CN112557292A - 一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法 - Google Patents
一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112557292A CN112557292A CN202011370954.3A CN202011370954A CN112557292A CN 112557292 A CN112557292 A CN 112557292A CN 202011370954 A CN202011370954 A CN 202011370954A CN 112557292 A CN112557292 A CN 112557292A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zirconium alloy
- water
- heating furnace
- temperature
- alloy coating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
本发明公开了一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法,该装置包括架体、井式加热炉、蒸汽氧化反应室和供水机构,架体为中空结构,供水机构包括给水箱和蓄水箱,蓄水箱的顶部设置有进气接头,进气接头通过通气管与氩源连接,通气管上设置有气阀、气压表和流量表,蒸汽氧化反应室包括套管和法兰,套管伸出井式加热炉的顶部设置有端盖,端盖底部设置有挂钩;该方法包括以下步骤:一、测试前准备;二、锆合金涂层试样和锆合金基体试样的安装;三、锆合金涂层试样和锆合金基体试样的测试;四、锆合金涂层氧化腐蚀性能的获取。本发明设计合理,提高氧化腐蚀测试数据的可靠性,为锆合金基体表面的涂层选择提供参考依据。
Description
技术领域
本发明属于高温水蒸汽氧化腐蚀装置技术领域,尤其是涉及一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法。
背景技术
锆合金因具有加工性能好、耐腐蚀性能高、机械强度好、热中子吸收率低等一系列优点,是核反应堆核燃料密封外壳的首选材料。但是锆合金在>1000℃的失水事故条件下极易与水反应,释放大量氢气和热量,从而造成严重事故。在现有锆合金材料体系表面覆耐高温水蒸气腐蚀的涂层可以有效提高燃料包壳材料的事故容错能力,所以要对锆合金表面涂层在高温水蒸汽环境下的抗氧化性能进行研究,从而为锆合金及其防护涂层体系的在核反应堆工程的应用提供理论支撑。
因此,为了更加真实的模拟核反应堆的失水事故工况,超高温水蒸汽氧化腐蚀装置就成为了一种需要,目前的水蒸汽氧化腐蚀装置还存在以下不足:第一,水蒸汽氧化腐蚀装置无法保障氧化室内水蒸气纯度,影响试验数据可靠性;第二,水蒸汽氧化腐蚀装置结构过于复杂,导致成本过高,组装难度大、不易操作。
因此,现如今缺少一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法,设计合理,易于组装,成本较低,提高了蒸汽氧化反应室中水蒸气纯度,提高了氧化腐蚀测试数据的可靠性,从而为锆合金基体表面的涂层选择提供参考依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其设计合理,易于组装,成本较低,提高了蒸汽氧化反应室中水蒸气纯度,提高了氧化腐蚀测试数据的可靠性,从而为锆合金基体表面的涂层选择提供参考依据。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:包括架体、设置在所述架体上的井式加热炉、设置在井式加热炉中的蒸汽氧化反应室和设置在所述井式加热炉底部且与蒸汽氧化反应室连通的供水机构,所述架体为中空结构;
所述供水机构包括给水箱和与给水箱连通的蓄水箱,所述蓄水箱的顶部设置有进气接头,所述进气接头通过通气管与氩源连接,所述通气管上设置有气阀、气压表和流量表;
所述蒸汽氧化反应室包括穿设在井式加热炉中的套管和安装在套管顶部的法兰,所述套管通过井式加热炉的底部伸入蓄水箱中,且所述套管的底部高于蓄水箱的底部,所述套管伸出井式加热炉的顶部设置有端盖,所述端盖底部设置有多个锆合金基体试样和锆合金涂层试样安装的挂钩,所述挂钩伸入所述套管内,所述挂钩和井式加热炉的顶部之间设置有间隙。
上述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述架体包括加热炉底座和设置在所述加热炉底座底部的炉体支架,所述炉体支架包括四个对称布设在加热炉底座底部的竖直杆和连接在相邻两个竖直杆之间的横杆,四个所述横杆上设置有底板,所述给水箱位于底板上,所述给水箱的底部和蓄水箱的底部相齐平,所述给水箱通过水流传输管和蓄水箱连通,所述水流传输管上设置有供水阀。
上述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述套管包括第一管段和与第一管段一体成型的第二管段,所述第二管段的外径小于第一管段的外径,所述第二管段的外侧面与第一管段的外侧面的连接处形成台阶面,所述第二管段的内径小于第一管段的内径,所述第一管段的底部伸出井式加热炉的底部,所述第二管段伸入蓄水箱中;
所述蓄水箱的顶部设置有供第二管段伸入的开口部,所述开口部上围设有竖向板,所述竖向板的顶部和所述台阶面之间设置有下耐高温硅橡胶密封圈。
上述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述端盖包括上端盖和设置在上端盖底部的凸台,所述上端盖为中空结构,所述上端盖的一端上设置有进水管,所述上端盖的另一端上设置有回水管,所述进水管中通入冷却水;
所述凸台伸入所述套管顶部内,多个所述挂钩位于所述凸台的底部,所述凸台上套设有上耐高温硅橡胶密封圈,所述上耐高温硅橡胶密封圈位于上端盖和所述套管顶部的法兰之间。
