DE2034863C3 - Process for the surface treatment of zirconium and zirconium alloys for fuel elements or other nuclear reactor components - Google Patents
Process for the surface treatment of zirconium and zirconium alloys for fuel elements or other nuclear reactor componentsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Zirkon und Zirkonlegierungen für Brennelemente oder andere Kernreaktorbauteile durch Beizen in einem Fluor enthaltenden Bad und anschließende Erzeugung einer OxidschichtThe invention relates to a method for the surface treatment of zirconium and zirconium alloys for fuel assemblies or other nuclear reactor components by pickling in a fluorine-containing bath and subsequent production of an oxide layer
Verfahren zur Reinigung von Zirkonoberflächen durch elektrolytisches Polieren in einem Elektrolyten, der etwa Amrnoniumfluorid und Ammoniumnitrat enthält, um in einer anschiießenden Oxidationsstufe eine korrosionsfeste Oxidoberfläche herzustellen, sind allgemein bekannt (5!E-PS 1 79 120 und DE-PS 11 98 166). Nach erfolgter Reinigung der Oberfläche durch das elektrolytische Polieren wird diese mit Dampf bei hohem Druck und hoher Temperatur für den Oxydationsprozeß beaufschlagt.Process for cleaning zirconium surfaces by electrolytic polishing in an electrolyte, which contains about ammonium fluoride and ammonium nitrate, in a subsequent oxidation stage Making corrosion-resistant oxide surfaces are common known (5! E-PS 1 79 120 and DE-PS 11 98 166). After the surface has been cleaned by the Electrolytic polishing uses steam at high pressure and temperature for the oxidation process applied.
Die bekannten Verfahren machen eine eiektrolytische Reinigung unumgänglich, was zu einer nicht unbeträchtlichen Verteuerung und Koinplizierung des Verfahrensablaufes führt. Auch ist die Möglichkeit, die Fluorid enthaltenden Kontaminationen ausreichend unschädlich zu machen, nicht ausreichend gegeben, was für die Anwendung in Verbindung mit Brennelementen für Kernreaktoren von großer Wichtigkeit ist.The known methods make electrolytic cleaning unavoidable, which leads to one not leads to an insignificant increase in the cost of the process. Also is the possibility of the To make fluoride-containing contaminations sufficiently harmless, what is not given enough is of great importance for use in connection with fuel assemblies for nuclear reactors.
Auch ist ein Verfahren bekannt, mittels welchem gefärbte Oxidüberzüge auf Metallen der Gruppen IV. V und VI des periodischen Systems hergestellt werden können. Es ist in diesem Zusammenhang nicht mehr neu. daß die anodische Oxydation von Zirkon zu farbigen Oberflächenbeschichtungen führt (FR-PS 1241646). Anodische Verfahren, die nur dekorativen Zwecken dienen, sind jedoch nicht zur Herstellung korrosionsbeständiger Oberzüge für den hier interessierenden Zweck geeignet; und die an sie gestellten Anforderungen sind nicht vergleichbar.A method is also known by means of which colored oxide coatings on metals of groups IV. V and VI of the periodic table. It is no longer new in this context. that the anodic oxidation of zirconium leads to colored surface coatings (FR-PS 1241646). However, anodic processes, which are only used for decorative purposes, are not more corrosion-resistant for manufacturing Coverings suitable for the purpose of interest here; and the demands placed on them are not comparable.
Der vorliegenden Problemstellung kommt vielmehr ein bekanntes Verfahren zur Entseuchung radioaktiv kontaminierter Gegenstände und Flachen näher, nach dem die verseuchten Gegenstände einer elektrolytischen Poiieriing Unterzogen werden. Wofür sie als Anöde" Unter vollständigem Untertauchen in einem Eleklrolytbad aufgenommen sind, oder der Elektrolyt wird über die zu entseuchende Fläche schrittweise mittels einef beweglichen Kathode in Umlauf geselz.·, (DD-Ps 24 843). Fluöfid enthaltende Verunreinigungen sind jedoch mit diesem Verfahren allein nicht entfern* bar.Rather, the problem at hand comes into play a known method for the decontamination of radioactively contaminated objects and surfaces closer, according to which the contaminated objects of an electrolytic Poiieriing to be subjected. For what they as Anöde "Under complete immersion in one Electrolyte bath are added, or the electrolyte is circulated gradually over the area to be disinfected by means of a movable cathode. (DD-Ps 24 843). Contaminants containing fluids cannot be removed with this procedure alone * bar.
Bei der Zjrkon-Plattierung von Brennelementen für Kernreaktoren wird bekanntlich ein Oxidüberzug hergestellt, etwa durch die Behandlung der Oberfläche in einem Autoklaven mit Wasser oder Dampf bei hoher Temperatur von ca. 400° C und hohen Drücken von etwa 100 at oder auch durch eine Erhitzung in Sauerstoff.It is known that an oxide coating is used in the zirconium plating of fuel assemblies for nuclear reactors produced, for example, by treating the surface in an autoclave with water or steam at high Temperature of approx. 400 ° C and high pressures of approx. 100 at or by heating in oxygen.
Bevor diese Oxydation durchgeführt wird, muß dieBefore this oxidation is carried out, the
Oberfläche gründlich gereinigt oder gebeizt werden, etwa in einer Mischung von Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und Wasser. Eine geeignete Badlösung für diesen Beizprozeß ist beispielsweiseThe surface can be thoroughly cleaned or stained, for example in a mixture of nitric acid and hydrofluoric acid and water. A suitable bath solution for this pickling process is, for example
HNO3-HF-H2OHNO 3 -HF-H 2 O
in einem Gewichtsverhältnis von 41 — 4—55.in a weight ratio of 41-4-55.
Wenn die Oberfläche des Materials durch diesen üblich durchgeführten Beizvorgang gereinigt worden ist kann bei der nachfolgenden gründlichen Spülung in Wasser die Oberfläche dennoch leicht verunreinigt bzw. kontaminiert sein und hierbei noch mit Fluorid-Verbindung beaufschlagt sein, welche sich sehr nachteilig auf die Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auswirken. Diese Fluorid-Kontaminationen, die als Rückstände auf der Oberfläche zurückbleiben, können durch keines der bekannten Verfahren zufriedenstellend entfernt werden. Auch fehlt es für Zirkon und Zirkonlegierungen an brauchbaren Badlösungen für den Beizvorgang, welche keine Fluor-Verbindungen enthalten. Bei der Verwendung von Fluorid enthaltenden Badlösungen war man bisher bestrebt, den Betrag der FIuorid-Kontamination dadurch herabzusetzen, daß die behandelte Oberfläche so früh als möglich nach dem Beizen mit Wasser abgespült wurde. Insoweit bestand eine Verfahrensregel darin, daß der Abspülvorgang der Oberfläche des Maten.i , nicht mehr als fünf SekundenWhen the surface of the material has been cleaned by this commonly carried out pickling process However, the surface can still be slightly contaminated or contaminated during the subsequent thorough rinsing in water. be contaminated and still be exposed to fluoride compound, which is very disadvantageous affect the corrosion resistance at high temperatures. This fluoride contamination, which as Any residue left on the surface cannot be satisfactory by any of the known methods removed. There is also a lack of usable bath solutions for zirconium and zirconium alloys Pickling process that does not contain any fluorine compounds. When using fluoride containing So far, efforts have been made to reduce the amount of fluoride contamination by the fact that the bath solutions the treated surface was rinsed with water as soon as possible after pickling. To that extent existed a procedural rule is that the rinsing process of the surface of the Maten.i, not more than five seconds
J5 nach dem Beizen auszuführen ist. In der Praxis ist dieses jedoch außerordentlich schwierig durchzuführen.J5 is to be carried out after pickling. In practice this is however, extremely difficult to perform.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es möglich ist, eine längere Zeit für die ÜbertragungThe invention is therefore based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that that it is possible to have a longer time for transmission
-to der gebeizten Gegenstände von der Badlösung in ein Spülbad zur Verfugung /u haben, wobei gleichzeitig die nachteilige FIuorid-Kontamination mit Sicherheit ausgeschlossen werden soll.-to the pickled objects from the bath solution in one Rinse bath available / u have at the same time the disadvantageous fluoride contamination should be excluded with certainty.
Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß nach dem Beizen anodisch dekontaminiert und anodisch oxydiert wird, wobei beide Maßnahmen in einer bewegten 0.01- bis 0.5molaren Alkalilauge, vorzugsweise mit einem Gehalt von 0.5 Gew.% KOH. bei einer Temperatur unterhalb 100" C vorgenommen werden und die Spannung mn nicht mehr als IO V pro Sekunde bis /u einer F.ndspannung von wenigstens 30 V erhöht und die Endpannung so lange aufrechterhalten wird, bis etwa ein konstanter Strom fließt.The object is achieved according to the invention by anodic treatment after the pickling is decontaminated and anodically oxidized, both measures in a moving 0.01 to 0.5 molar Alkali, preferably with a content of 0.5 wt.% KOH. at a temperature below 100 "C and the voltage mn not more than IO V per second up to / u a final voltage of at least 30 V increased and the final voltage is maintained until about a constant current flows.
v, F in wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht in der restlosen Entfernung oder Unschädlichmachung von r !uorid-Verbindungen. welche noch als kleinste Spuren eine außerordentliche Vergrößerung der Korro sionsrate der Oberfläche bewirken würden Da für den Fall, daß eine unerwünschte Fluorid·Kontamination noch Vorliegen sollte, die Oberflächen der bearbeiteten Gegenstände durch Farbinterfefenzefi fleckig erschei* rieft würden, gibt das Verfahren gleichzeitig eine eindeutige Anzeigemöglichkeit der Verunreinigungen, v, F The main advantage of this process consists in the complete removal or rendering harmless of fluoride compounds. which, as the smallest traces, would cause an extraordinary increase in the rate of corrosion of the surface the impurities,
Die hier interessierende Oberflächenbearbeitung von Zirkon oder Zirkonlegierungen ifi Verbindung mit der Herstellung von Brennelementen für Kernreaktoren, die «ils Rohre aus Zirkönmalerial mit nuklearenThe surface treatment of Zirconium or zirconium alloys ifi connection with the production of fuel elements for nuclear reactors, the ils tubes made of zircon material with nuclear
Brennstoffen gefüllt und durch Schweißen verschlossen werden können, ist durch die Zweistufigkeit des Verfahrens besonders einfach und wirkungsvoll, zumal sowohl die anodische Dekontamination, wie auch die anodische Oxydation in ein und demselben Bad erfolgen können, wahlweise jedoch auch getrennt in zwei Bädern.Fuels can be filled and sealed by welding is due to the two-stage nature of the Method particularly simple and effective, especially as both the anodic decontamination and the anodic oxidation can take place in one and the same bath, but optionally also separately in two Baths.
Die Elektrolyt-Flüssigkeit wird bewegt, da die sich an der Oberfläche des Brennelementes sonst ansammelnde Gasschicht zu nicht gleichmäßiger Behandlung führt. Darüber hinaus wird das Fluorid, welches sich von der Oberfläche während der Elektrolyse entfernt, durch die Bewegung besser verteilt.The electrolyte fluid is moving as the is attached The gas layer otherwise accumulating on the surface of the fuel assembly leads to non-uniform treatment. In addition, the fluoride that is removed from the surface during electrolysis is absorbed by the Movement better distributed.
Nachdem die Fluorid-Kontaminationen von der Oberfläche entfernt worden sind oder unschädlich gemacht wurden, wird die schützende Oxidschicht aufgebracht Dabei sind Dekontamination und Oxydation auch gleichzeitig ausführbar.After the fluoride contamination has been removed from the surface or is harmless are made, the protective oxide layer is applied. There are decontamination and oxidation also executable at the same time.
Die anodische Oxydation von Zirkon wird erfindungsgemäß in eir.er bewegten 0,01- bis 0,5molaren Aikalilauge, vorzugsweise und einem Gehalt an 0,5 Gew.-°/o KOH, durchgeführt Bei der Verwendung von verdünnter KOH ist es möglich, einen Überzug aus Zirkon zu erhalten, welcher genauso einen guten Korrosionsschutz bietet wie er durch Autoklavenbearbeitung erhalten wird, vorausgesetzt, daß die nach dem vorliegenden Verfahren vorgeschriebenen Bedingungen aufrechterhalten werden.The anodic oxidation of zirconium is carried out according to the invention in a moving 0.01 to 0.5 molar Alkali hydroxide, preferably and a content of 0.5 % By weight KOH, carried out When using dilute KOH it is possible to make a coating To obtain zirconium, which offers just as good corrosion protection as it does through autoclaving is obtained, provided that the conditions prescribed by the present method be maintained.
Ein Vorteil der Erfindung liegt auch in dem geringen Zeitaufwand für den gesamten Verfahrensablauf. Ein Oxidfilm von 2000 /- wie er durch anodische Oxydation erzielbar ist, ist so unempfindlich gegen Kontamination wie ein Film von 10 000 A Dicke, der in einem Autoklaven erzielbar ist.An advantage of the invention also lies in the low expenditure of time for the entire process sequence. A Oxide film of 2000 / - as it can be achieved by anodic oxidation, is so insensitive to contamination like a film of 10,000 Å thick in one Autoclave is achievable.
Vorteilhaft ist auch, daß die anodisch.: Dekontamination und Oxydation durch die Entwicklung von Sauerstoff an der Anode keinen Wasserstoff in das zirkonhaltige Material eintreten läßt.It is also advantageous that the anodic .: decontamination and oxidation through the development of Oxygen at the anode does not allow hydrogen to enter the zirconium-containing material.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß angewandten anodischen Dekontamination und Oxydation besteht im Gegensatz zu der Bearbeitung in einem Autoklaven darin, daß sie keine Erhöhung der Korrosionsrate bei Bestrahlung bzw. Strahlung hervorbringt, weil die Fehlstellenstruktur in der Oxidschicht in beiden Fällen unterschiedlich ist.There is a further advantage of the anodic decontamination and oxidation used according to the invention in contrast to the processing in an autoclave in that it does not increase the Brings corrosion rate with irradiation or radiation, because the defect structure in the oxide layer in is different in both cases.
Es sind Oberflächen einer Reihe von Zirkonlegierungen behandelt worden, und zwar unter Verwendung des im Handel befindlichen »Zircaloy-2« und »Zircaloy-4«. Hierbei war festzustellen, daß die Legierungszusammensetzung keine unterschiedlichen Wirkungen auf die Beseitigung des Fluorids von der Oberfläche hat.Surfaces of a number of zirconium alloys have been treated using the "Zircaloy-2" and "Zircaloy-4" currently on the market. It was found that the alloy composition does not have different effects on the removal of fluoride from the surface.
