专利名称：一种锆材预膜方法及其设备的制作方法
一种锆材预膜方法，涉及一种用于核反应堆锆材料加工过程的金属表面敷膜方法及其设备。
目前，锆及锆合金管材及异形管材的应用，主要是作为核反应堆燃料包壳管、压力管、分流管结构件，其板材也是重要结构件。这些部件在进入反应堆前，通常需要对部件表面进行预膜处理。对锆及其合金进行表面处理的方法，在检测锆合金样品耐腐蚀性能时，已有实际应用。检测锆合金样品耐腐蚀性方法，是利用锆材在高温高压下与水反应，在锆材表面氧化生成保护膜，通过分析试样氧化增重及表面的颜色评定锆材耐腐蚀能力。其试验的腐蚀过程是在不锈钢制成的高压釜内进行。使用测量精度为0.01mm千分尺测量其氧化增厚膜和精度为0.02mg的电动天平称量其增重。采用高纯水作腐蚀介质。腐蚀工艺参数为高纯水的pH值＝6～8，电阻率为0.5～1.0MΩ.cm，通常在400℃、10.3MPa、72小时，或在360℃、18.6MPa、336小时恒温，随炉冷却后出炉。对Zr-2，Zr-4合金的产品腐蚀合格标准为72小时，400℃、10.3MPa、高纯水腐蚀后，腐蚀增重Δm＜22mg/dm2，表面为黑亮色保护膜。目前，这种方法也已用于核反应堆的小型构件的表面预膜。该方法具有工艺简单，其制品表面预膜工艺稳定的特点。但这种方法必须采用制特的高压釜，设备要求高。而且由于现有的高压釜容积小，尺能用于小型构件的敷膜过程。满足不了大型构件的敷膜需求。
目前，随着新型核反应堆技术的发展，提出了对大型锆结构件的需求，相应的就不可避免地需要解决大型锆结构件的预膜问题。目前国内外尚无可适用于这种大型锆结构件的高压釜的报导。目前用于化工行业现有的反应罐，由于其对运行温度的要求低，一般锆材的预膜温度要在360℃以上，而高压釜承受的温度要在500℃以上，满足不了锆材敷膜的要求。要制造符合大型锆结构件预膜用的高温高压釜在技术上还存在大量复杂的问题尚等解决。
本发明的目的就是为了克服现有的锆材预膜方法中，存在的对设备要求高、不能满足的大型锆结构件敷膜要求的缺陷，提供一种工艺条件简单、过程易于实现的新型锆材预膜方法及用于本发明的一种锆材预膜设备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种锆材预膜方法，包括a.将锆结构件进行表面除油、酸洗、水洗、高温水洗，b.再将锆结构件置于高纯水中加热、恒温进行氧化预膜，其特征在于其预膜过程的反应压力为0.2～0.5Mpa，恒温温度为360～500℃。
一种锆材预膜设备，其特征在于预膜设置由下列构件组成-罐体，罐体为园柱形；-罐底，罐底与罐体底边相固接；-罐盖，其罐盖上装有压力表、安全阀，罐盖与罐体上边缘相接；-热偶套管，热偶套管固接在罐盖上；-溢流阀管，溢流阀管固接在罐盖上；泄流管，泄流管固接在罐底上。
本发明的锆材预膜方法，由于其敷膜的压力低，大大降低了敷膜过程的难度，解决了原有的敷膜方法对设备要求高的缺陷，工艺过程易于实现。其预膜设备，由于可以有效地控制预膜过程的工艺参数，特别是有效地控制反应过程的压力和反应温度，完全可以满足本发明的锆材预膜过程的要求。由于其过程在较低的压力下进行，对设备的耐压要求相应地降低，可加大设备的有效容积，满足了大型锆件的预膜要求。是一种比较理想的锆材预膜设备。
下面结合实例及附图对本发明作进一步说明。
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图1为用于本发明方法的一种锆材预膜设备的结构示意图。
一种锆材预膜方法，首先将锆结构件进行表面除油、酸洗、水洗、高温水洗，b.再将锆结构件置于高纯水中加热、恒温，在压力为0.2～0.5Mpa，恒温温度为360～500℃的条件下进行氧化预膜。