上述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述端盖的顶部设置负压吸引器,所述上端盖中设置有水蒸汽出口,所述凸台中设置有水蒸汽过渡孔,所述水蒸汽出口的底部和所述水蒸汽过渡孔连通,所述水蒸汽出口的顶部与负压吸引器连通。
上述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述井式加热炉中设置有供蒸汽氧化反应室安装的贯穿通道,所述贯穿通道的顶部延伸至井式加热炉的顶部,所述贯穿通道的底部延伸至井式加热炉的底部;
所述井式加热炉的顶部设置有供法兰安装的法兰支架,所述法兰支架包括连接法兰和多个设置在连接法兰和井式加热炉的顶部之间的支腿,所述支腿的底部与井式加热炉的顶部可拆卸连接,所述法兰和连接法兰通过螺钉可拆卸连接。
上述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述井式加热炉为电阻丝加热炉,所述井式加热炉内还设置有多个温度传感器,多个所述温度传感器通过温度采集模块与温度控制器连接。
同时,本发明还公开了一种设计合理且实现方便、检测准确性高的评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、测试前准备:
步骤101、在井式加热炉的顶部安装法兰支架;
步骤102、将蒸汽氧化反应室中的套管穿过所述法兰支架和井式加热炉,直至所述套管顶部的法兰和所述法兰支架中的连接法兰相贴合,将法兰和连接法兰通过螺钉连接;
步骤103、在所述架体中安装给水箱,给水箱通过水流传输管和蓄水箱连通,蓄水箱上的进气接头通过通气管与氩源连接;其中,所述套管的底部伸入蓄水箱中,所述套管和给水箱的连接处设置下耐高温硅橡胶密封圈;
步骤104、操作供水阀打开,给水箱中的水通过水流传输管进入蓄水箱,直至给水箱中的水位和蓄水箱中的水位相齐平;其中,给水箱中的水位和不高于井式加热炉的底部;
步骤二、锆合金涂层试样和锆合金基体试样的安装:
步骤201、在端盖底部的多个挂钩上分别安装锆合金基体试样和多个锆合金涂层试样;
步骤202、将端盖安装在所述法兰顶部,所述端盖中的凸台伸入所述套管顶部内,并在凸台上套设有上耐高温硅橡胶密封圈,直至上耐高温硅橡胶密封圈与法兰紧密贴合;
步骤203、将端盖上的进水管与冷却水箱连通,冷却水箱中的冷却水通过进水管进入端盖上的上端盖,为所述上端盖提供冷却水,所述冷却水经上端盖后并经回水管,进入回收水箱;
步骤三、锆合金涂层试样和锆合金基体试样的测试:
步骤301、操作井式加热炉开始加热,同时操作气阀打开,为给水箱和所述套管内通入氩气;
步骤302、在井式加热炉开始加热的过程中,多个温度传感器对井式加热炉内的温度信号进行采集,并将采集到的温度信号发送至温度采集模块,温度采集模块对多个温度信号进行采集并将采集到的多个温度检测值发送至温度控制器;
步骤303、温度控制器对接收到的多个温度检测值进行均值处理,得到炉内温度平均值,并将炉内温度平均值和氧化腐蚀温度设定值进行判断,直至炉内温度平均值满足氧化腐蚀温度设定值;
步骤304、井式加热炉中炉内温度平均值满足氧化腐蚀温度设定值后,井式加热炉处于保温状态,井式加热炉产生的热量使蓄水箱6内的水受热产生水蒸汽上升到蒸汽氧化反应室内,锆合金基体试样和锆合金涂层试样在水蒸汽作用下发生氧化腐蚀;
步骤305、当达到氧化腐蚀设定时间时,操作井式加热炉停止加热,操作气阀关闭,并拆卸锆合金基体试样和多个锆合金涂层试样;其中,氧化腐蚀设定时间为1h~2h;
步骤四、锆合金涂层氧化腐蚀性能的获取:
上述的方法,其特征在于:所述锆合金涂层试样为锆合金基体且涂覆5μm~20μm的铬层;
步骤301中在为给水箱和所述套管内通入氩气的过程中,气压表对通气管中的气压进行检测,以使通气管中的气压满足0.15MPa~0.3MPa,同时,流量表对通气管中的氩气流量进行检测,以使通气管中的氩气流量满足2L/min~5L/min;
步骤303中氧化腐蚀温度设定值为1200℃~1300℃;
步骤305中氧化腐蚀设定时间为1h~2h。
上述的方法,其特征在于:步骤四中锆合金涂层试样氧化腐蚀性能的获取之后,还进行如下步骤:
步骤A、采用扫描电镜获取锆合金基体试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,通过锆合金基体试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,得到锆合金基体上氧化锆层的厚度;
步骤B、采用扫描电镜获取第i个锆合金涂层试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,通过第i个锆合金涂层试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,得到第i个锆合金涂层试样上氧化铬层的厚度和锆合金基体剩余铬层的厚度。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置结构简单、设计合理且安装布设简便,投入成本较低。
2、所采用的蒸汽氧化反应室置入井式加热炉中,且供水机构与蒸汽氧化反应室连通,是为了井式加热炉产生的热量使供水机构内的水受热产生水蒸汽上升到蒸汽氧化反应室内,从而为锆合金涂层试样的氧化腐蚀提供模拟条件,实现了锆合金涂层试样在超高温水蒸汽下的氧化腐蚀。
3、所采用的供水机构包括给水箱和与给水箱连通的蓄水箱,通过给水箱和蓄水箱连通,一方面,是为了将给水箱中的水通过水流传输管进入蓄水箱,实现蓄水箱的供水;另一方面,是为了通过给水箱的水位获取蓄水箱的水位,从而避免蓄水箱的水位偏低,造成超高温水蒸汽氧化腐蚀环境的不准确。
4、所采用的蓄水箱的顶部设置有进气接头,是为了将氩源中的氩气通过通气管进入给水箱,从而为蒸汽氧化反应室中的套管内通入氩气,氩气进入蒸汽氧化反应室内对锆合金基体试样和锆合金涂层试样形成惰性气氛保护,确保氧化反应室内除水蒸气外无其它杂质气体干扰。
