DE1197302B - Device for electrolytic pickling and electroplating of cylindrical metal objects, especially uranium rods - Google Patents
Device for electrolytic pickling and electroplating of cylindrical metal objects, especially uranium rodsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.: Int. Cl .:
C23bC23b
Deutsche Kl.: 48 a-5/68German class: 48 a-5/68
Nummer: 1197 302Number: 1197 302
Aktenzeichen: E 22238 VI b/48 aFile number: E 22238 VI b / 48 a
Anmeldetag: 12. Januar 1962 Filing date: January 12, 1962
Auslegetag: 22. Juli 1965Opening day: July 22, 1965
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrolytischen Beizen und Galvanisieren zylindrischer Metallgegenstände, insbesondere Uranstäbe für Brennstoffelemente von Kernreaktoren.The invention relates to a device for electrolytic pickling and electroplating of cylindrical Metal objects, in particular uranium rods for fuel elements of nuclear reactors.
Bekanntlich sind bei Kernreaktoren mit natürlichem Uran die Brennstoffstäbe zum Schütze des Urans vor der Korrosionswirkung des strömungsfähigen Kühlmittels in Aluminiumhüllen eingeschlossen. Auch ist bekannt, daß man, sogar bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen (2000C), eine Erscheinung sehr schneller Diffusion des Urans in die Aluminiumhülle hinein unter Bildung von Verbindungen feststellt, die auf Grund ihrer Sprödigkeit durch das in dem Reaktor zirkulierende strömungsfähige Kühlmittel leicht korrodiert und zerstört werden können.It is known that in nuclear reactors with natural uranium, the fuel rods to protect the uranium from the corrosive effects of the flowable coolant are enclosed in aluminum shells. It is also known that, even at relatively low temperatures (200 ° C.), a phenomenon of very rapid diffusion of uranium into the aluminum shell is observed with the formation of compounds which, due to their brittleness, are easily corroded by the fluid coolant circulating in the reactor and can be destroyed.
Zum Beseitigen dieses Mangels hat man versucht, das Auftreten der Diffusionserscheinung dadurch zu unterbinden, daß man zwischen dem Uranstab und der Aluminiumhülle eine die Aufgabe eines Diffusionsschutzes erfüllende dünne Schicht aus Metall, einer Legierung oder einem Oxyd einfügt.In order to remedy this deficiency, attempts have been made to prevent the diffusion phenomenon from occurring prevent the task of diffusion protection between the uranium rod and the aluminum shell filling thin layer of metal, an alloy or an oxide.
Das wesentliche Material eines wirksamen Diffusionsschutzes muß außer einer gewissen Anzahl von recht präzisen Eigenschaften (gute Wärmeleitfähigkeit, zwischen dem Dehnungskoeffizienten von Uran und dem von Aluminium liegender Dehnungskoeffizient, geringer wirksamer Neutronen-Absorptionsquerschnitt, die Fähigkeit, selbst bei niedrigeren Temperaturen die Diffusion von Uran in Aluminium und umgekehrt zu verhindern) die Eigenschaft besitzen, daß es ^ich auf den Uranstab so aufbringen läßt, daß der erzielte Überzug sehr stark haftet, nicht spröde, jedoch massiv ist und überall eine konstante Dicke hat.The essential material of an effective diffusion protection must besides a certain number of quite precise properties (good thermal conductivity, between the expansion coefficient of uranium and the expansion coefficient of aluminum, lower effective neutron absorption cross-section, the ability to diffuse uranium in aluminum even at lower temperatures and vice versa) have the property that I apply it to the uranium rod in this way allows the coating obtained to adhere very strongly, not to be brittle, but to be massive and constant everywhere Thickness has.
In verschiedenen Staaten sind bereits Untersuchungen an Diffusionsschutzschichten vorgenommen worden, und man hat bereits Verfahren zum galvanischen Aufbringen dünner Metallüberzüge auf einer Uranfläche ausgearbeitet. Allerdings sind die nach diesen bekannten Verfahren erzielten Niederschläge nicht ganz zufriedenstellend, weil sie nicht ausreichend stark an dem Uran haften, zu porös und zu spröde sind und eine nicht an allen Stellen konstante Dicke aufweisen.Investigations on diffusion protection layers have already been carried out in various countries and methods of applying thin metal coatings by electroplating have been found elaborated on a uranium surface. However, the precipitates obtained by these known methods are not entirely satisfactory because they do not adhere sufficiently strongly to the uranium, are too porous and are too brittle and have a thickness that is not constant at all points.
