，不需将作为被镀件的筒形部件放入电镀槽中。
【附图说明】
[0026]为了使本发明的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，其中:
[0027]图1是示出根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置的容器部分的原理剖视图，图中省略了电源；以及
[0028]图2是示出根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置的示意图。
【具体实施方式】
[0029]虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。
[0030]另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
[0031]图1是示出根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置的容器部分的原理剖视图，图中省略了电源；以及图2是示出根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置的示意图。
[0032]参见图1和2，根据本发明的一种示例性实施例，提供一种在筒形部件4的内壁上形成涂层的电镀装置，筒形部件4具有导电性，例如由锆合金、镍基合金制成，并包括环形的主体部、以及位于主体部的相对两端的开口。电镀装置包括两个绝缘封盖1电极棒5和电源12。两个绝缘封盖1分别安装在筒形部件4的两个开口上，以与主体部一起形成用于容纳电镀液的封闭的容器；电极棒5的两端分别安装在绝缘封盖1上，使得电极棒5与筒形部件4形成电极对，例如电极棒5用做阳极，筒形部件4用做阴极；电源12的两个电极分别电连接至电极棒5和筒形部件4。这样，电源12、电极棒5、电镀液、筒形部件4以及相关的导线13形成一个封闭的电路。在电源12的电场作用下，电镀液在筒形部件4的内壁表面上发生氧化还原反应，从而在筒形部件4的内壁表面上利用电沉积原理形成电镀层。该电镀层能够屏蔽核反应堆中产生的放射性粒子及辐照，从而防止放射性泄漏，提高整个核电站的安全性。
[0033]在一种示例性实施例中，每个绝缘封盖1包括:与筒形部件4的开口的形状相对应的基部、以及从基部的周边突出并贴合在一个开口的外壁上的凸缘。所述凸缘的内侧设有与开口的外壁接触的至少一个第一密封环6。例如，在绝缘封盖1的凸缘内侧设置环形沟槽，第一密封环6部分地安装在所述环形沟槽中。进一步地，根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置还包括至少一个紧固装置，每个紧固装置包括拉杆10和两个螺栓9。拉杆10在筒形部件4的主体部的外侧穿过两个绝缘封盖1，两个螺栓9分别螺旋连接到拉杆10的两端，通过拧紧螺栓9可以将绝缘封盖1压紧在开口上。采用本发明的上述实施例的绝缘封盖1和筒形部件4的连接方式，可以使绝缘封盖1密封且牢固地结合在筒形部件4上，不需要改变筒形部件4本身的结构，而且绝缘封盖1的任何部位都不会插入到筒形部件4的内部，从而确保筒形部件4的内壁的各个部位都可以被电镀。
[0034]在本发明的一种示例性实施例的电镀装置中，在两个绝缘封盖1上分别设有用于向由两个绝缘封盖和筒形部件4形成的容器内输送电镀液的入口 2和用于从所述容器排出电锻液的出口 7。进一步