Раствор для электрохимического полирования циркония и его сплавов

 

РАСТВОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ЦИРКОНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ , содержащий хлористый калий и формамид, отличающийся тем, что, с целью повьппения стабильности раствора, он дополнительно содержит ацетамид и уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов: . Хлористый калий, г 40-50 Ацетамид, г10-15 Уксусная кислота, мл 10-20 Формамид, лДо 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„967124 (594 С 25 F 3 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ю \

° °

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3228072/22-02 (22) 26.12.80 (46) 15.11.86. Бюл. ¹ 42 (72) B.E. Федоров, Н.С. Пархоменко, К.Н. Никитин и Е.Ф. Шестаков (53) 621.357.8(088.8) (56) Штанько В.M., Карязин П.П. Электрохимическое полирование металлов.

М., "Металлургия", 1979, с. 75.

Жаке П. Электрохимическое и химическое полирование, М., "Металлургия", 1959, с. 76.

Авторское свидетельство СССР

¹ 432231, кл. С 25 F 3/26, 1971. (54) (57) РАСТВОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕС- КОГО ПОЛИРОВАНИЯ ЦИРКОНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ, содержащий хлористый калий и формамид, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности раствора, он дополнительно содержит ацетамид и уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов:

Хлористый калий, г 40-50

Ацетамид, г 10-15

Уксусная кислота, мл 10-20

Формамид, л До 1

967124

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности к полированию циркония и

его сплавов, например сплавов циркония с 1 и 2,57.-ниобия, и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и сборок энергетических реакторов с оболочками из сплавов на основе циркония.

Для электрохимического полирования тугоплавких металлов (титан, тантал, цирконий) и их сплавов известны как водные растворы, так и растворы на основе неводного растворителя. Для электрохимического полирования тугоплавких металлов наиболее широкое распространение получил водный раствор, состоящий из смеси плавиковой, серной и азотной кислот с введением поверхностно-активных веществ °

Обязательным компонентом данного раствора является плавиковая кислота, как источник атакующего агента-иона фтора, причем наиболее целесообразной концентрацией .плавиковой кислоты, обеспечивающей устойчивость электродного потенциала и стабильность анодного растворения, является 20-30Х. В процессе эксплуатации раствор устойчив, не требует проработки, обладает высокой работоспособностью (до

50-80 А ч/л). Однако применительно к производству ТВЭЛ наличие фтора в растворе требует использования специальных методов отмывки и контроля наличия остаточного фтора на поверхности, поскольку наличие фтора на поверхности циркония и его сплавов приводит к развитию коррозии.

Использование неводного растворителя в качестве основы для раствора позволяет в качестве активирующего агента применять ионы хлора. 3а рубежом в основном нашли применение растворы на основе уксусной и хлорной кислот следующего состава

185 мп НС10, 765 мл СНзСООН, 50 мл

Н20, В отечественной промышленности такие растворы не используются из-за ряда недостатков:взрывоопасности, необходимости строгого контроля за составом и режимом полирования, применения высокого напряжения (25—

100В), дефицитности химикатов, повышенных требований к выполнению правил техники безопасности.

Частично указанные недостатки устраняет известный раствор для электрохимического полирования тугоплавких металлов и их сплавов, который

5 содержит формамид с добавками солей хлористого тетраалкиламмония и хлористого калия.

Этот раствор обеспечивает высокое качество обрабатываемой поверхности (>10) при анодных плотностях тока

0,19 — 0,3 А/см . Его работоспособность (стабильность) составляет

8-10 А ч/л. Раствор не взрывоопасен, не активен к обрабатываемому металлу без наложения тока и не требует предварительной проработки.

Существенным недостатком известного раствора является низкая работоспособность, так как в процессе работы происходит увеличение рН среды, приводящее к образованию гелеобразного осадка, резко снижающего работоспособность. Дефицитность и высокая стоимость хлористого тетраалкиламмония (стоимость хлористого тетраэтиламмония за 1 кг равна 430 руб) также является недостатком.

Целью изобретения является повы-.

;шение стабильности раствора.