Tatsächlich bereitet das galvanische Aufbringen von Niederschlagen auf Uran infolge der Eigenart
dieses Elementes (orthorhombisches Kristallgefüge, hohe Oxydierbarkeit) immer noch beachtliche
Schwierigkeiten. Außerdem ist die Güte des Nieder-Schlages von den Eigenschaften des verwendeten
Bades von der Einrichtung zum Beizen der Uran-Vorrichtung zum elektrolytischen Beizen und
Galvanisieren zylindrischer Metallgegenstände,
insbesondere von UranstäbenIn fact, the galvanic application of deposits on uranium still causes considerable difficulties due to the peculiarity of this element (orthorhombic crystal structure, high oxidizability). In addition, the quality of the precipitation depends on the properties of the bath used, from the device for pickling the uranium device for electrolytic pickling and electroplating of cylindrical metal objects,
especially of uranium rods
Anmelder:Applicant:
Europäische Atomgemeinschaft (Euratom),European Atomic Energy Community (Euratom),
BrüsselBrussels
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. R. Müller-BörnerDipl.-Ing. R. Müller-Borner
und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. H.-H. Wey, patent attorneys,
Berlin 33, Podbielskiallee 68Berlin 33, Podbielskiallee 68
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Francesco Brossa, Poirino, Turin (Italien);Francesco Brossa, Poirino, Turin (Italy);
Denis Tytgat, Mol (Belgien)Denis Tytgat, Mol (Belgium)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Italien vom 14. Januar 1961 (52/489)Italy of January 14, 1961 (52/489)
fläche und letztlich davon abhängig, ob die verschiedenen Stellen der Oberfläche des Uranstabes während der elektrolytischen Behandlung dem Bad mehr oder weniger gleichmäßig ausgesetzt werden.area and ultimately depends on whether the different Place the surface of the uranium rod in the bath more during the electrolytic treatment or less evenly exposed.
Es ist bereits ein Verfahren zum Beizen einer Uranfläche auf elektrolytischem Wege und zum nachfolgenden Beschichten dieser Fläche vorgeschlagen worden, wobei die beschichtete Fläche, nachdem sie gemäß diesem Verfahren gebeizt worden ist, zur Aufnahme haftender und massiver galvanischer Niederschläge verschiedener Metalle geeignet ist. Jedoch ist die so erzielte Uranfläche sehr aktiv, durch Oxyd leicht angreifbar und also ziemlich empfindlich.It is already a process for the electrolytic pickling of a uranium surface and for Subsequent coating of this area has been proposed, with the coated area after it has been pickled according to this process to absorb adhesive and massive galvanic deposits different metals is suitable. However, the uranium surface obtained in this way is very active, due to oxide easily attackable and therefore quite sensitive.
Die aufgezeigten Nachteile werden erfindungsgemäß vermieden durch eine auf einem Badbehälterrand horizontal gelagerte, in oszillierende Drehbewegung versetzbare Achse, auf der zwei halbzylindrische Blechelektroden mit ihrer offenen Seite gegeneinander axial über Traversen und zwei gegeneinander schräggestellte, die Metallgegenstände auf-The disadvantages shown are avoided according to the invention by a bath container edge horizontally mounted axis that can be set in oscillating rotary motion, on which two semi-cylindrical sheet metal electrodes with their open side axially against each other via cross members and two mutually inclined, the metal objects
509 627/256509 627/256
nehmende kreisförmige, elektrisch isolierte Träger mit einem die Radien der zylindrischen Blechelektroden überschreitenden Radius angenähert koaxial über einen starr mit der Achse verbundenen Rahmen befestigt sind, und durch parallele Führungen zur Verhinderung einer Verschiebung der Metallgegenstände in axialer Richtung, die über ein Mittelteil, das ein biegsames Metallband zur elektrischen Kontaktierung des Metallkörpers an seiner Unterseite trägt, verbunden sind. Auf diese Weise werden die Metallgegenstände dazu gezwungen, auf einem Träger so zu rollen, daß ihre Lagen in bezug auf die Elektroden stetig geändert und die für das Erzielen einer gleichmäßigen Korrosion sowie eines gleichmäßigen Überzuges ihrer Oberflächen optimalen Bedingungen hergestellt werden.carrying circular, electrically insulated carriers approximately coaxially over a radius exceeding the radii of the cylindrical sheet metal electrodes a frame rigidly connected to the axle are attached, and by parallel guides for prevention a displacement of the metal objects in the axial direction, which via a central part, which is a flexible metal band for making electrical contact with the metal body on its underside, connected are. In this way, the metal objects are forced to roll on a carrier in such a way that that their positions in relation to the electrodes are constantly changing and those for achieving a uniform one Corrosion and a uniform coating of their surfaces created optimal conditions will.