5、所采用的蒸汽氧化反应室和蓄水箱连通且密封,井式加热炉升温及保温过程中产生的大量热辐射会使蓄水箱中的水加热生成水蒸气,并使水蒸气导入蒸汽氧化反应室内,此设计不用增加热源对蓄水箱单独加热产生水蒸气,结构优化,降低成本。
6、所采用的端盖底部设置有多个供锆合金基体试样和锆合金涂层试样安装的挂钩,挂钩伸入所述套管顶部内,从而在水蒸气从下至上运动过程中,有效地与锆合金基体试样和锆合金涂层试样接触,提高了测试的准确性。
7、所采用的评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀方法步骤简单、实现方便且操作简便,确保超高温水蒸汽氧化腐蚀测试的准确。
8、所采用的评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀方法操作简便且使用效果好,首先是测试前准备,其次进行锆合金涂层试样和锆合金基体试样的安装;并对锆合金涂层试样和锆合金基体试样进行测试;最后获取锆合金涂层试样氧化腐蚀性能,判断说明锆合金基体表面的涂层能抗氧化腐蚀,从而为锆合金基体表面的涂层选择提供参考依据,进一步地便于分析评价燃料包壳材料的事故容错能力。
综上所述,本发明设计合理,易于组装,成本较低,提高了蒸汽氧化反应室中水蒸气纯度,提高了氧化腐蚀测试数据的可靠性,从而为锆合金基体表面的涂层选择提供参考依据,进一步地便于分析评价燃料包壳材料的事故容错能力。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置的结构示意图。
图2为本发明评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀方法的流程框图。
附图标记说明:
1—进水管; 2—端盖; 2-1—上端盖;
2-2—凸台; 3—蒸汽氧化反应室; 3-1—第一管段;
3-2—法兰; 3-3—第二管段; 4—加热炉底座;
5—炉体支架; 5-1—竖直杆; 5-2—横杆;
5-3—底板; 6—蓄水箱; 6-1—竖向板;
7—水流传输管; 7-1—供水阀; 8—水管接头;
9—给水箱; 10—上耐高温硅橡胶密封圈;
11—回水管; 12—井式加热炉; 13—温度控制器;
14—温度传感器; 16—温度采集模块;
18—下耐高温硅橡胶密封圈; 19—挂钩;
20—水蒸气出口; 21—进气接头; 21-1—通气管;
21-2—气阀; 21-3—气压表; 21-4—流量表;
22—负压吸引器; 23—氩源; 24—连接法兰;
25—支腿。
具体实施方式
如图1所示的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,包括架体、设置在所述架体上的井式加热炉12、设置在井式加热炉12中的蒸汽氧化反应室3和设置在所述井式加热炉12底部且与蒸汽氧化反应室3连通的供水机构,所述架体为中空结构;
所述供水机构包括给水箱9和与给水箱9连通的蓄水箱6,所述蓄水箱6的顶部设置有进气接头21,所述进气接头21通过通气管21-1与氩源23连接,所述通气管21-1上设置有气阀21-2、气压表21-3和流量表21-4;
所述蒸汽氧化反应室3包括穿设在井式加热炉12中的套管和安装在套管顶部的法兰3-2,所述套管通过井式加热炉12的底部伸入蓄水箱6中,且所述套管的底部高于蓄水箱6的底部,所述套管伸出井式加热炉12的顶部设置有端盖2,所述端盖2底部设置有多个锆合金基体试样和锆合金涂层试样安装的挂钩19,所述挂钩19伸入所述套管内,所述挂钩19和井式加热炉12的顶部之间设置有间隙。
本实施例中,所述架体包括加热炉底座4和设置在所述加热炉底座4底部的炉体支架5,所述炉体支架5包括四个对称布设在加热炉底座4底部的竖直杆5-1和连接在相邻两个竖直杆5-1之间的横杆5-2,四个所述横杆5-2上设置有底板5-3,所述给水箱6位于底板5-3上,所述给水箱9的底部和蓄水箱6的底部相齐平,所述给水箱9通过水流传输管7和蓄水箱6连通,所述水流传输管7上设置有供水阀7-1。
本实施例中,所述套管包括第一管段3-1和与第一管段3-1一体成型的第二管段3-3,所述第二管段3-3的外径小于第一管段3-1的外径,所述第二管段3-3的外侧面与第一管段3-1的外侧面的连接处形成台阶面,所述第二管段3-3的内径小于第一管段3-1的内径,所述第一管段3-1的底部伸出井式加热炉12的底部,所述第二管段3-3伸入蓄水箱6中;
所述蓄水箱6的顶部设置有供第二管段3-3伸入的开口部,所述开口部上围设有竖向板6-1,所述竖向板6-1的顶部和所述台阶面之间设置有下耐高温硅橡胶密封圈18。
本实施例中,所述端盖2包括上端盖2-1和设置在上端盖2-1底部的凸台2-2,所述上端盖2-1为中空结构,所述上端盖2-1的一端上设置有进水管1,所述上端盖2-1的另一端上设置有回水管11,所述进水管1中通入冷却水;
所述凸台2-2伸入所述套管顶部内,多个所述挂钩19位于所述凸台2-2的底部,所述凸台2-2上套设有上耐高温硅橡胶密封圈10,所述上耐高温硅橡胶密封圈10位于上端盖2-1和所述套管顶部的法兰3-2之间。
本实施例中,所述端盖2的顶部设置负压吸引器22,所述上端盖2-1中设置有水蒸汽出口20,所述凸台2-2中设置有水蒸汽过渡孔,所述水蒸汽出口20的底部和所述水蒸汽过渡孔连通,所述水蒸汽出口20的顶部与负压吸引器22连通。
本实施例中,所述井式加热炉12中设置有供蒸汽氧化反应室3安装的贯穿通道,所述贯穿通道的顶部延伸至井式加热炉12的顶部,所述贯穿通道的底部延伸至井式加热炉12的底部;
所述井式加热炉12的顶部设置有供法兰3-2安装的法兰支架,所述法兰支架包括连接法兰24和多个设置在连接法兰24和井式加热炉12的顶部之间的支腿25,所述支腿25的底部与井式加热炉12的顶部可拆卸连接,所述法兰3-2和连接法兰24通过螺钉可拆卸连接。
