[发明专利]一种提高锆合金管抗高温腐蚀性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锆合金材料制备技术领域，尤其涉及一种提高锆合金管抗高温腐蚀性的方法。 

背景技术

在核电领域，锆合金具有显著的抗高温腐蚀性能并且其热中子吸收截面低，因此被广泛用于核反应堆的压力管和燃料包壳。基于对核电能源技术的需求，核动力技术向高燃耗、长燃料循环周期的发展，为了提高燃料元件的燃耗，为了达到核反应堆60年的寿命期，这便要求作为燃料元件的包壳材料应当具有更加优异的耐腐蚀性。延长锆合金的工作寿命很大程度上受限于高温耐蚀性能的改善，这便要求锆合金在服役环境条件下具有更加优异的耐腐蚀性。另外，随着我国核电事业的发展, 反应堆结构材料和燃料及其相应处理技术的国产化是必然趋势。

现有技术主要通过调节构成锆合金管材的合金元素的化学组成及含量，通过优化材质本身来提高锆合金管材在高温条件下的抗腐蚀性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的提高锆合金管抗高温腐蚀性的方法 。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种提高锆合金管抗高温腐蚀性的方法，其是使锆合金管的外表面发生氧化反应产生致密的氧化锆预氧化膜层，氧化锆预氧化膜层的厚度为5~10μm。 

优选地，使所述氧化反应在氩气和氧气的混合气体中进行。更优选地，氧气占所述混合气体的体积比为80％~95％。

优选地，所述氩气和氧气的纯度分别大于99.95wt%。

优选地，使氧化反应在氧化反应专用装置内进行，该氧化反应专用装置包括石英管，与石英管的两端分别密封连接的第一端盖和第二端盖，设置在第一端盖、第二端盖两个中的一个上的第一进气管和第二进气管，设置在第一端盖、第二端盖两个中的另一个上的排气管，以及高频感应加热设备，高频感应加热设备的感应线圈设置在石英管的外周，所述方法实施如下：将锆合金管置入石英管内，且锆合金管的两端部分别与第一端盖和第二端盖连接，利用高频感应加热设备对锆合金管进行加热，同时，通过第一进气管和第二进气管分别向石英管内通入氧气和氩气，通过排气管将石英管内的气体排出。采取所述装置和方法，工艺相对简单、可控。

优选地，在进行氧化反应前，使用例如丙酮对锆合金管的外表面进行清洗。

进一步地，所述氧气和氩气的总流量为10~15 L /min。

优选地，所述方法还使在进行氧化反应时，以5~10L/min的流量向锆合金管内通入保护气体。保护气体优选为氩气。保护气体可有效对锆合金管进行保护和冷却。

优选地，所述高频感应加热设备的频率范围为20000Hz~23000Hz，输出功率为2000~4000瓦。

所述氧化反应的时间为15~70min。

所述锆合金管可以为已知的各种锆合金管材例如Zr-1.0Nb。

本发明还提供一种经过上述方法处理所得锆合金管。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有如下优势：

本发明通过在锆合金管外表面形成致密的氧化锆预氧化薄膜，该预氧化薄膜可有效阻挡锆合金管服役时氧氢的扩散，从而有效提高了锆合金管在高温条件下的抗腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明所采用的氧化反应专用装置的结构示意图；

其中：1、第一端盖；2、第一进气管；3、锆合金管；4、锆合金管内孔；5、第二进气管；6、密封圈；7、石英管；8、感应线圈；9、排气管；10、第二端盖。 

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的描述。以下实施例的方法均采用图1所示的氧化反应专用装置。

实施例1

（1）选取直径9.8 mm、厚度0.6 mm的Zr-1.0Nb锆合金管3，用丙酮清洗锆合金管3外表面，将其固定于反应室第二端盖10及第一端盖1上，高频感应加热设备的感应线圈8放置在石英管7外围的中部，石英管7、第二端盖10、第一端盖1以及密封圈6之间构成反应室11；

（2）分别通过第一进气管2和第二进气管5向反应室11内输送氩气和氧气，由氩气和氧气构成的混合气体的总流量为10 L/min，氧气在混合气体中的体积比为80％，通过锆合金管内孔4将氩气送入锆合金管内孔内，氩气流量5L/min，起到保护和冷却锆合金管3的作用，所使用的氩气和氧气均为99.95％的高纯气体；