Andererseits wurde jedoch gefunden, daß die Dicke der aufgebrachten Oxidüberzüge für unterschiedliche Legierungen etwas differiert Folgende Legierungen wurden mit positiven Ergebnissen behandelt:On the other hand, however, it has been found that the thickness of the applied oxide coatings for different Alloys slightly different The following alloys were treated with positive results:
»Zircaloy-2« mit 1.54% Sn. 0.1 3% Fe"Zircaloy-2" with 1.54% Sn. 0.1 3% Fe
0.09% Cr. 0.05% Ni. Rest Zr
»/ircaloy-4« mit 1.52% Sn. 0.20% Fe.0.09% Cr. 0.05% Ni. Rest Zr
»/ Ircaloy-4« with 1.52% Sn. 0.20% Fe.
0.08% Cr. 0.006% Ni. Rest Zr.0.08% Cr. 0.006% Ni. Rest Zr.
2,5% Nb, 0,5% Ta, Rest Zn
0,7% V, 0,75% Fe, Rest Zf.
L2% Gu1O1SFe1 Rest Zr.
0,2% Sn, 0,09% Fe, 0.07% Ni,
0,14% Nb1 Rest Zr.2.5% Nb, 0.5% Ta, balance Zn
0.7% V, 0.75% Fe, remainder Zf.
L2% Gu 1 O 1 SFe 1 balance Zr.
0.2% Sn, 0.09% Fe, 0.07% Ni,
0.14% Nb 1 balance Zr.
Die angegebenen Prozentzahlen beziehen sich auf öewiehisörozente.The percentages given relate to öewiehisörozente.
Nachfolgend werden Vergleichsversuche mit unterschiedlichen Eiektrolytlösungen näher beschrieben:Comparative tests with different electrolyte solutions are described in more detail below:
»Zircaloy^i-Probestücke wurden mit Fluorid oberflächenkontaminiert, und zwar in folgender Weise: Die Proben wurden in eine Beizbadlösung-gelegt, weiche HNO3-HF-H2O in einem Gewichtsverhältnis von 41-4-55 enthält, wobei die Einlegezeit 3 Minuten betrug. Die Temperatur der Beizflüssigkeit lag bei 33° C. Die Proben wurden dann aus der Badlösung herausgenommen und an der Luft für 20 Minuten aufbewahrt, ohne daß die anhaftende Beizflüssigkeit entfernt worden ist Während dieser Zeit bildete sich unlösliche Oxy- und Hydroxy-Oxid an der Oberfläche der Proben. Die Proben wurden anschließend gründlich gewaschen und getrocknet»Zircaloy ^ i specimens were surface-contaminated with fluoride in the following way: The specimens were placed in a pickling bath solution containing HNO 3 -HF-H 2 O in a weight ratio of 41-4-55, the soaking time being 3 Minutes. The temperature of the pickling liquid was 33 ° C. The samples were then removed from the bath solution and kept in air for 20 minutes without the adhering pickling liquid having been removed. During this time, insoluble oxy- and hydroxy-oxide formed on the surface of the samples. The samples were then thoroughly washed and dried
Die derart mit fluoridkontaminierten Proben wurden einer anodischen Oxydation bei unterschiedlichen Elektrolytlösungen unterzogen. Hierbei kam basische sowie neutrale und saure wäßrige Elektrolytlösungen zur Anwendung. Die unterschiedlichen Elektrolytlösungen, welche verwendet worden sind, sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, enthalten die untersuchten Elektrolyte 0,5 bis 3 Gew.-% eines Salzes, einer Säure oder einer Base. Während aller Testversuche wurde die Temperatur der Eelektrolytlösung bei 20° C gehalten.The samples contaminated with fluoride in this way underwent anodic oxidation at different Subjected to electrolyte solutions. Basic as well as neutral and acidic aqueous electrolyte solutions were used here to use. The different electrolyte solutions that have been used are shown in the table 1 summarized As can be seen from this table, the examined electrolytes contain 0.5 to 3 wt .-% a salt, an acid or a base. During all tests, the temperature of the electrolyte solution was held at 20 ° C.
Die Anodisierung wurde in allen Elektrolytlösungen auf die gleiche Weise ausgeführt. Die Proben wurden hierfür mit der Anode einer Gleichstromquelle verbunden, wobei das Verbindungsmaterial aus »Zircaloy-2« bestand. Die Kathode bestand aus Platin. Zur Durchführung der Elektrolyse wurde der Strom angeschaltet undAnodization was carried out in the same way in all of the electrolyte solutions. The samples were for this purpose connected to the anode of a direct current source, whereby the connecting material made of »Zircaloy-2« duration. The cathode was made of platinum. To carry out the electrolysis, the current was switched on and
die Spannung mit einer Geschwindigkeit von 5 V/pro Sekunde von 0 bis 125 V erhöht. Sobald die Endspannung erreicht war. wurde diese über eine Zeit von 1 Minute konstant gehalten, wobei der Stromfluß in dieser Zeit annähernd konstant war. Anschließend wurden die Probestücke entnommen, in Wasser abgewaschen und getrocknet. Nachfolgend wurden diese Probestücke zusammen mit Bezugsproben einer Korrosionsbearbeitung bei überhitztem Dampf über eine Zeitdauer von 4 Tagen unterworfen, wobei die Temperatur des Dampfesthe voltage increases from 0 to 125 V at a rate of 5 V / per second. Once the final tension was achieved. this was kept constant over a period of 1 minute, the current flow in this Time was almost constant. The specimens were then removed, washed in water and dried. Subsequently, these test pieces were subjected to corrosion processing together with reference samples subjected to superheated steam for a period of 4 days, the temperature of the steam
bei 400" C lag und (l· r aufgewandte Druck 50 kp/cm2 betrug. Das Aussehen der Probestücke nach der Anodisierung bzw. Elektrolysebehandlung und dem Korrosionstest wie auch die Gewichtszunahme, ist in Tabelle 1 zusammengefaßt und aus dieser zu enlneh-was 400 "C and (the pressure applied was 50 kp / cm 2. The appearance of the test pieces after the anodizing or electrolysis treatment and the corrosion test, as well as the weight increase, is summarized in Table 1 and can be taken from this.
men.men.
Entsprechend der American Society for Testing Materials. Specification J5J-64T für Zirkonlegierungen. »Zircaloy-2« und »Zircaloy-4". wurde der Korrosions lest in einem Dampfstrom bei 400"C durchgeführtAccording to the American Society for Testing Materials. Specification J5J-64T for zirconium alloys. "Zircaloy-2" and "Zircaloy-4". The corrosion test was carried out in a steam stream at 400 "C.
Ϊ5 Nachdem das Material diesem Test ausgesetzt worden war. soll es eine gleichmäßige schwarzglän/ende Oxidschicht, frei von weißen und braunen Korrosions produkten besitzen Der Gewichtsgewinn soll geringer als 22 mg/dnv sein. F.ntsprechend dieser SpezifikationΪ5 After the material has been subjected to this test was. it should have an even, shiny black oxide layer, free of white and brown corrosion own products The weight gain should be less than 22 mg / dnv. F. according to this specification
waren die fluoridkontaminierten, nicht anodisieren Probestücke im Korrosionstest nicht zufriedenstellend, Wie darüber hinaus auch einige der anodisierten Probestücke,were the fluoride contaminated, do not anodize Corrosion test specimens unsatisfactory, as well as some of the anodized ones Specimens,
Wie aus der genannten Tabelle ersichtlich ist, wurde ein befriedigendes Aussehen in Verbindung mit geringsten Korrosionserscheinungen nur bei Verwendung folgender Alkaiilaugefi als Elektrolyt erreicht, welche sämtlich eine ausreichende Konzentration vonAs can be seen from the table mentioned, was a satisfactory appearance in connection with the slightest signs of corrosion only when used the following alkali liquor is achieved as an electrolyte, which all have a sufficient concentration of
OH-Ionen enthielten, Zq diesen Alkalilaugen rechnet man auch NH4OH.Contained OH ions, Zq these alkaline solutions are also counted as NH 4 OH.