Damit wird das elektrolytische Beizen der zylindrischen Metallgegenstände in verschiedenen Bädern und der Transport des gebeizten Gegenstandes in des galvanische Bad hinein mittels eines einfachen Vorgangs bei schneller Ausführung ermöglicht. Ferner werden Berührungen mit den Metallgegenständen verhindert und die sich daraus in dem Bereich hoher Aktivität und hoher Oxydierbarkeit der gebeizten Fläche ergebenden Nachteile vermieden.This enables the electrolytic pickling of cylindrical metal objects in various baths and the transport of the pickled object into the electroplating bath by means of a simple operation when executed faster. Contact with the metal objects is also prevented and the resulting in the range of high activity and high oxidizability of the pickled Area-resulting disadvantages are avoided.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigtThe invention is described below for an exemplary embodiment with reference to the drawings. It shows
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der auf einem Galvanisiertrog angebrachten Einrichtung nach der Erfindung,F i g. Figure 1 is a perspective view of an embodiment of the mounted on a plating trough Device according to the invention,
F i g. 2 einen senkrechten Schnitt nach der Linie I-I in F i g. 1 undF i g. 2 shows a vertical section along the line I-I in Fig. 1 and
F i g. 3 einen senkrechten Schnitt nach der Linie II-IIinFig.2.F i g. 3 a vertical section along the line II-II in FIG. 2.
Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus zwei halbzylindrischen Blechelektroden 3 und 4, die mit HiWe von zwei Traversen 2 und 2' starr mit der Achsel des Zylinders verbunden sind. Die beiden Blechelektroden 3 und 4, die zum Erleichtern des Entgasens während des elektrolytischen Beizens und Galvanisierens aus durchbrochenem Metallblech hergestellt sind, haben untereinander allgemein ungleiche Durchmesser. Die eine Elektrode dient zum Beizen und die andere zum Galvanisieren. Mit der Achse 1 ist ein Rahmen 5 starr verbunden, an dem zwei ringförmige, zueinander schräggestellte, mit Polyäthylen überzogene Metallträger 6 und 6' befestigt sind. Auf diesen Trägern ruht der dem Beiz- und Galvanisiervorgang auszusetzende zylinderförmige Gegenstand 7.The device consists essentially of two semi-cylindrical sheet metal electrodes 3 and 4, which are rigidly connected to the axilla of the cylinder by means of two crossbars 2 and 2 '. The two sheet-metal electrodes 3 and 4, which are made of perforated sheet metal to facilitate degassing during electrolytic pickling and electroplating, generally have different diameters from one another. One electrode is used for pickling and the other for electroplating. A frame 5 is rigidly connected to the axis 1, to which two ring-shaped, mutually inclined, polyethylene-coated metal supports 6 and 6 'are attached. The cylindrical object 7 to be exposed to the pickling and electroplating process rests on these carriers.
Die Enden der Achsel liegen in auf dem Rand des Troges 8 vorgesehenen geeigneten Vertiefungen. Eins der Enden ist über eine Kurbeleinrichtung 9 mit einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung verbunden. Diese Antriebseinrichtung vermittelt der gesamten Einrichtung eine oszillierende Bewegung, durch die der zylindrische Gegenstand? dazu gezwungen wird, abwechselnd in die eine oder andere Richtung zu rollen. Außerdem ändert diese Bewegung stetig den Stützpunkt des Gegenstandes auf den zueinander schräggestellten Trägern 6 und 6' sowie den den Elektroden zugekehrten Oberflächenabschnitt.The ends of the axilla lie in suitable depressions provided on the edge of the trough 8. One of the ends is connected to a drive device (not shown) via a crank device 9. This drive device gives the entire device an oscillating movement, through which the cylindrical object? forced to do so will alternately roll in one direction or the other. It also changes this movement steadily the support point of the object on the mutually inclined carriers 6 and 6 'as well as the the surface portion facing the electrodes.
