Способ модификации поверхности металлов


 


Владельцы патента RU 2486285:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)

Изобретение относится к технологии финишной обработки поверхности сплавов циркония и может найти применение в атомной промышленности, реакторостроении и металлургии. Способ включает микролегирование поверхностного слоя сплава с помощью магнитно-абразивной обработки магнитно-абразивным порошком с размером частиц от 250 до 600 мкм, с линейной скоростью вращения магнитных полюсов от 500 до 600 м/мин и при величине рабочего зазора между полюсами 2-10 мм с образованием защитного слоя оксидной пленки. В качестве магнитно-абразивного порошка используют порошок, содержащий α-ферромагнитную матрицу с содержанием в ней 50-55% карбида молибдена. Магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии: на первой из которых напряженность магнитного поля в рабочем зазоре 1-1,5 Тл в течение 1-1,5 мин, и на второй стадии - напряженность магнитного поля 0,2-0,4 Тл в течение 1-0,5 мин. Технический результат: повышение и стабилизация величины напряжения пробоя, что повысит надежность эксплуатации тепловыделяющих элементов ядерного реактора. 2 пр.

 

Изобретение относится к технологии финишной обработки поверхности сплавов циркония и может найти применение в атомной промышленности, реакторостроении и металлургии.

Известен способ финишной обработки изделий из сплавов циркония, который заключается в снятии поверхностного слоя в смесях, содержащих плавиковую кислоту [Займовский А.С., Никулина А.В., Решетников Н.Г. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. - М.: Энергоиздат, 1981. - 231 с.]. Существенным недостатком такой операции является неизбежное загрязнение поверхности фторидами, что ведет к нежелательным изменениям структуры в кристаллической решетке при облучении, из-за чего такие изделия не выдерживают испытаний в аварийных условиях.

Наиболее близким по технической сущности является способ модификации поверхности металлов, заключающийся в микролегировании поверхностного слоя металлов с помощью магнитно-абразивной обработки порошками, содержащими карбиды переходных металлов IV-VI групп Периодической системы, при скорости магнитно-абразивного резания не менее 500 м/мин, напряженности магнитного поля в рабочем зазоре между полюсами 0,4-0,7 Тл и величине рабочего зазора 2-5 мм [Патент РФ №2200771, МПК C23C 26/00. Способ модификации поверхности металлов. / К.Н.Никитин, В.К.Орлов, ИА.Шлепов (РФ). - №2001114427/02; заявл. 30.05.2001; опубл. 20.03.2003. - С.4]. Этот способ выбран за прототип.

Однако известно [Никитин К.Н., Балицкий В.Н., Н.Е.Некрасова. Влияние магнитно-абразивной обработки поверхности на коррозионные свойства оксидных пленок на сплаве циркония // «Современные аспекты твердотельной электрохимии». Сборник тезисов докладов. - М.: НИФХИ им. Л.Я,Карпова, октябрь-ноябрь, 2009, - с.153], что на сплаве, используемом в реакторостроении, Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe, обработанном таким способом, не формируется стабильный защитный оксидный слой, так как измерения напряжения пробоя показали, что оно колеблется в широком интервале 26-168 В. Такие защитные пленки не могут обеспечить высокую надежность эксплуатации тепловыделяющий сборок в условиях эксплуатации первого контура ядерного реактора.

Задачей данного изобретения является повышение и стабилизация величины напряжения пробоя, что повысит надежность эксплуатации тепловыделяющих элементов ядерного реактора, изготовленных из сплава Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe.

Поставленная задача решается тем, что повышение коррозионных характеристик защитного слоя оксидной пленки циркониевого сплава, характеризуемое напряжением пробоя, достигается микролегированием поверхностного слоя атомами металлов и окружающей атмосферы с помощью магнитно-абразивной обработки с размером частиц магнитно-абразивного порошка от 250 до 600 мкм, и скорости относительного перемещения детали и инструмента от 500 до 600 м/мин, и величине рабочего зазора между полюсами 2-10 мм, причем проводят магнитно-абразивную обработку сплава циркония Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe с использованием в качестве магнитно-абразивного порошка α-ферромагнитной матрицы, в которой содержится 50-55% карбида молибдена, а магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии: на первой стадии при напряженности магнитного поля в рабочем зазоре 1-1,5 Тл в течение 1-1,5 мин, и на второй стадии при напряженности магнитного поля 0,2-0,4 Тл в течение 1-0,5 мин.

