CN111519051A - 一种核设施事故后用吸氢材料配置工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种核设施事故后用吸氢材料配置工艺，所述吸氢材料由钯铂铜合金膜包覆的锆钒铁合金构成，工艺包括锆钒铁合金熔炼步骤、热处理步骤、切割步骤、镀膜步骤、激活步骤；其中，锆钒铁合金采用真空电弧炉或真空感应炉熔炼，熔炼后的铸锭经过热处理后切割为块状，然后采用化学镀方法表面包覆一定厚度钯铂铜合金膜。块状的锆钒铁合金具备优良的吸氢性能，合金表面易于处理，有利于在表面包覆均匀且附着牢固的钯铂铜合金膜，锆钒铁合金与钯铂铜合金膜的尺寸配置兼顾了吸氢材料的优良性能和原料成本，提高吸氢材料的稳定性和可靠性。块状的吸氢材料可作为基础模块构建氢气控制系统，使用方便且结构紧凑。

Description

一种核设施事故后用吸氢材料配置工艺
技术领域
本发明涉及核设施安全壳控制领域，特别是核设施安全壳吸氢材料领域。
背景技术
安全壳氢气控制系统是核电厂/核设施专设安全系统的关键组成，是保证事故后安全壳完整性、防止放射性外泄的重要措施。传统安全壳氢气控制模式有氢气消除和气氛惰化两种方式：1)氢气消除是利用消氢设备通过燃烧或者氢氧催化复合的方式进行消氢，典型的消氢设备：如燃烧方式的有氢点火器，催化复合方式有非能动氢复合器；2)气氛惰化是通过事先处理，将安全壳内气氛中的氧气消除或降低到一定浓度，即使在事故后有大量的氢气释放，也无法燃烧。由于舰船类、海上浮动平台等小型核设施的空间非常小，在此类核设施中采用消氢方式或惰化方式都存在较大困难，如：非能动氢复合器需要较为宽敞的空气流通区域形成烟囱效应，如氢点火器消氢则会产生火焰冲击、压力冲击和高温，对周围设备造成巨大影响；如惰化方式则需要一套复杂的惰化处理系统，空气置换系统、氧气消除设备等，相关设备空间需求和电源供应都将给小型核设施增加不小的负担。因此，亟需研究一种新型的处理措施，来解决紧凑空间下事故后氢气风险的控制和消除。
贮氢(吸氢或储氢)技术在氢能利用行业中是一种成熟技术，贮氢材料具有贮氢密度高、吸放氢速度快、操作条件可控、寿命长等特点，广泛应用于氢高效贮存、氢燃料电池相关领域，但是在核领域却未见有成熟的应用。利用吸氢材料的吸氢速率快、吸氢容量大的特性，可在核设施事故后特殊环境下降低氢气浓度。本发明为确保贮氢材料在复杂环境气氛中的优良吸氢性能，材料表面包覆钯合金膜。钯合金膜不仅能隔绝水、氧及其它复杂气氛对吸氢材料的影响，还能作为氢氧反应催化剂，使得吸氢材料同时具备吸氢和消氢的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种核设施事故后用吸氢材料的配置工艺，该吸氢材料由钯铂铜合金膜包覆的锆钒铁合金构成，用于核设施安全壳氢气控制系统，改善吸氢材料在核设施事故后的复杂环境中的稳定性、可靠性，并可作为基础模块构建氢气控制系统。
本发明公开了一种核设施事故后用吸氢材料的配置工艺，具体为：
锆钒铁合金熔炼步骤：采用真空电弧炉或真空感应炉熔炼合金，熔炼温度为1900～2200℃，熔炼得到的合金铸锭在900～1100℃、惰性气氛保护条件下热处理70～160h，所述惰性气氛为氩气或氦气；
热处理步骤：将锆钒铁合金置于管式炉中，在900～1100℃，惰性保护气氛(氩气或氮气)下热处理70～160h，随后随炉冷却至室温；
切割步骤：锆钒铁合金切割成小块；
镀膜步骤：钯铂铜合金膜以化学镀膜法包覆于锆钒铁合金表面；
激活步骤：上述镀膜锆钒铁合金在400～500℃下，抽真空保持10～60min。
优选的，所述锆钒铁合金切割的长宽高比为：(10～200mm)×(10～200mm)×(2～10mm)。