本实施例中,所述井式加热炉12为电阻丝加热炉,所述井式加热炉12内还设置有多个温度传感器14,多个所述温度传感器14通过温度采集模块16与温度控制器13连接。
本实施例中,所述给水箱9和蓄水箱6上设置有均设置有水管接头8,两个所述水管接头8与水流传输管7连接。
本实施例中,温度控制器13可采用单片机、ARM微控制器等。
本实施例中,温度传感器14为热电偶传感器。
本实施例中,温度采集模块16可参考ITCP-6505热电偶测量模块。
本实施例中,蒸汽氧化反应室3置入井式加热炉12中,且供水机构与蒸汽氧化反应室3连通,是为了井式加热炉12产生的热量使供水机构内的水受热产生水蒸汽上升到蒸汽氧化反应室3内,从而为锆合金涂层试样的氧化腐蚀提供模拟条件,实现了锆合金涂层试样在超高温水蒸汽下的氧化腐蚀。
本实施例中,设置供水机构包括给水箱9和与给水箱9连通的蓄水箱6,通过给水箱9和蓄水箱6连通,一方面,是为了将给水箱9中的水通过水流传输管7进入蓄水箱6,实现蓄水箱6的供水;另一方面,是为了通过给水箱9的水位获取蓄水箱6的水位,从而避免蓄水箱6的水位偏低,造成超高温水蒸汽氧化腐蚀环境的不准确。
本实施例中,蓄水箱6的顶部设置有进气接头21,是为了将氩源23中的氩气通过通气管21-1进入给水箱9,从而为蒸汽氧化反应室3中的套管内通入氩气,氩气进入蒸汽氧化反应室内对锆合金涂层试样形成惰性气氛保护,确保氧化反应室内除水蒸气外无其它杂质气体干扰。
本实施例中,蒸汽氧化反应室3和蓄水箱6连通且密封,井式加热炉12升温及保温过程中产生的大量热辐射会使蓄水箱中的水加热生成水蒸气,并使水蒸气导入蒸汽氧化反应室内,此设计不用增加热源对蓄水箱单独加热产生水蒸气,结构优化,降低成本。
本实施例中,端盖2底部设置有多个锆合金基体试样和锆合金涂层试样安装的挂钩19,挂钩19伸入所述套管顶部内,从而在水蒸气从下至上运动过程中,有效地与锆合金基体试样和锆合金涂层试样接触,提高了测试的准确性。
本实施例中,设置法兰支架,一方面,是为了提升法兰3-2的高度,且实现法兰3-2的固定安装,通过法兰3-2和法兰支架的固定安装,实现顶部带有法兰3-2的套管垂直插入顶底贯通的井式加热炉12中,通过法兰3-2的固定实现套管的固定,确保套管中间部分处于井式加热炉12的有效保温区内;另一方面,实现端盖2位于井式加热炉12的顶部,从而实现挂钩19和井式加热炉12的顶部之间设置有间隙,进而实现锆合金涂层试样和锆合金基体试样与井式加热炉12的顶部之间设置有间隙。
本实施例中,所述套管为金属管。
本实施例中,进一步优选,所述套管为耐高温不锈钢管。
本实施例中,实际使用时,所述负压吸引器22上设置有上压力表,通过上压力表可以获取水蒸汽出口的压力;且所述负压吸引器22的出口设置有集液箱。
本实施例中,实际使用时,调节负压吸引器22的效应强弱,从而可实现管蒸汽氧化反应室3内的水蒸气压力的可调节。
如图2所示的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀方法,包括以下步骤:
步骤一、测试前准备:
步骤101、在井式加热炉12的顶部安装法兰支架;
步骤102、将蒸汽氧化反应室3中的套管穿过所述法兰支架和井式加热炉12,直至所述套管顶部的法兰3-2和所述法兰支架中的连接法兰24相贴合,将法兰3-2和连接法兰24通过螺钉连接;
步骤103、在所述架体中安装给水箱9,给水箱9通过水流传输管7和蓄水箱6连通,蓄水箱6上的进气接头21通过通气管21-1与氩源23连接;其中,所述套管的底部伸入蓄水箱6中,所述套管和给水箱9的连接处设置下耐高温硅橡胶密封圈18;
步骤104、操作供水阀7-1打开,给水箱9中的水通过水流传输管7进入蓄水箱6,直至给水箱9中的水位和蓄水箱6中的水位相齐平;其中,给水箱9中的水位和不高于井式加热炉12的底部;
步骤二、锆合金涂层试样和锆合金基体试样的安装:
步骤201、在端盖2底部的多个挂钩19上分别安装锆合金基体试样和多个锆合金涂层试样;
步骤202、将端盖2安装在所述法兰3-2顶部,所述端盖2中的凸台2-2伸入所述套管顶部内,并在凸台2-2上套设有上耐高温硅橡胶密封圈10,直至上耐高温硅橡胶密封圈10与法兰3-2紧密贴合;
步骤203、将端盖2上的进水管1与冷却水箱连通,冷却水箱中的冷却水通过进水管1进入端盖2上的上端盖2-1,为所述上端盖2-1提供冷却水,所述冷却水经上端盖2-1后并经回水管11,进入回收水箱;
步骤三、锆合金涂层试样和锆合金基体试样的测试:
步骤301、操作井式加热炉12开始加热,同时操作气阀21-2打开,为给水箱9和所述套管内通入氩气;
步骤302、在井式加热炉12开始加热的过程中,多个温度传感器14对井式加热炉12内的温度信号进行采集,并将采集到的温度信号发送至温度采集模块16,温度采集模块16对多个温度信号进行采集并将采集到的多个温度检测值发送至温度控制器13;
步骤303、温度控制器13对接收到的多个温度检测值进行均值处理,得到炉内温度平均值,并将炉内温度平均值和氧化腐蚀温度设定值进行判断,直至炉内温度平均值满足氧化腐蚀温度设定值;
步骤304、井式加热炉12中炉内温度平均值满足氧化腐蚀温度设定值后,井式加热炉12处于保温状态,井式加热炉12产生的热量使蓄水箱6内的水受热产生水蒸汽上升到蒸汽氧化反应室3内,锆合金基体试样和锆合金涂层试样在水蒸汽作用下发生氧化腐蚀;
步骤305、当达到氧化腐蚀设定时间时,操作井式加热炉12停止加热,操作气阀21-2关闭,并拆卸锆合金基体试样和多个锆合金涂层试样;其中,氧化腐蚀设定时间为1h~2h;
步骤四、锆合金涂层氧化腐蚀性能的获取:
本实施例中,所述锆合金涂层试样为锆合金基体且涂覆5μm~20μm的铬层;
步骤301中在为给水箱9和所述套管内通入氩气的过程中,气压表21-3对通气管21-1中的气压进行检测,以使通气管21-1中的气压满足0.2MPa~0.4MPa,同时,流量表21-4对通气管21-1中的氩气流量进行检测,以使通气管21-1中的氩气流量满足2L/min~5L/min;
