DE4204527C2 - Verfahren zum Herstellen eines Abschirm-Transportbehälters für bestrahlte Kernreaktorbrennelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Abschirm-Transportbehälters für Kernreaktor-Brennelemente mit einem aus spärolithischem Gußeisen bestehenden Behälterkörper, der eine Deckelaufnahme aufweist, und mit in die Deckelaufnahme eingepaßtem Deckel, wobei zumindest der Gußkörper des Behälterkörpers eine Oberfläche mit offenen Poren sowie eine Abschlußschicht aus einem Metall oder aus einer Metallegierung der aus Nickel, Nickelbasislegierung, austenitische Chrom/Nickel-Legierung bestehenden Gruppe aufweist.

Ein solcher Abschirm-Transportbehälter dient regelmäßig auch als Abschirm-Lagerbehälter. Auch der in die Deckelaufnahme eingepaßte Deckel kann eine Abschlußschicht aus einem Metall oder aus einer Metallegierung der Gruppe "Nickel, Nickelbasislegierung, austenitische Chrom/Nickel-Legierung" aufweisen.

Abschirm-Transportbehälter mit einer Abschlußschicht sind bekannt (DE 31 50 663 A1, DE 32 14 880 A1, DE 35 22 646 A1). Sie werden zum Beladen mit den bestrahlten Brennelementen regelmäßig in ein entsprechendes Brennelementbecken des Kernkraftwerkes eingebracht, in dem sich Wasser befindet, und unter Wasser mit den Brennelementen befüllt. Das Becken besitzt regelmäßig eine Auskleidung aus einem Edelstahl, beispielsweise aus 18/8-Chromnickelstahl. Aus elektrochemischen Gründen entsteht beim Einbringen des Behälterkörpers aus Gußeisen ein galvanisches Element und insbesondere ferritisches Eisen aus der Gußmatrix geht in Lösung. Dadurch korrodiert die Edelstahlauskleidung des Brennelementbeckens. Auch wird die Oberfläche des Behälterkörpers störend beeinflußt. Um all dieses zu vermeiden, wird die Abschlußschicht vorgesehen. Diese verhindert die Elementbildung und verhindert damit, daß ferritisches Eisen in Lösung geht und die beschriebenen Korrosionserscheinungen auftreten. Das gilt insbesondere, wenn mit Nickel oder mit einer Nickelbasislegierung gearbeitet wird.

Im Rahmen der bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht, wird die Abschlußschicht mit den Hilfsmitteln der Galvanotechnik aufgebracht. Dazu sind entsprechende galvanotechnische Anlagen erforderlich, die wegen der Größe der Abschirm-Transportbehälter sehr aufwendig sind. Die Praxis zeigt, daß die galvanotechnisch aufgebrachten Abschlußschichten in dünnen Schichten von bis zu 200 µm Dicke oder sogar mehr den Anforderungen der Praxis nicht gewachsen sind. Bei unvermeidbaren mechanischen, thermischen oder korrosiven Beanspruchungen zeigen sich in den Abschlußschichten mehr oder weniger punktförmige offene Stellen. Untersuchungen haben gezeigt, daß sich diese offenen Stellen über offenen Poren befinden, die der Gußkörper in seiner Oberfläche zeigt (Lexikon für Metallober­ flächenveredelung, Leuze-Verlag, Saulgau, 1989, Stichwort: "Pore"). Dort sind sie unvermeidbar, weil beim galvanotechnischen Aufbringen der Abschlußschichten an den offenen Poren in der Oberfläche des Gußkörpers elektrische Potentiale sich ausbilden, die verhindern, daß die Poren mit dem Nickel oder Nickelbasis-Legierung ausgefüllt werden. Die Poren werden vielmehr lediglich abgedeckt, und diese Bereiche der Abschlußschicht sind sehr empfindlich gegen die beschriebenen Beanspruchungen. Um das Entstehen von offenen Stellen zu vermeiden, ist man im Rahmen des galvanotechnischen Aufbringens der Abschlußschichten dazu übergegangen, die Abschlußschichten extrem dick auszu­ führen, beispielsweise mit Schichtdicken von 1,5 mm, 2,00 mm und mehr. Das ist ebenfalls aufwendig und nichts­ destoweniger nicht ausreichend sicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches zum Aufbringen einer solchen Abschlußschicht besonders geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung zunächst, daß die Abschlußschicht mittels Laserbeschichtung aufgebracht wird und die Textur eine aus einer Partikelschmelze erstarrten Schicht aufweist, wobei die einzelnen Partikel einen Durchmesser besitzen, der kleiner ist als der der offenen Poren, so daß die Abschlußschicht auch die offenen Poren ausfüllt.

