CN103103591A

CN103103591A - 核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置及工艺

Info

Publication number: CN103103591A
Application number: CN2013100229730A
Authority: CN
Inventors: 师攀科; 王焱; 周科; 陈瑞芳; 张道军; 姜英; 林亮; 文明; 娄霞
Original assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Current assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明提供了一种核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置，包括阳极和辅助阴极，所述辅助阴极呈片状、覆盖小孔两端设置；阳极是一根沿小孔轴向设置的柱状体、贯穿辅助阴极的端面，且阳极与辅助阴极之间具有径向间隙；所述阳极两端裸露在小孔外侧的部位套装有阳极绝缘套。制备工艺及顺序包括：（1）碱性清洗除油，并B级纯水清洗；（2）装配镀铬装置；（3）使用仅有CrO₃、浓H₂SO₄和Cr³⁺组分的电镀液在小孔镀铬。采用这种方法制备的镀层厚度至少大于等于45μm；施镀后镀层轴心偏移不超过10μm；镀层无微裂纹，满足工况使用需求，保证了核控制棒驱动装置的有效运行。

Description

核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置及工艺

技术领域

本发明涉及表面处理领域，具体是一种核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置及工艺。

背景技术

核控制棒驱动装置中，许多零件均含小孔且小孔尺寸不一，如φ9.54mm，φ12mm，φ61.35mm，φ65.41mm，但每种小孔均需镀铬且施镀要求一致：即施镀镀层厚度至少大于等于45μm；施镀后镀层轴心沿径向偏移不超过10μm；镀层无微裂纹。但是此类小孔半径小，特别是φ9.54mm小孔半径不超过5mm，施镀过程中阴阳极距离特别近，不仅镀层厚度均匀性控制难度极大，而且阴阳极的近距离导致镀层生长过快，极易萌生裂纹。

因此，为了控制半径小于50mm但技术要求一致的核控制棒驱动装置小孔铬层生长，使其达到均匀生长无偏芯且生长过程中无微裂纹萌生，需要对此类小孔镀铬装置及工艺进行研究。

发明内容

为了克服镀铬技术的镀层均匀生长难，易萌生裂纹的不足，本发明提供了一种核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置及工艺。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置，包括阳极和辅助阴极，所述辅助阴极呈片状、覆盖小孔两端设置；阳极是一根沿小孔轴向设置的柱状体、贯穿辅助阴极的端面，且阳极与辅助阴极之间具有径向间隙；所述阳极两端裸露在小孔外侧的部位套装有阳极绝缘套，该阳极绝缘套呈一端开口、另一端具有端盖的套筒状，阳极绝缘套的开口端覆盖辅助阴极外端面设置。

所述阳极两端的阳极绝缘套端盖处对应设置有2个电镀液的导液孔，形成气体和溶液迂回空腔。

所述核反应堆控制棒驱动装置上的小孔端部设置有与阳极绝缘套端部大小对应的沉孔、限位安装阳极绝缘套。

所述阳极绝缘套的端盖上、沿小孔轴心位置设置有阳极定位孔，阳极两端攻外螺纹、阳极绝缘套的端盖外端设置有对应的定位螺母。

所述阳极为外径为小孔内径1/4～1/3的Pt阳极。

一种采用所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置的镀铬工艺，包括下列顺序步骤：

（1）使用碱性溶液对核反应堆控制棒驱动装置小孔清洗除油处理，并使用B级纯水清洗；

（2）装配核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置；

（3）使用由CrO3、浓H2SO4和Cr3+组分的电镀液、在核反应堆控制棒驱动装置小孔内，电沉积镀铬3.5~5h；

（4）使用B级纯水清洗核反应堆控制棒驱动装置小孔并吹干；

所述步骤（1）中的碱性溶液的组分和配比为：NaOH为60~80g/l，Na2CO3为35~40g/l，Na3PO4为40~60g/l。

所述步骤（1）中的清洗除油处理采用对碱性溶液进行加热电解的方式，加热温度为50~70℃，电流密度为3~8A/dm2；

所述步骤（3）中的电镀液的组分和配比为：CrO3为220~260g/l，浓H2SO4为2.0~3.0g/l，Cr3+为2.0~3.5g/l。

所述步骤（3）中的电沉积镀铬的电镀液温度为55±1℃，电流密度为15~30A/dm2，阳极与辅助阴极的径向间隙为小孔内径1/3～3/8。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置及工艺，克服了镀铬技术的镀层均匀生长难，易萌生裂纹的不足，有效保证核控制棒驱动装置的工况运行。