Цель достигается тем, что раствор, содержащий хлористый калий и формамид,дополнительно содержит ацетамид и уксусную кислоту, при следующем соотношении компонентов:

3 Хлористый калий, г 40-50

Ацетамид, г 10-15

Уксусная кислота, мл 10-20

Формамид, л До 1

Полирование рекомендуют проводить

40 при анодных плотностях тока 0,5

1,5 А/см и температуре раствора менее 30 "С (18-25 С) .

При температуре выше 30 С процесс

45 электрополирования нарушается и переходит в процесс электротравления, При этом на полируемой поверхности роявляются питтинги.

В данном растворе хлористый ка50 лий служит источником атакующего агента-иона хлора, обеспечивающим процесс анодного растворения. Ацет-. амид добавляют с целью увеличения порядка структуры раствора, что улуч55 шает качество полирования. Введение в состав раствора органической карбоновой кислоты стабилизирует рН в процессе работы и тем самым предотвра124

Состав раствора, реким н результаты обработки

Примеры

Хлористьв! калий, г

Ацетамид, г

Уксусная кислота, мл

15

1О

12,5

1О до 1 до 1

Формамид, л до 1

18-25 18-25 18-30

18-25

18-25 18-25 температура, С

18-30

18-2S

Плотность тока, A/ñè

1,0

0,5

Продоляительность, мин

1,0

0,33

0,5

1,0 О ° 5

Среднее арифметическое отклонение профиля, мкм

0,496 0,496 0,496 0,496 0,496 0,496 0,496

О, 154 О, 118 О, 120 О, 154 Ое!11 О, 115 О, 153

0,496

0,496 до полирования

0,120 0,117 после полирования

Класс чистоты

8б

8б 8б

10а 10б до полирования

10 б

1Об после полировании з 967 щает образование гелеобразного осадка, снижающего работоспособность.

Выбор граничных значений для хлористого.калия объясняется тем, что при содержании его менее 40 мл/л процесс полирования переходит в процесс электротравления. При содержании более 50 г/л в электролите появляется нерастворимый остаток, приводящий к ухудшению качества полирсва- 10 ния.

Для ацетамида граничные значения выбраны исходя из того, что при содержании менее IO г/л на обрабатываемой поверхности появляются матовые 15 пятна, а увеличение свыше 15 г/л нецелесообразно, поскольку улучшения качества полирования не наблюдается.

Содержание карбоновой кислоты менее 10 г/л не обеспечивает стабили- 20 зацию рН раствора в процессе работы.

Если взять карбоновую кислоту в количествах более 20 г/л, то наблюдается обильное пенообразование, приводящее к ухудшению качества обраба- 25 тываемой поверхности.

Вместо уксусной кислоты могут быть использованы жидкие .голомоги, ациклических предельных монокарбоновых кислот, которые являются кислотами примерно одинаковой силы.

Для приготовления раствора в формамид добавляют расчетное количество компонентов в любой последовательности и перемешивают до полного растворения солей без подогрева.

Изобретение иллюстрируется несколькими примерами, представленными в таблице, где приведены результаты полировки сварных соединений тепловыделяющих элементов реакторов ВВЭР440, РБМК-1000, выполненных электронно-лучевой сваркой, с целью обеспечения их коррозионной стойкости. Качество обработки оценивалось визуально и на профилометре модели 283.

Таким образом, изобретение позволяет в 10 раз повысить стабильность раствора при сохранении высокого качества обрабатываемой поверхности.

Повышение стабильности и замена дорогостоящего хлористого тетраалкиламмония позволяют улучшить технико-экономические показатели данного раствора.

0,5 1,0 1,5 0,5 1,О

О 33 1 0 О S О 33

Sб 8б 8б 8б 8б

10б 10а 10б 1Об !Оа

967124 .

Продолжение таблицы

Состав раствора, реким и результаты обработки

Съем металла, мкм 11

22

33 ,Скорость. съема, мкм/мии 11

33

22

22

33

Стабильность раствора, А ч/л 70

80 80 80 80

РеДактоР О. Яновчик ТехРеД В.ЕаДаР . . корректор M.Ñàìáoðñ à

Заказ 6259/2 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4