步骤303中氧化腐蚀温度设定值为1200℃~1300℃;
步骤305中氧化腐蚀设定时间为1h~2h。
本实施例中,步骤四中锆合金涂层试样氧化腐蚀性能的获取之后,还进行如下步骤:
步骤A、采用扫描电镜获取锆合金基体试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,通过锆合金基体试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,得到锆合金基体上氧化锆层的厚度;
步骤B、采用扫描电镜获取第i个锆合金涂层试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,通过第i个锆合金涂层试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,得到第i个锆合金涂层试样上氧化铬层的厚度和锆合金基体剩余铬层的厚度。
本实施例中,实际使用时,还可以根据锆合金基体剩余铬层的厚度说明锆合金基体表面的涂层能抗氧化腐蚀。
本实施例中,所述锆合金基体试样为锆管基体,且锆管基体的外径为6.08mm。
本实施例中,402中I的取值为4,第1个锆合金涂层试样为锆管基体且涂覆5μm的铬层,第2个锆合金涂层试样为锆管基体且涂覆10μm的铬层;第3个锆合金涂层试样为锆管基体且涂覆15μm的铬层;第4个锆合金涂层试样为锆管基体且涂覆20μm的铬层。
综上所述,本发明设计合理,易于组装,成本较低,提高了蒸汽氧化反应室中水蒸气纯度,对锆合金涂层试样和锆合金基体试样进行测试,判断说明锆合金基体表面的涂层能抗氧化腐蚀,从而为锆合金基体表面的涂层选择提供参考依据,进一步地便于分析评价燃料包壳材料的事故容错能力。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:包括架体、设置在所述架体上的井式加热炉(12)、设置在井式加热炉(12)中的蒸汽氧化反应室(3)和设置在所述井式加热炉(12)底部且与蒸汽氧化反应室(3)连通的供水机构,所述架体为中空结构;
所述供水机构包括给水箱(9)和与给水箱(9)连通的蓄水箱(6),所述蓄水箱(6)的顶部设置有进气接头(21),所述进气接头(21)通过通气管(21-1)与氩源(23)连接,所述通气管(21-1)上设置有气阀(21-2)、气压表(21-3)和流量表(21-4);
所述蒸汽氧化反应室(3)包括穿设在井式加热炉(12)中的套管和安装在套管顶部的法兰(3-2),所述套管通过井式加热炉(12)的底部伸入蓄水箱(6)中,且所述套管的底部高于蓄水箱(6)的底部,所述套管伸出井式加热炉(12)的顶部设置有端盖(2),所述端盖(2)底部设置有多个锆合金基体试样和锆合金涂层试样安装的挂钩(19),所述挂钩(19)伸入所述套管内,所述挂钩(19)和井式加热炉(12)的顶部之间设置有间隙。
2.按照权利要求1所述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述架体包括加热炉底座(4)和设置在所述加热炉底座(4)底部的炉体支架(5),所述炉体支架(5)包括四个对称布设在加热炉底座(4)底部的竖直杆(5-1)和连接在相邻两个竖直杆(5-1)之间的横杆(5-2),四个所述横杆(5-2)上设置有底板(5-3),所述给水箱(6)位于底板(5-3)上,所述给水箱(9)的底部和蓄水箱(6)的底部相齐平,所述给水箱(9)通过水流传输管(7)和蓄水箱(6)连通,所述水流传输管(7)上设置有供水阀(7-1)。
3.按照权利要求1所述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述套管包括第一管段(3-1)和与第一管段(3-1)一体成型的第二管段(3-3),所述第二管段(3-3)的外径小于第一管段(3-1)的外径,所述第二管段(3-3)的外侧面与第一管段(3-1)的外侧面的连接处形成台阶面,所述第二管段(3-3)的内径小于第一管段(3-1)的内径,所述第一管段(3-1)的底部伸出井式加热炉(12)的底部,所述第二管段(3-3)伸入蓄水箱(6)中;
所述蓄水箱(6)的顶部设置有供第二管段(3-3)伸入的开口部,所述开口部上围设有竖向板(6-1),所述竖向板(6-1)的顶部和所述台阶面之间设置有下耐高温硅橡胶密封圈(18)。
4.按照权利要求1所述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述端盖(2)包括上端盖(2-1)和设置在上端盖(2-1)底部的凸台(2-2),所述上端盖(2-1)为中空结构,所述上端盖(2-1)的一端上设置有进水管(1),所述上端盖(2-1)的另一端上设置有回水管(11),所述进水管(1)中通入冷却水;
所述凸台(2-2)伸入所述套管顶部内,多个所述挂钩(19)位于所述凸台(2-2)的底部,所述凸台(2-2)上套设有上耐高温硅橡胶密封圈(10),所述上耐高温硅橡胶密封圈(10)位于上端盖(2-1)和所述套管顶部的法兰(3-2)之间。
5.按照权利要求4所述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述端盖(2)的顶部设置负压吸引器(22),所述上端盖(2-1)中设置有水蒸汽出口(20),所述凸台(2-2)中设置有水蒸汽过渡孔,所述水蒸汽出口(20)的底部和所述水蒸汽过渡孔连通,所述水蒸汽出口(20)的顶部与负压吸引器(22)连通。
6.按照权利要求1所述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述井式加热炉(12)中设置有供蒸汽氧化反应室(3)安装的贯穿通道,所述贯穿通道的顶部延伸至井式加热炉(12)的顶部,所述贯穿通道的底部延伸至井式加热炉(12)的底部;
