鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法技術

本發明專利技術公開的鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，具體為：將保護涂層用主料、水及聚乙烯醇混合得到混合物料；將混合物料進行兩種后處理，得到團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料或懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料；取鋯合金包殼管，對鋯合金包殼管的外壁進行噴砂處理；采用熱噴涂技術將團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料或懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料噴涂于噴砂處理后的鋯合金包殼管的外壁上，在鋯合金包殼管的外壁上形成鋯合金包殼管用保護涂層材料。本發明專利技術鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，能在鋯合金包殼管外壁上形成良好的保護涂層，提高鋯合金包殼管的抗氧化性。

Method for preparing protective coating material for zirconium alloy cladding pipe

Method for preparing zirconium alloy cladding. The invention discloses a protective coating material for concrete protective coating: mixed materials with ingredients, water and alcohol mixture; the mixture of two kinds of postprocessing, obtain zirconium alloy powder agglomeration cladding tube protective coating material or suspension package the shell tube protective coating material; the zirconium alloy cladding tube of zirconium alloy cladding outer shell and tube of sandblasting; using zirconium alloy thermal spraying technology will reunite powder cladding tube protective coating material or suspension of the zirconium alloy cladding tube protection coating material sprayed on the package after sandblasting shell and tube on the outer wall of the zirconium alloy cladding tube protective coating material to form outer shell and tube bag in zirconium alloy. The invention relates to a preparation method of a protective coating material for a zirconium alloy cladding pipe, which can form a good protective coating on the outer wall of a zirconium alloy cladding tube, thereby improving the oxidation resistance of the zirconium alloy cladding tube.