Die Textur kann der erstarrten Schicht einer Pulverschmelze entsprechen. Das bedeutet, daß die Schicht aus Pulver aufgebaut wurde. Die Textur kann auch der einer Tropfenschmelze entsprechen. Das bedeutet, daß die Schicht aus feinen Tropfen aufgebaut wurde. Laserbeschichtungsverfahren sind für sich bekannt (Techn. Rundschau 37/1988, Seiten 21 und 26 bis 28; Laser und Optoelektronik, 4/1985, Seiten 385 und 388).

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Abschlußschicht, welche die Textur einer aus einer Partikelschmelze erstarrten Schicht aufweist, auch die offenen Poren des Gußkörpers ausfüllt, wenn die Partikel einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der der offenen Poren. Es versteht sich, daß der Durchmesser der Partikel ausreichend klein sein muß. Besonders geeignete Durchmesser können unter Berück­ sichtigung der Porengröße leicht durch Versuche ermittelt werden. Da bei dem zugrunde liegenden Abschirm-Transportbehälter die eingangs beschriebenen Probleme nicht mehr auftreten, weil sich unter der Abschlußschicht offene Poren des Gußkörpers nicht mehr befinden, kann mit sehr dünnen Schichtdicken der Abschlußschicht gearbeitet werden. In diesem Zusamnenhang lehrt die Erfindung, daß die Abschlußschicht eine Dicke von bis zu 200 µm aufweist. Vorzugsweise weist die Abschlußschicht eine Dicke von etwa 100 µm auf.

Vorzugsweise kann die Oberfläche des Gußkörpers des Behälterkörpers mechanisch bearbeitet sein, und die Abschlußschicht kann auf die mechanisch bearbeitete Oberfläche aufgebracht sein. Eine mechanisch bearbeitete Oberfläche des Gußkörpers weist die eingangs beschriebenen Poren auf, weil bei der mechanischen Bearbeitung insbesondere die sphärischen Graphitanteile in der Gußmatrix aus dieser herausgerissen werden. Es besteht aber überraschenderweise sogar die Möglichkeit, die Abschlußschicht auf die lediglich gereinigte Gußhautoberfläche des Gußkörpers aufzubringen. Auch diese besitzt regelmäßig feine Poren, die durch das erfindungsgemäße Verfahren verschlossen werden.

Nach bevorzugter Ausführung wird ein Laserstrahl, eine Wechselwirkungszone mit der Oberfläche bildend, auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet sowie längs der zu beschichtenden Oberfläche in Bahnen bewegt, wobei die Partikel in die Wechselwirkungszone eingebracht werden. Die Partikel können als Pulver mittels Sprühdüse aufgebracht bzw. eingebracht werden. Die Partikel können aber auch nach der Methode des Plasmaspritzens aufgebracht bzw. eingebracht werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung auführ­ licher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in starker Vergrößerung einen Ausschnitt aus dem Gußkörper eines Abschirm-Transportbehälters mit einer zum Stand der Technik gehörenden Abschluß­ beschichtung und

Fig. 2 in starker Vergrößerung einen Ausschnitt aus dem Gußkörper eines Abschirm-Transportbehälters mit durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellter Abschlußschicht.