所述井式加热炉(12)的顶部设置有供法兰(3-2)安装的法兰支架,所述法兰支架包括连接法兰(24)和多个设置在连接法兰(24)和井式加热炉(12)的顶部之间的支腿(25),所述支腿(25)的底部与井式加热炉(12)的顶部可拆卸连接,所述法兰(3-2)和连接法兰(24)通过螺钉可拆卸连接。
7.按照权利要求1所述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置,其特征在于:所述井式加热炉(12)为电阻丝加热炉,所述井式加热炉(12)内还设置有多个温度传感器(14),多个所述温度传感器(14)通过温度采集模块(16)与温度控制器(13)连接。
8.一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、测试前准备:
步骤101、在井式加热炉(12)的顶部安装法兰支架;
步骤102、将蒸汽氧化反应室(3)中的套管穿过所述法兰支架和井式加热炉(12),直至所述套管顶部的法兰(3-2)和所述法兰支架中的连接法兰(24)相贴合,将法兰(3-2)和连接法兰(24)通过螺钉连接;
步骤103、在架体中安装给水箱(9),给水箱(9)通过水流传输管(7)和蓄水箱(6)连通,蓄水箱(6)上的进气接头(21)通过通气管(21-1)与氩源(23)连接;其中,所述套管的底部伸入蓄水箱(6)中,所述套管和给水箱(9)的连接处设置下耐高温硅橡胶密封圈(18);
步骤104、操作供水阀(7-1)打开,给水箱(9)中的水通过水流传输管(7)进入蓄水箱(6),直至给水箱(9)中的水位和蓄水箱(6)中的水位相齐平;其中,给水箱(9)中的水位和不高于井式加热炉(12)的底部;
步骤二、锆合金涂层试样和锆合金基体试样的安装:
步骤201、在端盖(2)底部的多个挂钩(19)上分别安装锆合金基体试样和多个锆合金涂层试样;
步骤202、将端盖(2)安装在所述法兰(3-2)顶部,所述端盖(2)中的凸台(2-2)伸入所述套管顶部内,并在凸台(2-2)上套设有上耐高温硅橡胶密封圈(10),直至上耐高温硅橡胶密封圈(10)与法兰(3-2)紧密贴合;
步骤203、将端盖(2)上的进水管(1)与冷却水箱连通,冷却水箱中的冷却水通过进水管(1)进入端盖(2)上的上端盖(2-1),为所述上端盖(2-1)提供冷却水,所述冷却水经上端盖(2-1)后并经回水管(11),进入回收水箱;
步骤三、锆合金涂层试样和锆合金基体试样的测试:
步骤301、操作井式加热炉(12)开始加热,同时操作气阀(21-2)打开,为给水箱(9)和所述套管内通入氩气;
步骤302、在井式加热炉(12)开始加热的过程中,多个温度传感器(14)对井式加热炉(12)内的温度信号进行采集,并将采集到的温度信号发送至温度采集模块(16),温度采集模块(16)对多个温度信号进行采集并将采集到的多个温度检测值发送至温度控制器(13);
步骤303、温度控制器(13)对接收到的多个温度检测值进行均值处理,得到炉内温度平均值,并将炉内温度平均值和氧化腐蚀温度设定值进行判断,直至炉内温度平均值满足氧化腐蚀温度设定值;
步骤304、井式加热炉(12)中炉内温度平均值满足氧化腐蚀温度设定值后,井式加热炉(12)处于保温状态,井式加热炉(12)产生的热量使蓄水箱(6)内的水受热产生水蒸汽上升到蒸汽氧化反应室(3)内,锆合金基体试样和锆合金涂层试样在水蒸汽作用下发生氧化腐蚀;
步骤305、当达到氧化腐蚀设定时间时,操作井式加热炉(12)停止加热,操作气阀(21-2)关闭,并拆卸锆合金基体试样和多个锆合金涂层试样;
步骤四、锆合金涂层氧化腐蚀性能的获取:
步骤401、根据公式得到第i个锆合金涂层试样的氧化增重率Xi;其中,mi表示第i个锆合金涂层试样氧化腐蚀前的重量,m′i表示第i个锆合金涂层试样氧化腐蚀后的重量,si表示第i个锆合金涂层试样的表面积;
9.按照权利要求8所述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀方法,其特征在于:所述锆合金涂层试样为锆合金基体且涂覆5μm~20μm的铬层;
步骤301中在为给水箱(9)和所述套管内通入氩气的过程中,气压表(21-3)对通气管(21-1)中的气压进行检测,以使通气管(21-1)中的气压满足0.15MPa~0.3MPa,同时,流量表(21-4)对通气管(21-1)中的氩气流量进行检测,以使通气管(21-1)中的氩气流量满足2L/min~5L/min;
步骤303中氧化腐蚀温度设定值为1200℃~1300℃;
步骤305中氧化腐蚀设定时间为1h~2h。
10.按照权利要求8所述的一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀方法,其特征在于:步骤四中锆合金涂层试样氧化腐蚀性能的获取之后,还进行如下步骤:
步骤A、采用扫描电镜获取锆合金基体试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,通过锆合金基体试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,得到锆合金基体上氧化锆层的厚度;
步骤B、采用扫描电镜获取第i个锆合金涂层试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,通过第i个锆合金涂层试样氧化腐蚀后的电镜扫描图像,得到第i个锆合金涂层试样上氧化铬层的厚度和锆合金基体剩余铬层的厚度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011370954.3A CN112557292A (zh) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011370954.3A CN112557292A (zh) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112557292A true CN112557292A (zh) | 2021-03-26 |
Family