0,5% NH4OH
0,5% LiOH
0,5% NaOH
0,5% KOH0.5% NH 4 OH
0.5% LiOH
0.5% NaOH
0.5% KOH
Stärkere Korrosionseinwirkungen wurden bei der Anodisierung in NaNO2 festgestellt, während LiNO3 und ICNO3 Oxidschichten oder Filme ohne befriedigendesStronger corrosion effects were found during anodization in NaNO 2 , while LiNO 3 and ICNO 3 oxide layers or films without a satisfactory one
IO Aussehen ergaben, welche jedoch verhältnismäßig niedrige Gewichtszunahmen bei der Aussetzung in einem überhitzten Dampf zeitigten. 10 gave appearances which, however, produced relatively small weight gains on exposure to superheated steam.
Borat bzw. Borsäure-Elektrolyte scheinen in diesem Zusammenhang wenig vorteilhaft zu sein, während auch beispielsweise Sulfate, Sulfite, Karbonate und Phosphate sich als nicht geeignet zur Entfernung von Fluorid-Kontaminationen herausstellten. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die Löslichkeit der Fluorid-Ionen in Lösungen von Ba++ und Ca + + bei niedrigen Temperaturen sehr gering istBorate or boric acid electrolytes seem to be of little advantage in this context, while sulfates, sulfites, carbonates and phosphates, for example, also turned out to be unsuitable for removing fluoride contamination. In this context it should be mentioned that the solubility of the fluoride ions in solutions of Ba ++ and Ca + + is very low at low temperatures
Zur Gewichtszunahme und Aussehen der anodisierten fluoridkontaminierten Probestücke: Die Gewichtszunahme ist als totale Gewichtszunahme nach der Anodisierung und der Behandlung im Autoklaven bestimmt und stellt den Mittelwert zweier paralleler Tests dar.Regarding the weight gain and appearance of the anodized fluoride-contaminated specimens: The weight gain is as total weight gain after anodizing and autoclave treatment and represents the mean value of two parallel tests.
F.s geht aus dieser Tabelle hervor, daß nur die 0,5%igen Alkalilaugen beim nachfolgenden Korrosions= test zufriedenstellende Ergebnisse erbringertiIt can be seen from this table that only the 0.5% alkaline solutions in the subsequent corrosion = test produces satisfactory results
Die Oberfläche von »Zircaloy*2«'Probestücken wird, wie oben beschrieben, mit Fluorid behandelt. Die Temperatur des Beizbades betfug 35°C, Und äie Verweildauer in Luft lag bei 20 Min. Die Probestücke wurden in dieser Zeil besonders eingehend gewaschen, s.; daß das gesamte Fluorid, welches nicht chemisch an der Oberfläche gebunden war, entfernt worden ist.The surface of "Zircaloy * 2" 'specimens is treated with fluoride as described above. The temperature of the pickling bath was 35 ° C, and the same The dwell time in air was 20 minutes. The specimens were washed particularly thoroughly in this line, s .; that all of the fluoride that was not chemically bonded to the surface has been removed.
Die Proben wurden anschließend in einer basischen Elektrolytlösung (0,5% KOH) anodisiert, und zwar in der gleichen Weise wie vorstehend berichtet. Die Bezugsprobestücke wurden nicht anodisiert. Der verwendete Elektrolyt, und zwar eine frische Lösung, wurde auf den Fluoridgehalt hin geprüft Dabei wurden in der Elektrolytlösung 2,0 ■ ΙΟ-5 MoI F- gefunden, wohingegen die Fluoridkonzentrütion in der frischen Lösung unterhalb der Nachweisgrenze des Analyseverfahrens lag, welche 3,5 · 1O-6 Mol F- beträgt. Der nachgewiesene Fluoridgehalt entspricht der Entfernung von 14 μg F pro cm2 der Oberfläche.The samples were then anodized in a basic electrolyte solution (0.5% KOH) in the same manner as reported above. The reference coupons were not anodized. The electrolyte used, namely a fresh solution, was checked for the fluoride content. In the electrolyte solution, 2.0 ■ ΙΟ- 5 MoI F- were found, whereas the fluoride concentration in the fresh solution was below the detection limit of the analysis method, which was 3, 5 · 10 -6 moles of F-. The proven fluoride content corresponds to the removal of 14 μg F per cm 2 of the surface.
Alle Probestücke wurden einer Korrosior.sbehartdlung in 40O0C heißem Dampf unterworfen, und esAll specimens were subjected to a corrosion treatment in hot steam of 40O 0 C, and it
konnte festgestellt werden, daß die anodisierten Proben eine gleichmäßige schwarze Oxidschicht aufwiesen, während die nicht anodisierten Probestücke fleckig weiß waren.it was found that the anodized samples had a uniform black oxide layer, while the non-anodized specimens were spotty white.
Um das Verhältnis zwischen dem Betrag des Fluorids auf der Oberfläche der Zirkonlegierungen und dem Grad des weißen Oxides, der sich bei SlandardkoriO-sionstesls (4000C Dampf) bildet, zu untersuchen, wurden folgende Experimente durchgeführt:In order to investigate the relationship between the amount of fluoride on the surface of the zirconium alloys and the degree of white oxide that forms at SlandardkoriO-sionstesls (400 0 C steam), the following experiments were carried out:
«uf der Oberfläche von »Zircaloy-2« wurden Tropfen einer wasserlöslichen Verbindung von HF auf 1 cm2 Oberflächenbereich verteilt. Die Tropfen hatten ein Volumen von 0,05 ml Und einen Flüofidgehalt, der auf der Oberfläche eine Kontamination von Fluorid von 0.5 bis 200 μg/cm2 erzeugt."On the surface of" Zircaloy-2 "drops of a water-soluble compound of HF were distributed over 1 cm 2 of surface area. The drops had a volume of 0.05 ml and a fluoride content that produced a fluoride contamination of 0.5 to 200 μg / cm 2 on the surface.
Eine Reihe von Probestücken wurden einer Behandlung in einem Autoklaven bei Dampf von 4000C und einem Druck von 50 kp/cm2 für zwei Tage unterworfen. Hierbei wurde gefunden, daß Spuren weißen bzw. farblosen Oxids (die Zurückweisungsgrenze entsprechend der ASTM-Specification 353-64T) ca. 5 μg/cm2 betrugen, und zwar in Übereinstimmung mit Rynasiewiez (USA EC Report KAPL-20CKM9, Reactor Technology, Report No. 22 — Chemistry, J.- R y η a s i e w i e ζ, 1962), welcher berichtet, daß 8,5 bis 17 μg F/cm2 für eine Ungefähr gleichmäßige Weiße Oxidschicht erforderlich sind.A number of test pieces were subjected to a treatment in an autoclave with steam of 400 ° C. and a pressure of 50 kp / cm 2 for two days. It was found that traces of white or colorless oxide (the rejection limit according to ASTM Specification 353-64T) were approx. 5 μg / cm 2 , in accordance with Rynasiewiez (USA EC Report KAPL-20CKM9, Reactor Technology, Report No. 22 - Chemistry, J.- Ry η asiew ie ζ, 1962), which reports that 8.5 to 17 μg F / cm 2 are required for an approximately uniform white oxide layer.