In den Figuren erkennt man einen aus sphärolithischem Gußeisen bestehenden Gußkörper, welcher dem Behälter­ körper eines Abschirm-Transportbehälters für bestrahlte Kernreaktorbrennelemente angehört. Man erkennt, daß der Gußkörper 1 eine Oberfläche 2 mit offenen Poren 3 auf­ weist. Auf die Oberfläche ist eine Abschlußschicht 4, die im Ausführungsbeispiel aus Nickel oder aus einer Nickelbasis-Legierung bestehen möge, aufgebracht.

Die Fig. 1 zeigt die bekannte Ausführungsform, bei der die Abschlußschicht 4 galvanotechnisch aufgebracht wurde. Man erkennt mehrere galvanotechnisch aufgebrach­ te Schichten a bis e einer erheblichen Dicke, - man er­ kennt fernerhin, daß die offene Pore 3 nicht nur nicht ausgefüllt ist, sondern sich in die galvanotechnisch aufgebrachte Abschlußschicht 4 hinein gleichsam fortge­ setzt hat.

Demgegenüber erkennt man in der Fig. 2, daß die Ab­ schlußschicht 4, die die Textur 5 einer aus einer Partikelschmelze erstarrten Schicht aufweist, auch die offene Pore 3 in der Oberfläche 2 des Gußkörpers 1 aus­ gefüllt hat. Angedeutet wurde, daß die Partikel einen Durchmesser aufweisen, der wesentlich kleiner ist als der der offenen Pore. - Die Textur 5 wurde zur Verdeut­ lichung übertrieben dargestellt.

Bewährt haben sich die beschriebenen Maßnahmen für Be­ hälterkörper aus sphärolithischem Gußeisen der folgen­ den Zusammensetzung Kohlenstoff 3,2 bis 3,8%, Silicium 1,6 bis 2,6%, Mangan 0,1 bis 0,3%, Magnesium 0,025 bis 0,06%, Rest Eisen und übliche Beimengungen. Bewährt hat sich fernerhin die Verwendung von technisch reinem Nickel mit 99 oder mehr Gew.% Nickel, gegebenenfalls mit einem definierten Phosphorzusatz und mit bei technischem Nickel üblichen Beimengungen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Abschirm-Transportbehälters für bestrahlte Kernreaktor- Brennelemente, mit einem aus spärolithischem Gußeisen bestehenden Behälterkörper, der eine Deckelaufnahme aufweist, und mit in die Deckelaufnahme eingepaßtem Deckel, wobei zumindest der Gußkörper des Behälterkörpers eine Oberfläche mit offenen Poren sowie eine Abschlußschicht aus einem Metall oder aus einer Metallegierung der aus Nickel, Nickelbasislegierung, austenitische Chrom/Nickel-Legierung bestehenden Gruppe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußschicht mittels Laserbeschichtung aufgebracht wird und die Textur einer aus einer Partikelschmelze erstarrten Schicht aufweist, wobei die einzelnen Partikel einen Durchmesser besitzen, der kleiner ist als der der offenen Poren, so daß die Abschlußschicht auch die offenen Poren ausfüllt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Textur der erstarrten Schicht der einer Pulverschmelze entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Textur der erstarrten Schicht der einer erstarrten Tropfenschmelze entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußschicht eine Dicke von etwa 200 µm aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußschicht eine Dicke von etwa 100 µm aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Gußkörpers mechanisch bearbeitet und die Abschlußschicht auf die mechanisch bearbeitete Oberfläche aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußschicht auf die Gußhautoberfläche des Gußkörpers aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Laserstrahl, eine Wechselwirkungszone auf der Oberfläche bildend, auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet sowie längs der zu beschichtenden Oberfläche in Bahnen bewegt wird und daß die Partikel in die Wechselwirkungszone eingebracht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel als Pulver mittels Sprühdüse aufgebracht bzw. eingebracht werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel nach der Methode des Plasmaspritzens aufgebracht bzw. eingebracht werden.