根据本发明制备的核控制棒驱动装置φ9.54mm小孔的铬层物理性能优异，镀层表面外观、厚度分布、裂纹、附着力、维氏硬度均达到标准要求，详见表1。图1所示为φ9.54mm小孔的镀铬层典型截面金相，厚度分布均匀，无裂纹。

表1 核控制棒驱动装置φ9.54mm小孔表面铬层物理性能

Figure 2013100229730100002DEST_PATH_IMAGE001

附图说明

图1为本发明核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置的结构示意图。

图中标号表示：1-阳极导电位置、2-阳极、3-受镀面、4-导液孔、5-定位螺母、6-辅助阴极、7-阳极绝缘套。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置，包括阳极2和辅助阴极6。为了实现本发明镀层轴向生长均匀的目的，辅助阴极6呈片状、覆盖小孔两端设置，辅助阴极6上连接有吸引端部电力线。阳极2为外径为小孔内径1/4～1/3的Pt阳极；阳极2是一根沿小孔轴向设置的柱状体、贯穿辅助阴极6的端面，且阳极2与辅助阴极6之间具有径向间隙。

阳极2两端裸露在小孔外侧的部位套装有阳极绝缘套7，该阳极绝缘套7呈一端开口、另一端具有端盖的套筒状，阳极绝缘套7的开口端覆盖辅助阴极6外端面设置。核反应堆控制棒驱动装置上的小孔端部设置有与阳极绝缘套7端部大小对应的沉孔、限位安装阳极绝缘套7，使阳极2轴心与小孔轴心偏移较小，进一步实现本发明镀层生长均匀的目的。阳极绝缘套7的端盖上、沿小孔轴心位置设置有阳极2的定位孔，阳极2两端攻外螺纹、阳极绝缘套7的端盖外端设置有对应的定位螺母5，在阳极绝缘套7的端盖外端的阳极2上双向施加定位螺母5紧固，实现本发明阳极定位稳定的目的。阳极绝缘套7的材料为PE塑料。

为了实现本发明电镀气体逸出及溶液流动的目的，可以使小孔轴向垂直于槽液深度方向。并在阳极2两端的阳极绝缘套7端盖处对应设置有2个电镀液的导液孔4，形成气体和溶液迂回空腔，具体的，该导液孔4设置在阳极绝缘套7的端盖内侧周面上。

一种采用该核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置的镀铬工艺，包括下列顺序步骤：

（1）使用碱性溶液对核反应堆控制棒驱动装置小孔清洗除油处理，并使用B级纯水清洗。该碱性溶液的组分和配比为：NaOH为60~80g/l，Na₂CO₃为35~40g/l，Na₃PO₄为40~60g/l。清洗除油处理采用对碱性溶液进行加热电解的方式，加热温度为50~70℃，电流密度为3~8A/dm²。

（2）装配核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置。

（3）使用由CrO₃、浓H₂SO₄和Cr³⁺组分的电镀液、在核反应堆控制棒驱动装置小孔内，电沉积镀铬3.5~5h。电镀液的组分和配比为：CrO₃为220~260g/l，浓H₂SO₄为2.0~3.0g/l，Cr³⁺为2.0~3.5g/l。电沉积镀铬的电镀液温度为55±1℃，电流密度为15~30A/dm²，阳极2与辅助阴极6的径向间隙为小孔内径1/3～3/8。

采用上述装置及工艺制备的核控制棒驱动装置φ9.54mm小孔，镀铬层厚度大于等于45μm，且施镀后镀层轴心偏移不超过10μm；镀铬层在厚度方向无微裂纹。

下面以核反应堆控制棒驱动装置上φ9.54mm小孔为例，进一步介绍本发明。

核控制棒驱动装置φ9.54mm小孔的镀铬装置，是在受镀φ9.54mm小孔外施加辅助阴极，辅助阴极上施加阳极绝缘套，并在绝缘套侧方开导液孔，形成气体及液体迂回空腔，阳极绝缘套轴心过阳极并通过阳极定位螺母固定，这构成了本发明的一种结构。使用本发明时，在小孔两端设有辅助阴极，这样可以调节控制小孔两端的电力线分布，保证小孔两端轴线镀层厚度均匀；阳极绝缘套采用φ14mm沉孔定位，保证了阳极轴线位置与缸套轴线位置的对正，在阳极绝缘套上设有导液孔避免了镀铬过程中阴阳极析出的氢气、氧气影响小孔中Cr原子还原沉淀速率，