Weiter Wurde gefunden, daß bei einem entsprechenden Vergleich die Stäiidäfdtestmethode, welche Unter Verwendung entsprechend präparierter, fluoridkontaminierter Oberflächen ini Beispiel I durchgeführt wurde, zu einer Flächendichte von 10 bis 20 μg F/cm2 führte.It was also found that, with a corresponding comparison, the stability test method, which was carried out using appropriately prepared, fluoride-contaminated surfaces in Example I, led to an areal density of 10 to 20 μg F / cm 2 .
Wenn man diese Musler mit dem Betrag des Fluorids vergleicht, welcher in dem Elektrolyten gefunden worden ist, so kann die Schlußfolgerung gezogen Werden, daß das Fluorid von der Oberfläche während der Anodisierung entfernt wird und daß der entfernte Betrag in der gleichen Größenordnung liegt wie der Gesamtfluoridbetrag, welcher das weiße Oxid auf der nicht anodisierten Oberfläche der Sezugsprobestücke hervorbrachte.If you compare these muscles to the amount of fluoride found in the electrolyte has been, the conclusion can be drawn that the fluoride from the surface during the anodization is removed and that the amount removed is of the same order of magnitude as that Total amount of fluoride that the white oxide was on the non-anodized surface of the tensile specimens brought forth.
Zur Bestimmung der Spannung, welche zur Entfernung des gesamten Fluorids von einem Probestück erforderlich ist, in welchem die Beizlösung von der Oberfläche abgetrocknet worden ist, wurden folgende Tests durchgeführt: Die verwendete Beizflüssigkeit war die gleiche wie im Beispiel 1 beschriebene, und die Probestücke wurden auf gleiche Weise fluoridkontaminiert. Der Betrag des Fluorids auf den Oberflächen der Proben betrug dementsprechend vor der Anodisierung ca. 10 bis 20 μg F/cm2.To determine the voltage required to remove all of the fluoride from a test piece in which the pickling solution had been dried from the surface, the following tests were carried out: The pickling liquid used was the same as described in Example 1, and the test pieces were applied fluoride contaminated in the same way. The amount of fluoride on the surfaces of the samples was accordingly approx. 10 to 20 μg F / cm 2 before anodization.
Die anodisierende Lösung bestand aus 0,5% KOH, und das Testmaterial war »Zircaloy-4«. Die Proben wurden so anodisiert, daß die Spannung für alle Proben mit der gleichen Geschwindigkeit erhöht wurde, wobei die Endspannung zwischen 6,4 bis 100 V variiert worden ist Nach Erreichen der gewünschten EndspannungThe anodizing solution consisted of 0.5% KOH and the test material was "Zircaloy-4". Samples were anodized so that the voltage for all samples was increased at the same rate, with the final voltage has been varied between 6.4 and 100 V. is after reaching the desired final voltage
der Strom wieder abgeschaltet wurde. Anschließend wurden die Probestücke einer Behandlung im Autoklaven unterzogen, und zwar bei einem Dampf von 4000C und 50 kp/cm2 Druck über einen Zeitabschnitt von drei Tagen.the power was switched off again. The test pieces were then subjected to a treatment in an autoclave, specifically at a steam of 400 ° C. and 50 kp / cm 2 pressure over a period of three days.
Die Anodisierungsspannungen, die Gewichtszunahme während der Anodisierung und der Behandlung im Autoklaven wie auch das Aussehen nach der Behandlung im Autoklaven, sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.The anodizing stresses, the weight gain during anodizing and treatment in the Autoclaves and their appearance after treatment in the autoclave are summarized in Table 2.
Nachdem die Proben im Autoklaven behandelt worden sind, zeigten diese einen merklichen Unterschied in ihrem Aussehen. Die Proben, welche der Anodisierung bzw. Elektrolyse bei 30 V und darunter unterworfen worden sind, zeigten alle ein ähnliches Aussehen und waren gleichmäßig grau-weiß, während alle Probestücke, bei denen die Spannung während der Elektrolyse 50 V und darüber betrug, ein schwarzes, hell-glänzendes Aussehen zeigten. Es zeigte sich kein gleichmäßiger Obergang von dem gräulichen zum schwarzen Aussehen, jedoch ein sehr merklicher Unterschied zwischen den bei 30 und der bei 50 V Behandelten Proben. An der Gesamigewiciuszunahnie kann man ersehen, daß diejenigen Probestücke, weiche bei 30 V und darunter anodisiert worden sind, nicht annehmbar sind, während die Probestücke, deren Anodisierungsspannung bei 50 V und darüber lag, sich durchaus in den ASTM-Vorschriften bewegen.After the samples were autoclaved, they showed a noticeable difference in their appearance. The samples that undergo anodization or electrolysis at 30 V and below all showed a similar appearance and were uniformly gray-white while all specimens where the voltage during electrolysis was 50 V and above, a black one, showed a bright shiny appearance. There was no uniform transition from the grayish to the black appearance, but a very noticeable difference between those at 30 and those at 50 volts Treated samples. At the total weight of the weight it can be seen that those specimens which were anodized at 30 volts and below did not are acceptable, while the specimens whose anodizing voltage was 50 V and above failed quite move in the ASTM regulations.
Aussehen und Gewichtszunahme nach der Behandlung im Autoklaven von fluorid-Kontaminierteri »Zircaiöy-4« Probestücken nach der Anodisierung bei verschiedenen SpannungenAppearance and weight gain after autoclaving of fluoride contaminantsi "Zircaiöy-4" test pieces after anodizing at various Tensions
Endspannung in VoltFinal voltage in volts
6,46.4
8
10
15
208th
10
15th
20th
Gewichtszunahme in μ%/άτη2 Weight increase in μ% / άτη 2
während der während der total Anodisierung Behandlungduring the during the total anodizing treatment
im Autoklavenin the autoclave
0,2
0,3
0,5
0,8
1,00.2
0.3
0.5
0.8
1.0
34,3
33,3
32,3
29,8
29,834.3
33.3
32.3
29.8
29.8
34,5
33,6
32,8
30,6
30,834.5
33.6
32.8
30.6
30.8
Aussehen nach
der Behandlung
im AutoklavenLook after
the treatment
in the autoclave
grau-weiß
grau-weiß
grau-weiB
grau-weiß
grau-weißgray-white
gray-white
gray-white
gray-white
gray-white
während der während der
Anodisierung Behandlung
im AutoklavenWeight gain in g / dm 2
during the during the
Anodizing treatment
in the autoclave
der Behandlung
im AutoklavenLook after
the treatment
in the autoclave
kontaminiert
125Not with fluoride
contaminated
125
gf QU-ITViIUgf QU-ITViIU
nicht anodisiert i'iüumu KGHui ΐΤΐί HiCTl
not anodized
Probestücke von »Zircaloy-2« wurden durch Tropfen, wie im Beispiel 2 beschrieben, fluoridkontaminiert. Die Konzentration auf der Oberfläche betrug 10 μg F/cm2.Samples of "Zircaloy-2" were fluoride-contaminated by drops, as described in Example 2. The concentration on the surface was 10 μg F / cm 2 .
