[发明专利]一种高温气冷堆电气贯穿件用金属导针及表面预处理工艺

说明书

本发明公开了属于核反应堆密封技术领域的一种高温气冷堆电气贯穿件用金属导针及表面预处理工艺。所述金属导针为铁镍合金，包括4J42或4J50，所述的表面处理工艺包括以下步骤：先将金属导针封接部位进行白刚玉喷砂处理；经清洗后，将金属导针在1100℃下湿氢除气处理20～40分钟；然后在720～780℃空气下预氧化处理5～10分钟。本发明采用4J42或4J50铁镍合金代替现有可伐合金作为高温气冷堆电气贯穿件金属导针，避免了反应堆有害元素钴的使用。同时，采用物理和化学复合处理新工艺对铁镍合金进行表面预处理，该预处理工艺稳定可控，可有效提高玻璃‑金属导针界面结合强度，有利于保证高温气冷堆电气贯穿件的气密性。

技术领域

本发明属于核反应堆密封技术领域，尤其涉及一种高温气冷堆电气贯穿件用金属导针及表面预处理工艺。

背景技术

高温气冷堆电气贯穿件是位于一回路压力边界处的核安全1E级设备，需要在正常运行和事故工况条件下，实现压力壳内、外电气设备信号的传输，保持压力边界完整，防止反应堆放射性物质的泄漏。

不同于压水堆的空气介质，高温气冷堆一回路内是直接通过堆芯的冷却剂氦气，氦气内含有放射性且极易泄漏，因此，高温气冷堆对电气贯穿件的密封性能要求更为严苛。

高温气冷堆电气贯穿件主要由处于中心位置的金属导针、密封材料和金属筒体外壳组成。目前高温气冷堆一回路电气贯穿件采用的金属导针多为可伐合金，如发明专利2013106120996“一种用于高温气冷堆电气贯穿件的玻璃-金属密封材料及其制备方法”中金属导针为可伐合金。另外，在发明专利2016101927396“一种高温气冷堆低压控制型电气贯穿件及其制备方法”和2016207630872“高温气冷堆主氦风机电气贯穿件”中，所采用的金属导针均为可伐合金。

可伐合金，又称为铁钴镍合金，其中含有中子活化截面较大的元素钴，其含量为16.8-17.8％。钴元素可以稳定可伐合金的热膨胀系数且具有良好的低温组织稳定性，更为重要的，在封接过程中钴氧化物能够显著提升玻璃-金属之间的化学结合性能。然而，在反应堆服役过程中⁵⁹Co经中子活化后产生半衰期为5.27年、γ辐射能量高(1.25MeV)的⁶⁰Co同位素，这将增加高温气冷堆一回路系统辐射场强度，给设备维修带来极大困难。因此，为降低高温气冷堆一回路的维修难度，金属导针材料需舍弃可伐合金，而选用不含钴的铁镍合金，且选取的铁镍合金必须具有合适的热膨胀系数才能与玻璃形成良好封接。

为了提高金属导针与玻璃之间的封接强度，在高温封接之前，对金属导针进行表面预处理是十分必要的，在发明专利2014102863852中，提供了一种酸蚀的表面预处理工艺。但是这种表面处理工艺，仅适用于普通服役环境电子元件领域，采用此技术制备的封接件尚未达到高温气冷堆对电气贯穿件在高温、高压环境下的长期氦气密封标准。

综上，提供可代替现有可伐合金的无钴导针材料，并开发一种能提高电气贯穿件中金属-玻璃间化学结合强度和气密性的预处理工艺是十分必要的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种高温气冷堆电气贯穿件用金属导针，所述金属导针为铁镍合金，具体包括4J42或4J50；

采用不含钴元素的铁镍合金作为金属导针，能有效减少中子活化，削弱辐射作用，有利于高温气冷堆一回路系统的设备检修。通过预氧化工艺准确控制铁镍合金表面氧化物厚度，提升玻璃-金属导针封接强度至20MP以上，氦气泄漏率小于2.0x10^-12Pa·m³/s。

一种高温气冷堆电气贯穿件用金属导针的表面预处理工艺，包括以下步骤：

1)喷砂处理：将金属导针的封接部位进行白刚玉喷砂处理；