【技術實現步驟摘要】
鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法
本專利技術屬于涂層材料制備方法
，具體涉及一種鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法。
技術介紹
鋯合金包殼管是核燃料的密封外殼，其作用是防止裂變產物逸散、避免燃料受冷卻劑腐蝕以及有效地導出熱能。鋯合金包殼作為放射性燃料棒裂變產物的第一道屏障，它的性能將直接影響到燃料棒在反應堆中的安全可靠運行。鋯合金包殼管在堆內工作時，受到強烈中子輻照，高溫高壓水以及裂變產物的沖刷和侵蝕，強度升高，延展性下降，腐蝕問題加重，出現扭曲變形，表面氧化層脫落等現象，最終發生失效而造成核泄露事故。鋯合金包殼管的腐蝕會對燃料棒性能產生不利的影響：使包殼厚度變薄，降低包殼力學性能，有可能引起包殼破裂；包殼外表面生成的腐蝕層惡化包殼傳熱，導致包殼溫度和蠕變速度升高；包殼的腐蝕反應會生成氫氣，包殼會吸收氫而形成氫化物，導致包殼變脆，可能引起氫脆；氧化膜的剝落后富集在冷卻劑中，并在一回路部件上沉積，引起回路部件的腐蝕損失。2011年3月，在日本福島核電站事故中，無涂層保護的鋯合金包殼管直接與水反應生產的氫氣爆炸給核電站造成了最嚴重的損害，并伴隨有大量的放射性物質泄露。為避免類似事故的發生，非常有必要在鋯合金包殼的外壁負載保護性涂層，提高包殼在正常和非正常條件下的性能，提高燃料可靠性和包殼完整性，增加核燃料循環經濟性。而避免類似事故的一個重要技術途徑就是在現有鋯合金包殼表面制備保護涂層，阻止鋯合金包殼管與水發生反應、生成氫氣以及使用過程中的微動磨損。涂層技術能夠以較低的成本改進現有燃料系統的性能，能夠縮短開發時間和降低開發費用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，將配制的保護涂層原料噴涂于在鋯合金包殼管的外壁上，能在鋯合金包殼管的外壁上形成良好的保護涂層材料，提高了鋯合金包殼管的抗氧化性。本專利技術所采用的技術方案是，鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：步驟1、按質量百分比分別稱取如下物質：保護涂層用主料15％～35％，水50％～84％，聚乙烯醇1％，以上物質的總含量為100％；步驟2、將步驟1中稱取的保護涂層用主料、水及聚乙烯醇混合，得到混合物料；步驟3、將經步驟2得到的混合物料進行兩種后處理，得到兩種不同狀態的鋯合金包殼管用保護涂層原料，具體按照以下方法實施：第一種后處理方式為：先攪拌經步驟2得到的混合物料，使保護涂層用主料、水以及聚乙烯醇混合均勻；然后利用噴霧干燥造粒機對攪拌后的混合物料進行造粒；最后進行篩分處理，得到團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料；第二種后處理方式為：對經步驟2得到的混合物料進行攪拌，使保護涂層用主料、水以及聚乙烯醇混合均勻，得到懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料；步驟4、取鋯合金包殼管，對鋯合金包殼管的外壁進行噴砂處理；步驟5、采用熱噴涂技術將經步驟3得到的團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料或懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料噴涂于經步驟4噴砂處理后的鋯合金包殼管的外壁上，最終在鋯合金包殼管的外壁上形成鋯合金包殼管用保護涂層材料。本專利技術的特點還在于：保護涂層用主料的成分是3Al2O3·2SiO2、MgAl2O4、2MgO·2Al2O3·5SiO2、MoSi2或Y2O3。步驟4具體按照以下步驟實施：將鋯合金包殼管置于噴砂機中，并使鋯合金包殼管以20r/min～40r/min的速度旋轉，將內置SiC砂粒的噴槍正對鋯合金包殼管并以20cm/min～40cm/min的速度沿鋯合金包殼管軸向移動向鋯合金包殼管噴SiC砂粒，待從鋯合金包殼管一端開始噴砂至另一端，則噴砂結束；在噴砂過程中，噴砂壓力為0.2MPa～0.3MPa，噴砂距離為20cm～70cm，所采用的SiC砂粒的平均粒徑為180μm。在步驟5中：對于團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料，采用等離子噴涂法或火焰噴涂法將其噴涂于鋯合金包殼管外壁上；采用等離子噴涂法，具體按照以下方法實施：將經步驟4噴砂處理后的鋯合金包殼管兩端固定在旋轉工作臺夾具上，且要確保鋯合金包殼管軸向與旋轉工作臺軸向重合，轉動旋轉工作臺，控制轉速為50r/min～70r/min；對噴砂后的鋯合金包殼管進行等離子噴涂，在噴涂過程中：等離子噴涂電壓為30V～35V，噴涂電流為240A～260A，主氣氬氣流量20ml/min～25ml/min，送粉器次氣流量2ml/min～3ml/min，送粉速率8g/min～10g/min，噴涂距離70mm～80mm，噴槍移動速率15cm/min～25cm/min，送粉器內裝有團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料；采用火焰噴涂法，具體按照以下方法實施：將經步驟4噴砂處理后的鋯合金包殼管兩端固定在旋轉工作臺夾具上，確保鋯合金包殼管軸向與旋轉工作臺軸向重合，轉動旋轉工作臺，控制轉速為60r/min～70r/min；對噴砂后的鋯合金包殼管進行火焰噴涂，在噴涂過程中：乙炔壓力0.11MPa～0.12MPa，氧氣壓力0.44MPa～0.48MPa，乙炔流量10.0L/min～11.0L/min，噴涂距離70mm～80mm，噴槍移動速度20cm/s，送粉速率10g/min～12g/min，送送粉器內裝有團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料。在步驟5中：對于懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料，則采用懸浮液等離子噴涂法將其噴涂于鋯合金包殼管外壁上，具體方法如下：將經步驟4噴砂處理后的鋯合金包殼管兩端固定在旋轉工作臺夾具上，確保鋯合金包殼管軸向與旋轉工作臺軸向重合，轉動旋轉工作臺，控制轉速為50r/min～70r/min；對噴砂后的鋯合金包殼管進行懸浮液等離子噴涂，噴涂功率240KW～260KW，噴涂距離70mm～80mm，噴槍移動速25cm/s～35cm/s，懸浮液泵入速率25mL/min～35mL/min，懸浮液泵送器內注入懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料。本專利技術的有益效果在于：(1)本專利技術鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，其中所采用的主要原料為3Al2O3·2SiO2、MgAl2O4、Y2O3、2MgO·2Al2O3·5SiO2或MoSi2，這些物質在高溫和水汽環境下性能較為穩定，能通過噴涂工藝在鋯合金包殼管外壁上形成高致密涂層；其中的MoSi2屬于金屬間化合物，在高溫及水蒸氣氧化下，表面能形成致密的SiO2薄膜，因體積膨脹能夠封填裂紋和空隙，從而阻止MoSi2進一步氧化，具有良好的抗氧化與抗高溫水汽作用，除此之外，MoSi2在高溫下具有一定的塑性，抗熱震性能優異，能保證與鋯合金包殼管形成牢固結合而不致脫落。(2)本專利技術鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，其中涉及鋯合金包殼管用保護涂層原料，而該保護涂層原料的熱膨脹系數與鋯合金包殼管的熱膨脹系數接近，不會在升溫或降溫過程中產生巨大熱應力而發生脫落，能長期對鋯合金包殼管起到保護功能。(3)本專利技術鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，將制備出的鋯合金包殼管用保護涂層原料采用熱噴涂法或火焰噴涂法噴涂于鋯合金包殼管外壁上以形成保護涂層；其中采用的噴涂方法簡單可行、經濟實惠、涂層附著力高，在大氣環境下就能完成在鋯合金包殼管上包覆保護涂層的工作；另外，在整個噴涂過程中，鋯合金包殼管表面溫度低，其組織本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1、按質量百分比分別稱取如下物質：保護涂層用主料15％～35％，水50％～84％，聚乙烯醇1％，以上物質的總含量為100％；步驟2、將步驟1中稱取的保護涂層用主料、水及聚乙烯醇混合，得到混合物料；步驟3、將經步驟2得到的混合物料進行兩種后處理，得到兩種不同狀態的鋯合金包殼管用保護涂層原料，具體按照以下方法實施：第一種后處理方式為：先攪拌經步驟2得到的混合物料，使保護涂層用主料、水以及聚乙烯醇混合均勻；然后利用噴霧干燥造粒機對攪拌后的混合物料進行造粒；最后進行篩分處理，得到團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料；第二種后處理方式為：對經步驟2得到的混合物料進行攪拌，使保護涂層用主料、水以及聚乙烯醇混合均勻，得到懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料；步驟4、取鋯合金包殼管，對鋯合金包殼管的外壁進行噴砂處理；步驟5、采用熱噴涂技術將經步驟3得到的團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料或懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料噴涂于經步驟4噴砂處理后的鋯合金包殼管的外壁上，最終在鋯合金包殼管的外壁上形成鋯合金包殼管用保護涂層材料。...