一种锆材预膜设备，其特征在于预膜设置由下列构件组成-罐体1，罐体为园柱形；-罐底2，罐底与罐体底边相固接；-罐盖3，其罐盖上装有压力表4、安全阀5，罐盖与罐体上边缘相接；-热偶套管6，热偶套管固接在罐盖上；-溢流阀管7，溢流阀管固接在罐盖上；泄流管8，泄流管固接在罐底上。
本发明的一种锆材预膜设备的反应罐可采用立式安装，在进行预膜反应前对罐体进行清洗，清洗后的水其电阻率应大于0.3MΩ.cm。锆结构件的清洗在预膜前按ASTM G推荐的方法进行。
以对锆-锡合金的敷膜过程为例。
1.清洗过程(1)除油用化学溶剂或有机溶剂，如工业汽油擦洗。
(2)酸洗在氢氟酸和硝酸及软化水配制而成的酸洗液中，进行严格的酸过程。
(3)水洗酸洗完成后，将结构件放入流动的清水中，除去其表面的酸液及酸迹。
(4)高温水洗在水质为0.1～0.5MΩ.cm，水温为80℃的高纯热水清洗。将清洗好的结构件干燥后待用，或直接放入反应罐中。
2.预膜过程(1)将清洗后的结构件，放入反应罐中，盛满高纯水，盖好罐盖、紧固，拧开溢流阀，送电升温后、余水从溢流阀流出。
(2)当反应罐达到需要的温度和压力后，关紧溢流阀，恒温到给定时间后停电，自然降温，预膜件随罐冷却到60℃下。拧开溢流阀阀门，打开罐盖，用处理干净的专用夹具取出预膜件并放置于专设的干净地方等用。余水或清洗水从泄流阀放出。最后盖好盖，以保持罐内干净。
以对Zr-4合金的敷膜过程为例实施例1采用工艺条件为预膜用高纯水的电阻率0.7MΩ.cm，pH＝7，温度380℃，压力0.5MPa，经60小时恒温，其它过程同对锆-锡合金的敷膜过程。
结果在锆合金表面形成一层致密的保护膜。
实施例2采用工艺条件为预膜用高纯水的电阻率0.7MΩ.cm，pH＝7，温度420℃，压力0.3MPa，经16小时恒温，其它过程同对锆-锡合金的敷膜过程。
结果在锆合金表面形成一层致密的保护膜。
实施例3采用工艺条件为预膜用高纯水的电阻率0.7MΩ.cm，pH＝7，温度480℃，压力0.2MPa，经4小时恒温，其它过程同对锆-锡合金的敷膜过程。
结果在锆合金表面形成一层致密的保护膜。
实施例4采用Zr-4合金板材，按ASTM G给出的方法把试样清洗干净，置于反应罐内，罐内高纯水的电阻率0.7MΩ.cm，pH＝7，升温至140℃，快速排汽排除罐内空气，放汽后继续升温，等反应罐内温度达440℃，压力0.2～0.5MPa，恒温7小时，随炉冷却至60℃，取出预膜试样。经观察分析，试样表面形成一层致密的黑色保护膜，其增重13mg/dm2～18mg/dm2，与传统的高压釜预膜法得到的结果相一致。
权利要求
1.一种锆材预膜方法，包括a.将锆结构件进行表面除油、酸洗、水洗、高温水洗，b.再将锆结构件置于高纯水中加热、恒温进行氧化预膜，其特征在于其预膜过程的反应压力为0.2～0.5MPa，恒温温度为360～500℃。
2.一种锆材预膜设备，其特征在于预膜设置由下列构件组成-罐体，罐体为园柱形；-罐底，罐底与罐体底边相固接；-罐盖，其罐盖上装有压力表、安全阀，罐盖与罐体上边缘相接；-热偶套管，热偶套管固接在罐盖上；-溢流阀管，溢流阀管固接在罐盖上；-泄流管，泄流管固接在罐底上。
全文摘要
一种锆材预膜方法,涉及一种用于核反应堆锆材料加工过程的金属表面敷膜方法。其特征在于:其预膜过程的压力为0.2～0.5MPa,恒温温度为360～500℃。由于其敷膜的压力低,大大降低了敷膜过程的难度,解决了原有的敷膜方法对设备要求高的缺陷,其设备可有效地满足大型锆件的预膜要求。
文档编号C23C22/05GK1188157SQ9712197
公开日1998年7月22日 申请日期1997年12月3日 优先权日1997年12月3日
发明者杨芳林, 刘建章, 张建军, 宋启忠 申请人:西北有色金属研究院