Eine Reihe von Probestücken wurde in 0,5%iger NaOH bei unterschiedlichen Endspannungen (30,50, 70 urd90V) anodisiert, und zwar bei 00C, während eine andere Reihe Probestücke im gleichen Elektrolyten bei den gleichen Spannungen bei 100° C anodisiert wurden.A series of test pieces was dissolved in 0.5% NaOH at different final voltages (30,50, 70 urd90V) anodized, namely at 0 0 C, while another series were anodized specimens in the same electrolyte at the same voltages at 100 ° C .
Die bei gleichen Spannungen anodisierten Probestükke zeigten unterschiedliche Interferenzfarben bei O0C und 100° C, welche anzeigten, daß bei 1000C eine dickere Oxidschicht gebildet wird als bei 0°C.The anodized at equal voltages Probestükke showed different interference colors at 0 ° C and 100 ° C, which indicated that at 100 0 C, a thicker oxide layer is formed as at 0 ° C.
Nach dem Testversuch im Autoklaven (3 Tage bei einem Dampf von 4000C und einem Druck von 5G kg/cm2) konnten keine wesentlichen Unterschiede in den beiden Versuchsreihen bezüglich der Entfernung von Fluorid festgestellt werden. Die bei den drei höchsten Spannungswerten anodisierten Proben waren schwarz und sich vollständig ähnlich. Bei den Anodisierungen auf niedrigen Spannungen waren die Proben, deren Anodisierungstempefatur bei 1000C lag, etwas besser als diejenigen, die bei 00C anodisiert worden sind, ausgefallen. Dementsprechend dürfte die Temperatur des anodisierenden Bades einen so niedrigen Einfluß auf die Entfernung des Fluorids haben, daß irgendeine Temperatur angwendet werden kann, bei welcher der Elektrolyt flüssig ist. In der Praxis ist es vorteilhaft, bei Zimmertemperatur zu arbeiten.After the test in the autoclave (3 days at a steam of 400 ° C. and a pressure of 5G kg / cm 2 ), no significant differences could be found in the two test series with regard to the removal of fluoride. The samples anodized at the three highest voltages were black and completely similar. The anodization at low voltages the samples whose Anodisierungstempefatur was 100 0 C were somewhat better than those that have been anodized at 0 0 C, failed. Accordingly, the temperature of the anodizing bath should have so little influence on the removal of the fluoride that any temperature at which the electrolyte is liquid can be used. In practice it is advantageous to work at room temperature.
»Zicaloy-4«-Probestücke wurden, wie im Beispiel 1 beschrieben, oberflächenbehandelt. Die Aufenthaltsdauer dieser Probestücke in Luft vor dem nachfolgenden Waschvorgang lag zwischen 5 und 15 Minuten. Bezugsprobestücke wurden sofort nach dem Beizen abgewaschen. Einige der Probestücke wurden in einem basischen Elektrolyten anodisiert. Der Anodisierungsvorgang bzw. die Elektrolyse wurde in gleicher Weise wie vorher beschrieben ausgeführt. Der Elektrolyt enthielt eine wäßrige Lösung von KOH (0,5%), und es wurde bei einer Endspannung von 125 V gearbeitet. Alle Probestücke wurden anschließend in Wasser und Dampf bei 2300C getestet Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 3 zusammengefaßt"Zicaloy-4" specimens were surface treated as described in Example 1. The duration of these test pieces in air before the subsequent washing process was between 5 and 15 minutes. Reference specimens were washed off immediately after pickling. Some of the test pieces were anodized in a basic electrolyte. The anodizing process or the electrolysis was carried out in the same way as previously described. The electrolyte contained an aqueous solution of KOH (0.5%) and a final voltage of 125 V was used. All test pieces were then tested in water and steam at 230 ° C. The results obtained are summarized in Table 3
Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß ein vergrößerter Grad an Fluoridkontamination die Korrosionsrate für nicht anodisierte Proben vergrößert wobei die Korrosionsrate wesentlich höher als für eine anodisierte Probe ist. Das Oxid auf den Probestücken war grau-weiß und fleckig. Alle anodisierten Probestücke zeigten die gleiche niedrige Gewichtszunahme während der Behandlung im Autoklaven, und zwar unabhängig vom Grad der ursprünglichen Fluoridkontamination.From this table it can be seen that an increased level of fluoride contamination increases the corrosion rate for non-anodized specimens are enlarged with a significantly higher corrosion rate than for an anodized one Sample is. The oxide on the test pieces was gray-white and blotchy. All anodized specimens showed the same low weight gain during autoclave treatment, independently the degree of original fluoride contamination.
Diejenigen Proben, weiche der kürzesten Aufenthaltsdauer an Luft (5 Minuten) unterworfen worden waren, erhielten nach der Anodisierung einen vollständig gleichmäßigen rot-grünen Farbüberzug und waren nach der Autoklavenbehandlung gleichmäßig schwarz mit einer Schattierung bzw. Abtönung von rot-grün. Die Proben, weiche langer an der Luft gehalten worden waren (30 Minuten), und zwar mit einer höheren Fluoridkontamination, waren nach der Anodisierung fleckig und zeigten Bereiche mit reiner Grünfärbung und andere Bereiche mit reiner Rottönung. Die fleckige Oberfläche war auch in der schwarzen Oxidschicht sichtbar, wobei diese nicht weiß oder grau schattiert war, was auf eine abnorme Oxidbildung zurückgeführt werden kann.Those samples which have the shortest length of stay in air (5 minutes) were given a complete after anodization uniform red-green color coating and were uniformly black after autoclaving with a shade or tint of red-green. The samples that have been kept in the air for longer were (30 minutes) with a higher fluoride contamination were after anodizing blotchy and showed areas of pure green and other areas of pure red. The spotty one The surface was also visible in the black oxide layer, although this was not shaded white or gray which can be attributed to abnormal oxide formation.
Wenn die Fiuoridkontamination eine bestimmte Grenze übersteigt dann kann somit durch die Anodisierung direkt nachgewiesen werden, daß der Gegenstand fluoridkontaminiert ist Die Gewichtszunahme während der nachfolgenden Korrosionsbehandlung zeigte, daß die ursprünglich unterschiedlich fluoridkontaminierten Probestücke nach der Anodisierung eine gleiche Korrosionsrate betrafen. Wenn ein Fluorid-Oberrest auf den Probestücken vorlag, so war dieser Betrag nach der Anodisierung der gleiche auf den zv/ei Reihen von Probestücken, und dieser Betrag war fast so gering oder geringer als auf einem Probestück, welches nach dem Beizvorgang sofort einem Waschvorgang unterzogen worden war.If the fluoride contamination exceeds a certain limit then it can through the Anodization can be directly demonstrated that the object is fluoride-contaminated The weight gain during the subsequent corrosion treatment showed that the originally different fluoride-contaminated specimens exhibited the same corrosion rate after anodization. When a If fluoride residue was present on the test pieces, this amount was the same on the test pieces after the anodization zv / ei rows of specimens, and this amount was almost as little or less than on a specimen, which was subjected to a washing process immediately after the pickling process.
Gewichtszunahme von »Zirdaloy-2« während des Korrosions-Test in Wasser + DampfunterWeight gain of »Zirdaloy-2« during the corrosion test in water + steam under
erhöhtem Druck und 230rCincreased pressure and 230 r C
AufenlhHts- Anodisierung Atmosphäre Gewichtszunahme dauer in Luft im Autoklaven in mg/dm2 AufenlhHts- anodization atmosphere Weight increase duration in air in the autoclave in mg / dm 2
nach (Lm Üeizvorgang after (Lm heating process
10 Tage 30 Tage Aussehen10 days 30 days appearance
*) Die anodisierten Probestücke zeigen keine Gewichtszunahme während der ersten Testperiode. Die Gewichtszunahme von 7 mg/dm2 wurde während der Anodisierung erhalten.*) The anodized test pieces show no weight gain during the first test period. The weight gain of 7 mg / dm 2 was obtained during the anodization.
