Способ повышения излучательной способности нержавеющих сталей

 

Изобретение относится к термохимической обработке поверхности металлов, в частности деталей из нержавеющих сталей. Это достигается тем, что в способе повышения излучательной способности нержавеющих сталей, включающем подготовку поверхности, например, пескоструйную обработку и ее оксидирование, оксидирование ведут в расплаве бихромата натрия или калия при температурах на 50 - 100^oС превышающих температуру их плавления, в течение 0,5 - 2 ч. В результате такой обработки повышается интегральный коэффициент излучения и радиационная стойкость окисной пленки.

Изобретение относится к термохимической обработке поверхности металлов, в частности деталей из нержавеющих сталей, эксплуатируемых в течение длительного времени (от 1 до 5 лет) в условиях высоких температур (до 800^оС) вибраций, космического вакуума, интенсивной радиации (10²⁰ н/см², 106 Мрентген). Покрытие поверхности деталей должно обеспечивать повышение интегрального коэффициента излучения до значения ε 0,8 без дополнительного увеличения поглощения тепловых нейтронов, приводя к минимальному изменению размеров деталей.

Такой перечень необходимых свойств связан с применением покрытия в устройствах радиального отражателя ядерного реактора бортовых космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ).

В известных отечественных и зарубежных ЯЭУ (например, SNAP-10A) находит применение регулирование реактора посредством перемещения частей радиального отражателя. В этих частях радиального экрана, выполненных из нержавеющих сталей и других материалов (бериллий, карбид бора и т.п.), очехлованных в оболочке из нержавеющих сталей, имеет место выделение тепловой энергии, обусловленное ядерными реакциями. В условиях космического вакуума основным процессом теплообмена между сопряженными деталями и окружающей средой является теплообмен излучением. Поэтому для обеспечения уровня температур, при котором наиболее ответственные детали сохраняют работоспособность и надежность, необходимо поверхности стальных деталей подвергнуть обработке, улучшающей теплообмен излучением.

Листовая сталь марки 0Х18Н10Т, наиболее пригодная для эксплуатации в экстремальных условиях, имеет низкий коэффициент излучения, порядка ε 0,25--0,30 в состоянии поставки [1] Известны лакокрасочные покрытия, например, кремнийорганическая эмаль, обладающие известной жаростойкостью и высоким коэффициентом теплоизлучения. Однако наличие в них борсодержащих соединений недопустимо снижает радиационную стойкость этих покрытий и повышает поглощение тепловых нейтронов, что неприемлемо для деталей радиального отражателя, например стальных кожухов регулирующих стержней. Недостатком эмалей является также возможность их отслаивания и осыпания при вибрациях с угрозой вывода из строя подшипников и других узлов с гарантированными зазорами.

Известны также способы оксидирования нержавеющих сталей [2, 3] для сталей 0Х18Н10Т и 2Х13. По этим способам получают жаростойкую оксидную пленку, но с низким коэффициентом излучения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение интегрального коэффициента излучения и радиационной стойкости окисной пленки.

Это достигается тем, что в способе повышения излучательной способности нержавеющих сталей, включающем подготовку поверхности, например, пескоструйную обработку, и ее оксидирование, оксидирование ведут в расплаве бихромата натрия или калия при температурах, на 50-100^оС превышающих температуру их плавления, в течение 0,5-2 ч.

П р и м е р 1. Опору подшипника, изготовленную из стали марки 0Х18Н10Т, подвергают струйной обработке наждачным порошком заданной зернистости, после чего погружают в расплав двухромовокислого натрия Na₂CrO₇ при температуре 400±10^оС и выдерживают 1 ч, после чего промывают в воде до полного удаления следов хромпика и сушат.

П р и м е р 2. Кожух из листовой стали 0Х18Н10Т травят в соляной кислоте уд. веса 1,19 с добавками HF или ее солей (KF, NaF) в количестве 2-3 по весу при температуре 15-25^оС в течение 6 ч не менее, до создания матовой поверхности, после чего погружают в расплав двухромовокислого калия при температуре 500±10^оС и выдерживают 1 ч, после чего промывают в воде до полного удаления следов хромпика и сушат. После указанных видов обработки поверхность становится матовой и приобретает глубокий черный цвет.

Оксидная пленка, полученная после термохимической обработки, имеет толщину в пределах 5 мкм, обладает высокой стойкостью на истирание и не осыпается при вибрации. Увеличение размеров деталей в результате образования на них оксидной пленки составляет около 1/3 от полученной толщины слоя, т.е. находится в пределах 2 мкм на сторону. Это позволяет сохранить практически без изменения размеры деталей, подвергнутых указанной поверхностной обработке.

Средний интегральный коэффициент излучения составил при температуре 600^оС величину ε 0,817, т.е. повысился по сравнению с исходной поверхностью примерно в 3 раза.

Температура подшипников регулирования стержней снизилась при этом, согласно расчету, с 560 до 480^оС, что существенно увеличило их ресурсоспособность и надежность.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, включающий поверхности, например пескоструйную обработку, и ее оксидирование, отличающийся тем, что оксидирование ведут в расплаве бихромата натрия или калия при температурах, на 50 - 100^oС превышающих температуру их плавления, в течение 0,5 - 2,0 ч.