Eine solche oszillierende Bewegung ändert den Anoden-Kathoden-Abstand nicht. Die möglichen Bewegungen des zyimderförmigen Gegenstandes 7 in Richtungen quer zu den kreisförmigen, zueinander schräggestellten Trägern 6 und 6' werden durch eine auf den Boden gestellte Vorrichtung verhindert.Such an oscillating movement does not change the anode-cathode distance. The possible movements of the cylindrical object 7 in directions transverse to the circular, to each other inclined supports 6 and 6 'are prevented by a device placed on the floor.
Diese Vorrichtung enthält zwei geradlinige, zu den Trägern 6 und 6' parallel verlaufende und durch ein Mittelteil 11 voneinander getrennt gehaltene Führungen 10 und 10' aus Polyäthylen. In der Mitte dieses Abstandstückes, und zwar parallel zu den Führungen 10 und 10', ist ein biegsames Teil 12 angeordnet, das mit dem zylindrischen Gegenstand? an seinem unteren Abschnitt, d.h. an einer Stelle, an der es die Elektrolyse nicht stört, in Berührung steht.This device contains two rectilinear, parallel to the supports 6 and 6 'and through a Central part 11 held separately from one another guides 10 and 10 'made of polyethylene. In the middle of this Spacer, parallel to the guides 10 and 10 ', a flexible part 12 is arranged, the one with the cylindrical object? at its lower section, i.e. at one point that it does not interfere with the electrolysis, is in contact.
Die Biegsamkeit des Kontaktteiles ist so gewählt, daß jegliche Abreibungsgefahr für den zylindrischen Gegenstand 7 verhindert wird.The flexibility of the contact part is chosen so that any risk of abrasion for the cylindrical Item 7 is prevented.
Die Beizelektrode (Kathode) besteht aus Nickeloder rostfreiem Stahlblech. Sie ist austauschbar und hat einen Durchmesser, der um so größer ist, je kleiner der zu beizende zylindrische Gegenstand oder je höher der elektrische Widerstand des Beizbades ist. Die Elektrode (Anode) für das Galvanisieren besteht aus dem aufzubringenden Material oder beispielsweise im Falle eines Verchromungsverfahrens aus einem inerten Metall, wie Blei. Im allgemeinen ist der Durchmesser der Anoden im Interesse der Homogenität des Niederschlages kleiner als der der Kathoden.The pickling electrode (cathode) consists of nickel or stainless steel sheet. It is interchangeable and has a diameter that is larger, the smaller the cylindrical object to be pickled or the higher the electrical resistance of the pickling bath. The electrode (anode) for electroplating is made up of from the material to be applied or, for example, in the case of a chrome plating process an inert metal like lead. In general, the diameter of the anodes is in the interest of The homogeneity of the deposit is less than that of the cathode.
Die Arbeitsgänge, die zum Überziehen eines zylinderförmigen Gegenstandes, wie z.B. eines Uranstabes, mit der Einrichtung nach der Erfindung durchzuführen sind, sind folgende: Man legt den Gegenstand in der zum Beizen bestimmten Zone der Trommel zwischen die Führungen und auf die kreisförmigen, zueinander schräggestellten Träger, taucht das Ganze in die mit beizender Flüssigkeit gefüllte Wanne und führt den Beizvorgang durch. Dann hebt man die Trommel aus dem Beiztrog heraus und taucht die ganze Einrichtung zum Waschen des Stabes in Wasser. Darauf dreht man die Trommel um 180° um ihre eigene Achse, so daß der Stab in den für das Überziehen bestimmten Abschnitt der Trommel übergeht. Schließlich bringt man die Trommel in den Galvanisiertrog ein.The operations required to coat a cylindrical Objects, such as a uranium rod, to be carried out with the device according to the invention are as follows: Object in the area of the drum intended for pickling, between the guides and on the circular, The carrier, which is inclined to one another, dips the whole thing into the acidic liquid Tub and carries out the pickling process. Then you lift the drum out of the pickling trough and submerges the entire facility for washing the rod in water. Then you turn the drum by 180 ° around its own axis, so that the rod is in the section of the drum intended for the coating transforms. Finally, the drum is placed in the electroplating trough.
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