Die Bestimmung der Nachweisgrenze für Fluorid wurde so durchgeführt, daß Probestücke mit Fluorid kontaminiert wurden, und zwar mit Fluoridmengen von 0,5; 10; 25; 50; 100; 200 mg/cm2 unter Verwendung der gleichen Technik wie im Beispiel 2 beschrieben. Die Probestücke wurden anschließend in NaOH bei einen pH von 14 und einer Endspannung von 125 V anodisiert und anschließend in einem Autoklaven unter Dampf von 4000C und bei einem Druck von 50 kp/cm2 behandelt. Entsprechende Bezugsprobestücke wurden direkt, ohne vorhergehende Anodisierung im Autoklaven behandelt. Hierbei wurde eine Kontamination von ca. 5 μg F/cm2 und höhere Ergebnisse in den Farbschattierungen üof ηπϋνιί5ΐ6ΓϋΓΪ£ icStgcStciit. lmC genaue The determination of the detection limit for fluoride was carried out in such a way that test pieces were contaminated with fluoride, namely with fluoride amounts of 0.5; 10; 25; 50; 100; 200 mg / cm 2 using the same technique as described in Example 2. The specimens were then anodized in NaOH at a pH of 14 and a final voltage of 125 V and then treated in an autoclave with steam at 400 0 C and at a pressure of 50 kgf / cm 2. Corresponding reference specimens were treated directly in the autoclave without prior anodization. A contamination of about 5 μg F / cm 2 and higher results in the color shades of ηπϋνιί5ΐ6ΓϋΓΪ £ icStgcStciit were found. lmC exact
4545
5050
5555
6060
Nachweisgrenze konnte nicht ermittelt werden; sie liegt jedoch vermutlich tiefer als es für die hier nachgewiesenen Spuren an Fluorid von Wichtigkeit sein könnte.Detection limit could not be determined; however, it is probably lower than it is for the ones shown here Traces of fluoride could be of concern.
Nach der Behandlung im Autoklaven waren die nicht anodisierten Proben mit einer Kontamination von 5 μg F/cm2 leicht grau, während die Proben mit 0,5 μg F/cm2, die anodisiert worden waren, gleichmäßig schwarze Färbung zeigten.After treatment in the autoclave, the non-anodized samples with a contamination of 5 μg F / cm 2 were slightly gray, while the samples with 0.5 μg F / cm 2 that had been anodized showed a uniform black color.
Es konnte weiter festgestellt werden, daß die Fiuoridkontaminationen von der Oberfläche mit Konzentrationen bis zu 50 μg F/cm2 entfernt werden können. Bei höheren Konzentrationen können die Probestücke einer Anodisierung nicht ausgesetzt werden, mittels derer die Fluoridkontamination als Oberrest auf der Oberfläche vorliegen, wobei dieselbe während der Autoklavenbehandlung eine rasche Korrosion zeigte. Die Grenze liegt jedoch höher als die Kontamination, welche vorliegt, wenn die Oberfläche sofort nach dem Beizen abgetrocknet worden ist.It was also found that the fluoride contamination can be removed from the surface with concentrations of up to 50 μg F / cm 2 . At higher concentrations, the specimens cannot be subjected to anodization, by means of which the fluoride contamination is present as an upper residue on the surface, which showed rapid corrosion during the autoclaving. However, the limit is higher than the contamination that is present if the surface has been dried off immediately after pickling.
Um weitere Oxydationsverfahren zu überprüfen, weiche zur Entfernung der Fiuoridkontaminationen geeignet sein könnten, wurde Sauerstoff verwendet Die Probestücke wurden für 24 Stunden bei 350° C unter Einfluß von Sauerstoff oxidiert Hierbei erhielten die Probestücke eine Oxidschicht, welche von der gleichen Dicke war wie sie bei der anodischen Oxydation der Proben im Beispiel 1 erhalten worden ist, und zwar ca. 5000 A.In order to check further oxidation processes, soft to remove the fluoride contamination Oxygen was used. The specimens were under for 24 hours at 350 ° C Influence of oxygen oxidized Here, the test pieces received an oxide layer, which was the same Thickness was as it was obtained in the anodic oxidation of the samples in Example 1, namely approx. 5000 A.
Die so behandelten Probestücke wurden dem Korrosionstest bei 400°C unterworfen. Der Korrosionsversuch zeigte, daß die Wärmeoxydation keinen Einfluß auf die Korrosionswirkung der Proben hat, da diese Probestücke eine höhere Gewichtszunahme als die unbehandelten fluoridkontaminierten Proben aufweisen und die Oberfläche der Proben weiß und fleckig war. Die thermische Oxydation kann jedoch die Anodisierung für die Entfernung der Fiuoridkontaminationen nicht ersetzen.The test pieces thus treated were subjected to the corrosion test at 400 ° C. The corrosion test showed that the heat oxidation had no effect on the corrosive effect of the specimens, since these specimens have a higher weight gain than the untreated fluoride-contaminated samples and the surface of the samples was white and stained. The thermal oxidation can, however, the anodization for the removal of the fluoride contamination do not replace.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden drei Reihen rohrartiger Probestücke von »Zircaloy-2« in dem bereits oben beschriebenen Beizbad vorbehandelt. Nach dem Beizen wurden die Probestücke für unterschiedliche Zeitintervalle (1 see bis 10 min) an der Luft aufbewahrt, bevor sie gründlich gewaschen und anschließend getrocknet wurden. Eine Reihe der Probestücke wurde der anodischen Oxydation unterworfen. Der hierfür verwendete Elektrolyt war basisch (0,5%ige KOH), und die Endspannung, die bei der Elektrolyse verwendet wurde, betrug 125 V. Die festlichen zwei Reihen Probestücke wurden durch überhitzten Dampf bei 400° C und einem Druck von 100 kp/cm2 bzw. 25 kp/cm2 oxidiert, und zwar über eine Zeitdauer von 3 Tagen. Alle Probestücke wurden nachfolgend einem Korrosionstest in einer Dampfatmosphäre von 4000C über 30 Tage unterworfen. Hiernach zeigten die nicht anodisierten Proben ein weißfleckiges Aussehen und eine hohe Gewichtszunahme, während die anodisierten Probestücke gleichmäßig schwarz von einer Oxidschicht überzogen waren und eine sehr niedrige Korrosionsrate hatten. Dieses Ergebnis zeigt, ■daß die Fluoridkontaminatior.en entfernt bzw. zumindest unschädlich gemacht worden waren, bevor die Probestücke dem Dampf ausgesetzt worden sind. Die anodisierten Probestücke zeigten darüber hinaus nachIn this exemplary embodiment, three rows of tube-like test pieces of "Zircaloy-2" were pretreated in the pickling bath already described above. After pickling, the specimens were kept in the air for different time intervals (1 second to 10 min) before they were thoroughly washed and then dried. A number of the specimens were subjected to anodic oxidation. The electrolyte used for this was basic (0.5% KOH), and the final voltage used in the electrolysis was 125 V. The festive two rows of test pieces were heated by superheated steam at 400 ° C and a pressure of 100 kp / cm 2 or 25 kp / cm 2 oxidized over a period of 3 days. All samples were subsequently subjected to a corrosion test in a steam atmosphere of 400 0 C for 30 days. According to this, the non-anodized samples showed a white speckled appearance and a high increase in weight, while the anodized sample pieces were uniformly coated in black with an oxide layer and had a very low corrosion rate. This result shows that the fluoride contaminants had been removed or at least rendered harmless before the specimens were exposed to the steam. The anodized test pieces also showed
einer längeren Tesfperiode (550 Tage) eine gleichmäßige niedrige Korrosionsrate, während die im Autoklaven behandelten Probestücke mit erhöhter Geschwindigkeit korrodierten.a longer test period (550 days) an even low corrosion rate, while the autoclaved specimens at increased speed corroded.