以下将详细描述按图1原则装配镀铬装置后的核控制棒驱动装置φ9.54mm小孔施镀的工艺参数及顺序步骤。

（1）采用NaOH为60~80g/l，Na₂CO₃为35~40g/l，Na₃PO₄为40~60g/l的碱性混合除油液进行电解除油，除油温度为50~70℃，电流密度为3~8A/dm²，以去除φ9.54mm小孔待镀表面及工装的油污及异物；而后使用B级纯水清洗φ9.54mm小孔；

（2）在浓H₂SO₄为5%~10%（V/V）的酸洗溶液中进行酸洗及活化处理，而后B级纯水清洗。

（3）采用CrO₃为220~260g/l，浓H₂SO₄为2.0~3.0g/l，Cr³⁺为2.0~3.5g/l的溶液进行施镀，溶液温度控制为55±1℃，阳极2与辅助阴极6的径向间隙约为3.27mm，电流密度为15~30A/dm²，施镀时间为3.5~5h，施镀选择的最佳工艺参数如表2所示；施镀后B级纯水漂洗，当漂洗后的φ9.54mm小孔上纯水pH值满足6~8时，采用压缩空气吹干。

表2 φ9.54mm小孔镀铬处理最佳工艺参数

Claims

1. 一种核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置，包括阳极和辅助阴极，其特征在于：所述辅助阴极呈片状、覆盖小孔两端设置；阳极是一根沿小孔轴向设置的柱状体、贯穿辅助阴极的端面，且阳极与辅助阴极之间具有径向间隙；所述阳极两端裸露在小孔外侧的部位套装有阳极绝缘套，该阳极绝缘套呈一端开口、另一端具有端盖的套筒状，阳极绝缘套的开口端覆盖辅助阴极外端面设置。

2.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置，其特征在于：所述阳极两端的阳极绝缘套端盖处对应设置有2个电镀液的导液孔，形成气体和溶液迂回空腔。

3.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置，其特征在于：所述核反应堆控制棒驱动装置上的小孔端部设置有与阳极绝缘套端部大小对应的沉孔、限位安装阳极绝缘套。

4.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置，其特征在于：所述阳极绝缘套的端盖上、沿小孔轴心位置设置有阳极定位孔，阳极两端攻外螺纹、阳极绝缘套的端盖外端设置有对应的定位螺母。

5.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置，其特征在于：所述阳极为外径为小孔内径1/4～1/3的Pt阳极。

6.一种采用权利要求1所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置的镀铬工艺，其特征在于：包括下列顺序步骤：

（2）装配核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置；

（3）使用由CrO₃、浓H₂SO₄和Cr³⁺组分的电镀液、在核反应堆控制棒驱动装置小孔内，电沉积镀铬3.5~5h；

（4）使用B级纯水清洗核反应堆控制棒驱动装置小孔并吹干。

7.根据权利要求8所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置的镀铬工艺，其特征在于：所述步骤（1）中的碱性溶液的组分和配比为：NaOH为60~80g/l，Na₂CO₃为35~40g/l，Na₃PO₄为40~60g/l。

8.根据权利要求8所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置的镀铬工艺，其特征在于：所述步骤（1）中的清洗除油处理采用对碱性溶液进行加热电解的方式，加热温度为50~70℃，电流密度为3~8A/dm²。

9.根据权利要求8所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置的镀铬工艺，其特征在于：所述步骤（3）中的电镀液的组分和配比为：CrO₃为220~260g/l，浓H₂SO₄为2.0~3.0g/l，Cr³⁺为2.0~3.5g/l。

10.根据权利要求8所述的核反应堆控制棒驱动装置小孔的镀铬装置的镀铬工艺，其特征在于：所述步骤（3）中的电沉积镀铬的电镀液温度为55±1℃，电流密度为15~30A/dm²，阳极与辅助阴极的径向间隙为小孔内径1/3～3/8。