EP0175598A1 - Procédé de préparation de la surface de pièces en uranium ou en alliage à base d'uranium - Google Patents

Procédé de préparation de la surface de pièces en uranium ou en alliage à base d'uranium Download PDF

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EP0175598A1
EP0175598A1 EP85401419A EP85401419A EP0175598A1 EP 0175598 A1 EP0175598 A1 EP 0175598A1 EP 85401419 A EP85401419 A EP 85401419A EP 85401419 A EP85401419 A EP 85401419A EP 0175598 A1 EP0175598 A1 EP 0175598A1
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/30—Acidic compositions for etching other metallic material

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  • the method according to the invention is characterized in that it comprises a step of chemical attack on the surface of the uranium or uranium alloy part using a solution of nickel chloride and acid hydrochloric.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de préparation de la surface de pièces en uranium ou en alliage à base d'uranium. Ce procédé comprend une étape d'attaque chimique de la surface de la pièce en uranium ou en alliage d'uranium au moyen d'une solution de chlorure de nickel et d'acide chlorhydrique contenant par exemple de 600 à 700 g.1<->¹ de NiCl2 et de 1,8 à 2,2 mol.1<->¹ de HCl. Des revêtements de nickel effectués par nickelage chimique peuvent ensuite être déposés sur les pièces ainsi traitées.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de préparation de la surface de pièces en uranium ou en alliage à base d'uranium, effectué en vue de réaliser sur ces pièces des revêtements de nickel par nickelage chimique.
  • Dans de nombreux domaines, il est souvent nécessaire de déposer sur des pièces en uranium ou en alliage d'uranium des revêtements de nickel. Généralement, ces revêtements sont réalisés par nickelage électrolytique , ce qui permet d'obtenir des revêtements ayant une qualité satisfaisante. Cependant, ces procédés de nickelage électrolytique ne conviennent pas pour le traitement de pièces de forme compliquée ayant par exemple des angles rentrants et/ou des trous car, dans ce cas, il est difficile d'obtenir une épaisseur uniforme du dépôt de nickel et parfois même de revêtir totalement la surface des pièces. Aussi, dans le cas de pièces de forme compliquée, il est préférable de réaliser le dépôt de nickel par voie chimique afin de surmonter ces difficultés.
  • Cependant, afin d'obtenir un revêtement de nickel présentant une adhérence suffisante par nickelage chimique, il est nécessaire de soumettre tout d'abord la pièce à un traitement de préparation de surface qui peut être réalisé par exemple par attaque chimique et doit conduire à une attaque uniforme et contrôlable en épaisseur pour que la surface de la pièce soit apte à recevoir le dépôt de nickel.
  • Plusieurs traitements de surface de ce type sont décrits dans le brevet français 1 564 575 déposé par le C. E. A. Ces traitements peuvent comprendre en particulier un dégraissage au trichloréthylène, un dégraissage électrolytique cathodique et des décapages à l'acide nitrique et à l'acide chlorhydrique. On peut aussi remplacer l'acide chlorhydrique par une solution de chlorure de cuivre et d'acide chlorhydrique ou réaliser une étape complémentaire de décapage électrolytique dans une solution d'acétate de soude.
  • De tels traitements conduisent à un résultat satisfaisant, sauf dans le cas de pièces de forme compliquée où il est difficile d'obtenir une attaque homogène et uniforme en épaisseur sur toute la surface de la pièce.
  • La présente invention a précisément pour objet un procédé de préparation de la surface d'une pièce en uranium ou en alliage d'uranium, qui permet justement d'obtenir un bon état de surface sur la totalité de la pièce.
  • Le procédé, selon l'invention, se caractérise en ce qu'il comprend une étape d'attaque chimique de la surface de la pièce en uranium ou en alliage d'uranium au moyen d'une solution de chlorure de nickel et d'acide chlorhydrique.
  • Le choix, selon l'invention, d'une solution d'attaque constituée par une solution de chlorure de nickel NiCl2. et d'acide chlorhydrique permet d'obtenir des résultats améliorés par rapport à ceux que l'on obtient avec les solutions de l'art antérieur, en particulier les solutions décrites dans le brevet français 1 564 575. En effet, grâce à ce choix, on obtient une attaque plus lente qu'avec la solution CuCl2 fine et régulière, ce qui permet d'obtenir un état de surface satisfaisant sur la totalité de la pièce, même lorsque celle-ci est de forme compliquée. Ainsi, l'attaque n'est pas trop rapide et, de ce fait, facilement maîtrisable. De plus, l'épaisseur attaquée en fonction du temps est linéaire. L'emploi de telles solutions se révèle par ailleurs avantageux car celles-ci n'évoluent pratiquement pas dans le temps et ont donc une bonne stabilité au stockage.
  • De préférence, la concentration en chlorure de nickel NiCl2 de la solution est de 600 à 700g.l-1 et la concentration en acide chlorhydrique de la solution est de 1,8 à 2,2 mol.l 1.
  • A titre d'exemple, on peut utiliser comme solution d'attaque, une solution aqueuse contenant environ 615 g.l-1 de NiCl2 et environ 2 mol.l-1 de HCl.
  • Généralement, on réalise cette attaque chimique à la température ambiante pendant une durée de 5 à 10 min.