Изобратание иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. Трубчатые образцы из сплава Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe обрабатывают на установке для магнитно-абразивной обработки, с помощью магнитно-абразивного порошка, содержащего α-ферромагнитную матрицу Fe+55% Mo2C с фракцией 300-600 мкм без смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), при величине рабочего зазора 2 мм и линейной скорости вращения магнитных полюсов 500 м/мин. Магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии. На первой стадии магнитную индукцию в рабочем зазоре увеличивают до 1,5 Тл и обработку проводят в течение 1 мин. На второй стадии магнитную индукцию в рабочем зазоре уменьшают до 0,4 Тл и обработку проводят в течение 0,5 мин. Поверхность образцов после магнитно-абразивной обработки в таком режиме, в отличие от обычной серебристо-матовой, выглядит слегка загорелой и более матовой.

Образующийся модифицированный слой заметно изменяет электрофизические и коррозионные свойства сплава. При коррозионных испытаниях в воде при 350°C и давлении 200 атм через 2000 час привес составляет 25,0 мг/дм2, сравнимый с привесом 27,0 мг/дм2 для образцов после обычного травления во фтористоводородной ванне и сравнимый с привесом 26,0 мг/дм2 после магнитно-абразивной обработки, проводимой в одну стадию при использовании того же магнитно-абразивного порошка.

Напряжение пробоя слоя оксида после 2000 ч испытаний в автоклаве, характеризующее толщину защитного слоя оксидной пленки, для образцов после двустадийной магнитно-абразивной обработки достигает величины 210 В, что много выше напряжения пробоя 76 В для образцов после обычного травления во фтористоводородной ванне после тех же испытаний и выше чем напряжение пробоя 122 В для образцов после одностадийной магнитно-абразивной обработки после тех же испытаний.

Пример 2. Трубчатые образцы из сплава Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe обрабатывают на установке для магнитно-абразивной обработки, с помощью магнитно-абразивного порошка, содержащего α-ферромагнитную матрицу Fe+50% Mo2C с фракцией 250-500 мкм без смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). При величине рабочего зазора 10 мм и линейной скорости вращения магнитных полюсов 600 м/мин. В отличие от обычного одностадийного режима магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии. На первой стадии магнитную индукцию в рабочем зазоре увеличивают до 1 Тл и обработку проводят в течение 1,5 мин. На второй стадии магнитную индукцию в рабочем зазоре уменьшают до 0,2 Тл и обработку проводят в течение 1 мин. Поверхность образцов после магнитно-абразивной обработки в таком режиме, в отличие от обычной серебристо-матовой, выглядит слегка загорелой и более матовой.

Напряжение пробоя электрической емкости барьерного слоя оксида после 2000 ч испытаний в автоклаве, характеризующее толщину защитного слоя оксидной пленки, для образцов после двустадийной магнитно-абразивной обработки достигает величины 221 В, что много выше напряжения пробоя 76 В для образцов после обычного травления во фтористоводородной ванне после тех же испытаний и выше чем напряжение пробоя 168 В для образцов после одностадийной магнитно-абразивной обработки после тех же испытаний.

Как видно из приведенных примеров, при обработке поверхности сплава Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe по предложенному способу напряжение пробоя оксидной пленки поле испытаний в условиях, моделирующих ядерный реактор, составляет 210-221 В, что значительно превосходит соответствующие значения, полученные при использовании известных способов, - травление в HF (53-76 В) и магнитно-абразивной обработки в одну стадию (26-168 В). Таким образом, использование предлагаемого способа позволит увеличить надежность эксплуатации тепловыделяющих сборок АЭС.

Способ модификации поверхности циркониевого сплава, включающий микролегирование поверхностного слоя сплава с помощью магнитно-абразивной обработки магнитно-абразивным порошком с размером частиц от 250 до 600 мкм, с линейной скоростью вращения магнитных полюсов от 500 до 600 м/мин и величиной рабочего зазора между полюсами 2-10 мм с образованием защитного слоя оксидной пленки, отличающийся тем, что в качестве магнитно-абразивного порошка используют порошок, содержащий α-ферромагнитную матрицу с содержанием в ней 50-55% карбида молибдена, при этом магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии, на первой из которых напряженность магнитного поля в рабочем зазоре 1-1,5 Тл в течение 1-1,5 мин, и на второй стадии - напряженность магнитного поля 0,2-0,4 Тл в течение 1-0,5 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к смазочным композициям, в частности к составам для обработки пар трения, и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения, а также при эксплуатации механизмов и машин для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных работ.

Изобретение относится к способу механической обработки компонентов двигателя внутреннего сгорания посредством изменяющего качество поверхности обрабатывающего инструмента.

Изобретение относится к способу формирования покрытия и покрытию из диоксида титана, содержащему кристаллы с размером кристаллитов менее 35 нм. .

Изобретение относится к листу электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой со стекловидной покрывающей пленкой на основе форстерита и способу его изготовления, которые могут быть использованы для получения стального сердечника электрических устройств, таких как транформатор напряжения и электрический трансформатор.
Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных температурах до 450°C.