ID=75046667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011370954.3A Pending CN112557292A (zh) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112557292A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113658727A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-16 | 中山大学 | 一种用于模拟核电站燃料包壳管内过热的装置 |
CN117434015A (zh) * | 2023-12-19 | 2024-01-23 | 常州京洋半导体材料科技有限公司 | 一种硬质碳纤维保温毡涂层的抗氧化测试装置 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5034190A (en) * | 1986-01-31 | 1991-07-23 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus for conducting accelerated corrosion testing of nickel alloys |
CN102539309A (zh) * | 2011-12-16 | 2012-07-04 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种金属材料高温水蒸汽氧化实验装置 |
CN103091239A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-05-08 | 湘潭大学 | 一种模拟和实时测试热障涂层气体腐蚀失效的试验装置 |
CN103335937A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-10-02 | 广州市特种承压设备检测研究院 | 抗高温水蒸气氧化性能模拟和加速测试装置和方法 |
CN204165877U (zh) * | 2014-08-11 | 2015-02-18 | 北京科技大学 | 一种油气防砂筛管高温过滤精度观测装置 |
CN104913979A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-16 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置及试验方法 |
CN105136601A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-09 | 中南大学 | 一种高温热场与复杂气氛环境的静态耦合装置 |
US20150355074A1 (en) * | 2013-01-10 | 2015-12-10 | Xiangtan University | Type of testing equipment for detecting the failure process of thermal barrier coating in a simulted working environment |
CN107966398A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-27 | 东北大学 | 一种模拟高温腐蚀的试验装置 |
CN110553974A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-12-10 | 西安交通大学 | 核反应堆严重事故下结构材料超高温腐蚀实验系统及方法 |
CN111189769A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-22 | 重庆大学 | 一种金属材料高温氧化模拟实验装置及实验方法 |
-
2020
- 2020-11-30 CN CN202011370954.3A patent/CN112557292A/zh active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5034190A (en) * | 1986-01-31 | 1991-07-23 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus for conducting accelerated corrosion testing of nickel alloys |
CN102539309A (zh) * | 2011-12-16 | 2012-07-04 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种金属材料高温水蒸汽氧化实验装置 |
CN103091239A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-05-08 | 湘潭大学 | 一种模拟和实时测试热障涂层气体腐蚀失效的试验装置 |
US20150355074A1 (en) * | 2013-01-10 | 2015-12-10 | Xiangtan University | Type of testing equipment for detecting the failure process of thermal barrier coating in a simulted working environment |
CN103335937A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-10-02 | 广州市特种承压设备检测研究院 | 抗高温水蒸气氧化性能模拟和加速测试装置和方法 |