【技術特征摘要】
1.鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1、按質量百分比分別稱取如下物質：保護涂層用主料15％～35％，水50％～84％，聚乙烯醇1％，以上物質的總含量為100％；步驟2、將步驟1中稱取的保護涂層用主料、水及聚乙烯醇混合，得到混合物料；步驟3、將經步驟2得到的混合物料進行兩種后處理，得到兩種不同狀態的鋯合金包殼管用保護涂層原料，具體按照以下方法實施：第一種后處理方式為：先攪拌經步驟2得到的混合物料，使保護涂層用主料、水以及聚乙烯醇混合均勻；然后利用噴霧干燥造粒機對攪拌后的混合物料進行造粒；最后進行篩分處理，得到團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料；第二種后處理方式為：對經步驟2得到的混合物料進行攪拌，使保護涂層用主料、水以及聚乙烯醇混合均勻，得到懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料；步驟4、取鋯合金包殼管，對鋯合金包殼管的外壁進行噴砂處理；步驟5、采用熱噴涂技術將經步驟3得到的團聚粉體狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料或懸浮液狀的鋯合金包殼管用保護涂層原料噴涂于經步驟4噴砂處理后的鋯合金包殼管的外壁上，最終在鋯合金包殼管的外壁上形成鋯合金包殼管用保護涂層材料。2.根據權利要求1所述的鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，其特征在于，所述保護涂層用主料的成分是3Al2O3·2SiO2、MgAl2O4、2MgO·2Al2O3·5SiO2、MoSi2或Y2O3。3.根據權利要求1所述的鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，其特征在于，所述步驟4具體按照以下步驟實施：將鋯合金包殼管置于噴砂機中，并使鋯合金包殼管以20r/min～40r/min的速度旋轉，將內置SiC砂粒的噴槍正對鋯合金包殼管并以20cm/min～40cm/min的速度沿鋯合金包殼管軸向移動向鋯合金包殼管噴SiC砂粒，待從鋯合金包殼管一端開始噴砂至另一端，則噴砂結束；在噴砂過程中，噴砂壓力為0.2MPa～0.3MPa，噴砂距離為20cm～70cm，所采用的SiC砂粒的平均粒徑為180μm。4.根據權利要求1所述的鋯合金包殼管用保護涂層材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟5中：對于團聚...

【專利技術屬性】
技術研發人員：折生陽，
申請(專利權)人：陜西華秦科技實業有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西,61