DE1211464B - Verfahren zum stromlosen Abscheiden eines festhaftenden UEberzuges aus einer Chrom-Mangan-Legierung auf Gegenstaenden aus Uran, Transuranen oder deren Legierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zum stromlosen Abscheiden eines festhaftenden Überzuges aus einer Chrom-Mangan-Legierung auf Gegenständen aus Uran, Transuranen oder deren Legierungen Bei der Verwendung von Uran, Transuranen oder deren Legierungen mit einer Umhüllung aus Aluminium als Brennstoffelemente für Kernreaktoren ist man aus mehreren Gründen gezwungen, zwischen Uran und Aluminium eine dünne Metallschicht, die in den meisten Fällen aus Nickel besteht, vorzusehen. Die Nickelschicht hat zwei Aufgaben zu erfüllen. Erstens soll sie die unerwünschte Reaktion zwischen Uran und Aluminium unter Bildung der intermetallischen Verbindung UAl., die zur baldigen Zerstörung der Aluminiumumhüllung im Reaktorbetrieb führen würde, verhindern. Zweitens soll sie durch eine innige Diffusionsverbindung mit Uran einerseits und Aluminium andererseits die feste Verbindung zwischen dem Brennstoff und der Umhüllung und damit einen guten Wärmeübergang gewährleisten.
• Es hat sich jedoch herausgestellt, daß man auf Uran und seinen Legierungen Metalle, so auch Nikkel, nicht galvanisch abscheiden kann, ohne daß sich auf dem Uran eine Oxydschicht bildet, die eine Haftung auf Grund atomarer Bindungskräfte und auch eine spätere Diffusionsverbindung zwischen beiden Metallen ganz oder teilweise verhindert. Diese OxydbIldung, die zunächst nicht erkennbar ist, findet außer in Wasser enthaltende Medien auch in sauerstoffhaltigen Medien, z. B. in Luft, statt. Die durch Wasser enthaltende Medien gebildete Oxydhaut wird erkennbar durch eine Schwarzfärbung derselben bei Erhitzen auf höhere Temperaturen. Die Schwarzverfärbung findet auch unter sehr dicken galvanischen Schichten, die die Uranproben allseits umgeben und einen Zutritt von Sauerstoff von außen mit SicherheiI unmöglich machen. statt.
• Man ist daher allgemein dazu übergegangen, die Uranoberflächen aufzurauhen, um so wenigstens eine mechanische Haftfest;,-keit .#« erreichen. Diese Aufrauhung kann durch Strahlen mit Stahlkies oder durch spezielle chemische Beizverfahren erreicht werden. Bei der. durch Aufrauhuna der Uranoberflächen bedingt haftfest gemachten Nickelschichten gelin;,gt es nicht oder nur in sehr beschränktem Umfang, z. B. punktweise mittels eines unter Druck und höherer Temperatur durdrgefiihrten Diffusionsprozesses, zwischen beiden Metallen haftfeste Diffusionsverbindungen durch Bildung entsprechender intermetallischer Phasen zu erreichen. Brennstoffelemente in der obenerwähnten Ausführung können thcrrnisch und mechanisch nur in beschränktem Umfang belastet werden, ohne daß sich die Umhüllung von dem Brennstoff löst.
• Eine haftfeste Verbindung zwischen Uran und anderen Metallen kann somit nur erreicht werden, wenn es gelingt, das Uran durch eine sehr dünne metallische Schicht mittels eines Prozesses, bei dem die obenerwähnte Oxydbildung vermieden wird, abzudecken. Die metallische Schicht muß so beschaffen sein, .d@aß sich andere Metalle haftfest darauf abscheiden lassen. Erfindungsgemäß besteht daher die Aufgabe, auf Gegenständen aus Uran, Transuranen oder deren Legierungen, z. B. Plutonium, Thorium u. a. m., festhaftende metallische Überzüge aus einer Chrom-Mangan--Legierung abzuscheiden.
• Es wurde nun gefunden, daß durch Tauchen von Teilen aus Uran, Transuranen oder deren Legierungen in eine Chrom- und Mangan-Ionen, insbesondere CrO.; und MnCI., enthaltende wäßrige Lösung, die ferner einen Zusatz von fluor- und/oder chlorhaltigen Säuren und/oder deren Salzen aufweist, sich auf diese haftfest eine metallische Chrom-Mangan-Schicht abscheidet. Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, die zu überziehenden Gegenstände in ein wäßriges Bad zu tauchen, das 20 biss 200 g/1 Cr0- 1.0 bis 100 g/1 MnCl., sowie 1 bis 50g./1 fluor- und/oder chlorhalti-e Säure und/oder deren Salze enthält. Die Qualität dieses Überzuges und die Abscheidungsgeschwindigkeit ist abhängig von der Konzentration der obengenannten Stoffe, .der Badtemperatur, der Art der Uranlegierung und des Gefügestandes derselben.
• So kann für jede Uranlegierung unter Berücksichtigung obiger Gesichtspunkte eine optimale Zusammensetzung der Tauchlösung gefunden werden. Auf die Chrom-Mangan-Schicht können nach gründlichem Spülen in Wasser die verschiedensten Metalle, z. B. Nickel, haftfest galvanisch abgeschieden werden. über diese Zwischenschicht wiederum kann z. B. Aluminium als Umhüllung fest mit dem Uran mittels eines Diffusionsprozesses verbunden werden. Es wird dabei sehr gleichmäßig die erwünschte Diffusionsverbindung zwischen Uran und der Zwischenschicht, z. B. Nickel, erreicht. Diese Verbindung ist thermisch wie mechanisch wesentlich höher belastbar als die bisher hergestellten.
• In besonderen Fällen kann nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung die Qualität,des überzuges durch Zusatz von Salzen der Metalle der vierten Gruppe des Periodischen Systems verbessert werden. Anwendungsbeispiel Erzeugung eines metallischen Chrom-Mangan-Überzuges auf einer U-3,5 o/o-Mo-0,1 o/o-Al-Legierung.
• Die auf Fertigmaß bearbeiteten Teile aus der Uranlegierung werden in der üblichen Weise entfettet und in einer Lösung aus zwei Teilen H.,P04 und einem Teil Methylalkohol anodisch poliert. Danach werden die Teile etwa 20 bis 30 Minuten lang in einer Lösung, bestehend aus 80 g/1 Cr03, 40 g/1 MnC12, 5 g/1 HF, getaucht. Nach dieser Zeit haben sich die Uranteile mit einer festhaftenden dunkelgrauen Chrom-Mangan-Schicht überzogen. Darauf werden die Teile gründlich in Wasser gespült und können .dann in der üblichen Weise galvanisch vernickelt werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum stromlosen Abscheiden eines festhaftenden überzuges aus einer Chrom-Mangan-Legierung auf Gegenständen aus Uran, Transuranen oder deren Legierungen für das anschließende galvanische Aufbringen einer weiteren Metallschicht, insbesondere zur Herstellung von Brennstoffelementen aus Uran oder seinen Legierungen für Kernreaktoren, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zum überziehen der Gegenstände ein wäßriges Tauchbad, das 20 bis 200 g/1 Chrom(III)-oxyd, 10 bis 100 g/1 Mangan(II)-chlorid sowie 1 bis 50 g/1 Fluor- und/oder Chlorsäure und/oder deren Salze enthält, verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem wäßrigen Bad Salze der Metalle der vierten Gruppe des Periodischen Systems zugesetzt werden.