Изобретение относится к способам защиты стальных поверхностей деталей от эрозии, в том числе кавитационной, путем наплавки коррозионно-эрозионного порошка. .

Изобретение относится к способу ремонта изношенной торцевой части металлической пластины ремонтируемой детали. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к подшипниковым узлам, воспринимающим повышенные радиальные нагрузки, и может быть использовано при подготовке к эксплуатации радиально-упорных конических роликовых подшипников качения.

Изобретение относится к стойкому к износу и наволакиванию изделию и, более конкретно, к защитному покрытию для такого изделия. .

Изобретение относится к способам нанесения покрытий, в частности антикоррозийных. .

Изобретение относится к технологии получения покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении деталей энергетических и химических установок, обладающих повышенной жаростойкостью

Изобретение относится к смазочным композициям, в частности к составам для обработки пар трения, и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения, а также при эксплуатации механизмов и машин для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных работ

Изобретение относится к электроду для поверхностной обработки с получением износостойкой пленки за счет энергии электрического разряда и к способу изготовления упомянутого электрода

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению спеченного электрода и разрядной обработке поверхности с его помощью
Изобретение относится к конструктивному элементу из магниевого сплава с сильно выраженной металлической текстурой

Изобретение относится к военной технике, а именно к методам индивидуальной защиты летательных аппаратов от ракет, оснащенных головками самонаведения, работающими в СВЧ диапазоне радиоволн

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер. Порошковую смесь и заготовку из материала с высокой электропроводностью помещают в вакуумную камеру, где порошковую смесь наносят в виде покрытия на заготовку методом электронно-лучевой наплавки в вакууме. В едином технологическом цикле с наплавкой проводят дополнительный электронно-лучевой переплав всего объема наплавленного покрытия. Обеспечивается улучшение качества контактов за счет получения более мелкодисперсной равномерной микроструктуры и пониженного газосодержания наплавленного слоя. 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области нанесения покрытия с использованием электрического разряда, в частности к формированию покрытия, закрывающего отверстие объекта. При осуществлении способа объект закрепляют в электроэрозионном станке в качестве заготовки и к нему подводят электрод из порошка таким образом, чтобы перекрыть электродом отверстие в объекте. Между электродом и объектом подают напряжение, позволяющее создать повторяющийся электрический разряд, обеспечивающий наращивание от периферии отверстия, закрывающее его покрытие. При этом в способе осуществляют обработку для скашивания края отверстия до этапа приложения напряжения или скашивания покрытия вдоль края отверстия во время этапа подачи напряжения. В способе может быть использован электрод, имеющий выступ, размеры которого позволяют установить его внутрь отверстия так близко к объекту, чтобы упомянутый выступ был противоположен внутренней стороне закрываемого отверстия. Изобретение обеспечивает закрытие отверстия объекта покрытием без какой-либо особой предварительной обработки, что позволяет улучшить производительность и надежность при нанесении покрытия на объект, а также при необходимости позволяет получать отверстия непосредственно под покрытием. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 17 ил.
Изобретение относится к способам изготовления кварцевых контейнеров с защитным углеродным покрытием для синтеза и кристаллизации расплавов полупроводниковых материалов, а также для получения особо чистых металлов и полиметаллических сплавов. Способ изготовления кварцевых контейнеров с защитным углеродным покрытием для высокотемпературных процессов включает нанесение на рабочую поверхность кварцевого контейнера полимерной пленки с последующим отжигом в инертной атмосфере. Нанесение упомянутой пленки на рабочую поверхность кварцевого контейнера проводят путем осаждения полигексаметиленгуанидингидрохлорида или полидиаллилдиметиламмонийхлорида из его 7-10%-ного водного раствора с pH 1-3 и последующего отжига в инертной атмосфере при 900-1000°C в течение 30-60 минут. Улучшается качество защитных покрытий на поверхностях кварцевых контейнеров за счет повышения их плотности и прочности с обеспечением предотвращения взаимодействия расплавленного материала с рабочими стенками контейнера любой формы и уменьшение загрязнения получаемого материала диффундирующими примесями химических элементов из кварца. 1 табл., 2 пр.
Изобретение относится к способам получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из древесины. Технический результат заключается в повышении качества и долговечности покрытия за счет увеличения прочности сцепления покрытия с подложкой и устранения водопроницаемости покрытия, и снижении энергоемкости процесса. Предварительно поверхность древесины покрывают первым слоем из эпоксидной смолы и вторым слоем из эпоксидной смолы с порошком алюминия в соотношении 1:1. Напыление слоев металла или сплава осуществляют плазмотроном мощностью 3,9 кВт и расходом плазмообразующего газа 0,8 м3/мин. 2 пр., 3 табл.
Наверх