CN204165877U (zh) * | 2014-08-11 | 2015-02-18 | 北京科技大学 | 一种油气防砂筛管高温过滤精度观测装置 |
CN104913979A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-16 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 一种防腐涂层耐高温高压性能评价试验装置及试验方法 |
CN105136601A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-09 | 中南大学 | 一种高温热场与复杂气氛环境的静态耦合装置 |
CN107966398A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-27 | 东北大学 | 一种模拟高温腐蚀的试验装置 |
CN110553974A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-12-10 | 西安交通大学 | 核反应堆严重事故下结构材料超高温腐蚀实验系统及方法 |
CN111189769A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-22 | 重庆大学 | 一种金属材料高温氧化模拟实验装置及实验方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
吴仲行: "《真空熔结-表面工程实用技术》", 30 June 2016, 冶金工业出版社 * |
唐安平: "《电化学实验》", 31 August 2018, 中国矿业大学出版社 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113658727A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-16 | 中山大学 | 一种用于模拟核电站燃料包壳管内过热的装置 |
CN117434015A (zh) * | 2023-12-19 | 2024-01-23 | 常州京洋半导体材料科技有限公司 | 一种硬质碳纤维保温毡涂层的抗氧化测试装置 |
CN117434015B (zh) * | 2023-12-19 | 2024-02-27 | 常州京洋半导体材料科技有限公司 | 一种硬质碳纤维保温毡涂层的抗氧化测试装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112557292A (zh) | 一种评价锆合金涂层的超高温水蒸汽氧化腐蚀装置及方法 | |
CN213943062U (zh) | 一种用于氨气裂解制氢氮气的反应器 | |
US5719911A (en) | System for monitoring noble metal distribution in reactor circuit during plant application | |
CN109767853A (zh) | 模拟核反应堆失水事故后包壳骤冷破裂实验装置及方法 | |
CN103543096B (zh) | 一种动态高温高压氧化实验装置 | |
CN103217333A (zh) | 动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置及方法 | |
CN105070331B (zh) | 核燃料包壳管在模拟loca工况下性能评价的实验装置 | |
CN113203644A (zh) | 一种高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置及使用方法 | |
CN210166281U (zh) | 高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置 | |
US9001957B2 (en) | Chemistry probe assemblies and methods of using the same in nuclear reactors | |
CN214796779U (zh) | 一种堆内材料变形在线监测辐照装置 | |
CN208044334U (zh) | 连续退火炉水淬槽蒸汽排放装置 | |
CN106929621A (zh) | 一种能及时在线观察高炉风口焦形貌的装置及使用方法 | |
CN203606261U (zh) | 一种动态高温高压氧化实验装置 | |
CN206891249U (zh) | 一种立式换热器排气结构 | |
CN2209762Y (zh) | 锅炉自动排污装置 | |
CN113029848B (zh) | 一种测试核电站安全壳内壁面冷凝液回收效率的试验装置 | |
CN118398254A (zh) | 一种高温气冷堆舱室热量排出装置 | |
CN215525385U (zh) | 一种高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置 | |
CN113124700A (zh) | 一种熔融盐储能换热装置及其操作方法 | |
CN111562148B (zh) | 用于惰性气体中氢的取样装置 | |
CN215413257U (zh) | 一种复合肥水冷塔 | |
CN213995833U (zh) | 一种丙烷脱氢制丙烯的装置 | |
CN208244683U (zh) | 一种甲醇制氢反应器 | |
CN2337404Y (zh) | 适用于任何工况的电接点水位测量筒 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210326 |