优选的，所述钯铂铜合金膜的厚度为2～10μm。
优选的，所述抽真空的真空度要求为10-1～10-2Pa。
本发明的有益之处在于：块状的锆钒铁合金具备优良的吸氢性能，合金表面易于处理，有利于在表面包覆均匀且附着牢固的钯铂铜合金膜，锆钒铁合金与钯铂铜合金膜的尺寸配置兼顾了吸氢材料的优良性能和原料成本，提高吸氢材料的稳定性和可靠性。块状的吸氢材料可作为基础模块构建氢气控制系统，使用方便且结构紧凑。
附图说明
图1为本发明的核设施事故后用吸氢材料示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实例1
制备锆钒铁合金时，采用真空感应炉熔炼合金，熔炼温度约为1900℃，熔炼得到的合金铸锭在900℃、氩气气氛保护条件下热处理160h。热处理后的锆钒铁合金切割为块状，其尺寸为(10mm)(长)×(10mm)(宽)×(2mm)(高)。合金表面清洁、打磨处理后，采用化学镀方法在锆钒铁合金表面包覆钯铂铜合金膜，钯铂铜合金膜的厚度为2μm。然后，将吸氢材料清洗、干燥后进行激活，激活工艺为：500℃下，将吸氢材料抽真空保持10min，抽真空的真空度要求为10-2Pa。吸氢材料激活后即得成本。
实例2
制备锆钒铁合金时，采用真空感应炉熔炼合金，熔炼温度约为2000℃，熔炼得到的合金铸锭在1000℃、氮气气氛保护条件下热处理120h。热处理后的锆钒铁合金切割为块状，其尺寸为(150mm)(长)×(150mm)(宽)×(3.5mm)(高)。合金表面清洁、打磨处理后，采用化学镀方法在锆钒铁合金表面包覆钯铂铜合金膜，钯铂铜合金膜的厚度为5μm。然后，将吸氢材料清洗、干燥后进行激活，激活工艺为：450℃下，将吸氢材料抽真空保持30min，抽真空的真空度要求为10-2Pa。吸氢材料激活后即得成本。
实例3
制备锆钒铁合金时，采用真空感应炉熔炼合金，熔炼温度约为2200℃，熔炼得到的合金铸锭在1100℃、氮气气氛保护条件下热处理70h。热处理后的锆钒铁合金切割为块状，其尺寸为(200mm)(长)×(200mm)(宽)×(10mm)(高)。合金表面清洁、打磨处理后，采用化学镀方法在锆钒铁合金表面包覆钯铂铜合金膜，钯铂铜合金膜的厚度为10μm。然后，将吸氢材料清洗、干燥后进行激活，激活工艺为：400℃下，将吸氢材料抽真空保持60min，抽真空的真空度要求为10-1Pa。吸氢材料激活后即得成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种核设施事故后用吸氢材料的配置工艺，其特征在于，工艺流程如下：
锆钒铁合金熔炼步骤：采用真空电弧炉或真空感应炉熔炼合金，熔炼温度为1900～2200℃，熔炼得到的合金铸锭在900～1100℃、惰性气氛保护条件下热处理70～160h，所述惰性气氛为氩气或氦气；
热处理步骤：将锆钒铁合金置于管式炉中，在900～1100℃，惰性保护气氛(氩气或氮气)下热处理70～160h，随后随炉冷却至室温；
切割步骤：锆钒铁合金切割成小块；
镀膜步骤：钯铂铜合金膜以化学镀膜法包覆于锆钒铁合金表面；
激活步骤：上述镀膜锆钒铁合金在400～500℃下，抽真空保持10～60min。
2.如权利要求1所述的核设施事故后用吸氢材料的配置工艺，其特征在于，所述锆钒铁合金切割的长宽高比为：(10～200mm)×(10～200mm)×(2～10mm)。
3.如权利要求1所述的核设施事故后用吸氢材料的配置工艺，其特征在于，所述钯铂铜合金膜的厚度为2～10μm。
4.如权利要求1所述的核设施事故后用吸氢材料的配置工艺，其特征在于，所述抽真空的真空度要求为10-1～10-2Pa。
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