Zu einer 0,5%igen NaOH-Lösung wurde Fluorid in folgenden Mengen zugegeben: 4, 8, 21, 42, 210 und 420 ppm. Die Probestücke wurden in den Lösungen anodisiert und im Autoklaven nachbehandelt. Hierbei zeigte sich, daß der Anodisierungsprozeß bzw. das Elektrolyseverfahren in Lösungen, welche bis zu 210 ppm F enthielten, normal verlief, während bei einem Gehalt von 420 ppm F in der anodisierenden Lösung das Verfanren beeinflußt wurde und sich eine Oxidschicht bildete, die eine hohe Korrosionsrate während des nachfolgenden Behandlungsverfahrens im Autoklaven zeitigte.To a 0.5% NaOH solution, fluoride was added in the following amounts: 4, 8, 21, 42, 210 and 420 ppm. The specimens were anodized in the solutions and post-treated in the autoclave. Here it was found that the anodization process or the electrolysis process in solutions which up to Contained 210 ppm F was normal, while one Content of 420 ppm F in the anodizing solution, the erosion was influenced and an oxide layer which formed a high rate of corrosion during the subsequent autoclave treatment process produced.
Hieraus ist zu cütnehiTicn, daß für eine Fluoridkonta-From this it can be concluded that for fluoride contamination
mination in der Größenordnung von 10 bis 20 μg F/cm2 pro Litei Elektrolyt die Anodisierung ohne irgendwelche Störungen ausgeführt werden kann und die Fluoridverunreinigung hierbei von der Lösung aufgenommen wird.Mination of the order of 10 to 20 μg F / cm 2 per liter of electrolyte, the anodization can be carried out without any disturbances and the fluoride contamination is absorbed by the solution.
Beispiel 10Example 10
Um eine weitere Klärung für das Verfahren herbeizuführen, wird ein Beispiel zur Bearbeitung eines fluoridkontaminierten Gegenstandes gegeben, wobei der Gegenstand zunächst bei einer bestimmten Spannung zur Entfernung des Fluorids, welches auf der Oberfläche gebunden ist, anodisiert wird, d. h. also einer Elektrolyse unterworfen ist, und der Gegenstand »nschließend auf einer höheren Spannung weiter anodisiert wird, um hierdurch einen schützenden Überzug gegen Korrosion und verschiedene mechanische Einflüsse zu erhalten.To provide further clarification for the procedure, an example of editing a given fluoride-contaminated object, the object initially at a certain Voltage is anodized to remove the fluoride bound on the surface, d. H. so one Is subjected to electrolysis, and the object then continues on a higher voltage is anodized to thereby create a protective coating against corrosion and various mechanical Get influences.
Hierfür wird in dem Beispiel ein aus »Zircaloy-2« bestehendes, an beiden Enden verschweißtes Rohr verwendet.For this purpose, a pipe made of »Zircaloy-2«, welded at both ends, is used in the example used.
Dieses Rohr wird in eine Beizbadlösung eingelegt. welche HF—HNOj-H2O in einem GewiGhtsverhältnis von 4-41—55 enthält. Die Temperatur des Beizbades betrug 34°C und die Beizdauer 3 Minuten. Nach dem Beizen wurde das Rohr für 10 Minuten an der Luft gehalten, wobei die Flüssigkeit eintrocknete. Anschließend wurde das Rohr gründlich gewaschen und getrocknet. Zur Anodisiefufig wurde eine Badlösung verwendet, in die 5 g NaOH pro Liter eingebracht worden war. Die Temperatur des Bades lag bei 19'C.This tube is placed in a pickling bath solution. which HF-HNOj-H2O in a weight ratio from 4-41-55 contains. The temperature of the pickling bath was 34 ° C. and the pickling time was 3 minutes. After this For pickling, the tube was kept in the air for 10 minutes, during which the liquid dried up. Afterward the tube was washed thoroughly and dried. A bath solution was used for anodizing used, in which 5 g of NaOH per liter had been introduced. The temperature of the bath was 19'C.
und die Flüssigkeit wurde mit einem motorbetriebenen Rührwerk ständig in Bewegung gehalten.and the liquid was kept in constant motion with a motorized stirrer.
Die Länge des Rohres betrug 60 cm und die wirksame Oberfläche 290 cm2. Die Kathode bestand aus Platin, und zwar aus einem Draht Von 2 mm 0, welcher in derThe length of the tube was 60 cm and the effective surface 290 cm 2 . The cathode was made of platinum, namely a wire of 2 mm 0, which in the
f5 Nähe der Anode über die ganze Länge angeordnet war und eine wirksame Oberfläche von 36 cm2 hatte.f5 was located close to the anode over the entire length and had an effective surface area of 36 cm 2 .
Die Elektroden wurden mit einer Gleichstromquelle verbunden und die Spannung mit einer GeschwindigkeitThe electrodes were connected to a DC power source and the voltage applied at a rate
erhöht. Diese Spannung wurde über 2 Minuten konstant gehalten. Die Anode zeigte daraufhin ein rot-violettes Aussehen mit leicht rosafarbigen Flecken, weiche anzeigten, daß die Anode fluoridkontaminiert war.elevated. This tension was held constant for 2 minutes. The anode then showed a red-purple Appearance with light pink spots indicating that the anode was fluoride contaminated.
Die Spannung wurde anschließend langsam mit einer Geschwindigkeit von 2 V pro Sekunde von 60 V auf 125 V erhöht. Diese Endspannung wurde über eine Zeit von 2 Minuten konstant gehalten, wobei der Gleichstrom eine Flußdichte von etwa 0,3 A/dm2 aufwies. Nachfolgend wurde der Strom abgeschaltet und der Gegenstand aus dem Bad entfernt, um in kaltem Wasser abgewaschen zu werden.The voltage was then slowly increased from 60V to 125V at a rate of 2V per second. This final voltage was kept constant over a period of 2 minutes, the direct current having a flux density of about 0.3 A / dm 2 . The power was then turned off and the item removed from the bath to be washed in cold water.
Die Dicke der hierbei erhaltenen Oxydschicht konnte entsprechend diesem Verfahren vergrößert werden, und zwar von 2000 Ä bis 4400 Ä. Ein derart behandelter Gegenstand war insofern mit einer besseren Oxidschicht überzogen, so daß er gegen jegliche Störeinflüsse unempfindlich war, und gleichzeitig war damit ein Oxydationsverfahren eingeleitet, welches eine normale niedrige Korrosionsrate sicherstellte, wenn der Gegenstand in Wasser und Dampf einer hohen Temperatur ausgesetzt wurde.The thickness of the oxide layer obtained in this way could be increased according to this method, and from 2000 Ä to 4400 Ä. An article treated in this way had a better oxide layer in this respect covered so that it was insensitive to any interference, and at the same time it was a Oxidation process initiated, which ensured a normal, low rate of corrosion when the object exposed to high temperature in water and steam.
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