  • Selon une variante de l'invention, on peut ajouter de 1,5 à 5,6 mol.l-1 d'acide fluorhydrique à la solution d'attaque. Ceci permet de diminuer la vitesse d'attaque sans modifier pour autant l'aspect de la surface attaquée.
  • Généralement, avant de réaliser cette attaque chimique, on soumet la pièce en uranium ou en alliage d'uranium à au moins l'un des taitements suivants :
    • - dégraissage par un solvant organique,
    • - sablage,
    • - décapage dans une solution de soude, et
    • - décapage dans une solution d'acide nitrique.
  • De même, après l'étape d'attaque chimique, il est préférable de soumettre la pièce en uranium ou en alliage d'uranium à au moins l'un des traitements suivants :
    • - décapage par l'acide nitrique, et
    • - décapage par une solution de soude.
  • Le ou les décapages par la solution de soude sont de préférence réalisés à chaud, par exemple à une température de 75°C.
  • Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention, le procédé de préparation de la surface d'une pièce en uranium ou en alliage d'uranium comprend les étapes successives suivantes :
    • - dégraissage par un solvant organique tel que le trichloréthylène ou le perchloréthylène,
    • - sablage humide,
    • - décapage à chaud par une solution de soude suivi d'un rinçage à l'eau,
    • - décapage par une solution d'acide nitrique suivi d'un rinçage à l'eau,
    • - attaque chimique par la solution de chlorure de nickel NiCl2 et d'acide chlorhydrique, suivi d'un rinçage à l'eau,
    • - décapage par une solution d'acide nitrique suivi d'un rinçage à l'eau,
    • - décapage par une solution de soude suivi d'un rinçage à l'eau, et
    • - décapage par une solution d'acide nitrique suivi d'un rinçage à l'eau.
  • L'ensemble de ces opérations permet d'obtenir un état de surface de qualité satisfaisante, notamment lorsque la pièce traitée est une pièce en alliage d'uranium-vanadium contenant 0,2 % en poids de vanadium.
  • Généralement, les opérations de décapage par la solution d'acide nitrique sont réalisées à la température ambiante au moyen d'une solution contenant de 7 à 9 mol.l 1 d'acide nitrique, par exemple d'une solution à 8 mol.l 1 d'acide nitrique, pendant des durées allant de 8 à 15 min.
  • Pour les étapes de décapage par une solution de soude, on opère généralement à une température de 70 à 85°C, et on utilise une solution contenant de 250 à 350 g,l-1 de soude ; la durée de ce décapage peut varier de 3 à 7 min.
  • Les pièces en uranium ou en alliage d'uranium traitées par le procédé de l'invention peuvent être ensuite revêtues de nickel par nickelage chimique en solution aqueuse.
  • Pour ce nickelage, on utilise des solutions NIPOSIT 65 com mercialisées par la Société SHIPLEY S.A.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples suivants donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif en référence au dessin annexé qui est un diagramme représentant l'épaisseur d'alliage attaquée (en um), en fonction du temps pendant lequel on réalise l'étape d'attaque chimique (en min).
  • Ces exemples illustrent le traitement de pièces en alliage d'uranium et de vanadium à 0,2 % en poids de vanadium, ayant la forme de cylindres.
  • Dans tous les exemples, le traitement comprend les étapes successives suivantes :
    • - dégraissage par solvant organique,
    • - sablage humide,
    • - décapage dans une solution de soude à 300 g.l 1 à 75°C pendant 5 min,
    • - rinçage à l'eau permutée,
    • - décapage dans une solution d'acide nitrique à, 8 mol.l-1, pendant 2 min, à la température ambiante,
    • - rinçage à l'eau permutée,
    • - attaque chimique,
    • - rinçage à l'eau permutée,
    • - décapage dans une solution d'acide nitrique à 8 mol.l-1 à la température ambiante pendant 12 min,
    • - rinçage à l'eau permutée,
    • - décapage par une solution de soude à 300 g.l-1 à 75°C pendant 5 min,
    • - rinçage à l'eau permutée,
    • - décapage par une solution d'acide nitrique à 8 mol.l-1 à la température ambiante pendant 2 min, et
    • - rinçage à l'eau permutée.
    EXEMPLES 1 à 7
  • Dans ces exemples, on réalise l'attaque au moyen d'une solution aqueuse contenant 615 g.l 1 de NiCl2 et 1,99 mol.l-1 d'acide chlorhydrique pendant les durées variant de 0,5 à 10 min., et on mesure l'épaisseur attaquée dans chaque cas. On détermine également la valeur de Ra (en µm). Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau (1) qui suit et sur la figure annexée qui représente l'épaisseur attaquée (en µm) en fonction de la durée de l'étape d'attaque chimique (en min.).
  • Au vu de ces résultats, on constate que la vitesse d'attaque est constante (4,6 µm par min), l'épaisseur attaquée en fonction du temps étant linéaire.
  • Sur la figure, lé décalage d'ordonnées à l'origine indique que l'alliage uranium-vanadium s'attaque lentement lors des étapes préliminaires de décapage. Si l'on ajoute à la solution d'attaque de l'acide fluorhydrique, on diminue la vitesse d'attaque, mais l'épaisseur attaquée croît toujours linéairement en fonction du temps.
  • Par ailleurs, on a constaté que l'aspect de la surface attaquée n'est pas modifié même après des durées d'attaque par la solution de NiCl2 et de HCl allant jusqu'à 10 min. Ainsi, les structures restent fines, même pour des épaisseurs attaquées de 30 à 40 µm et l'aspect final des pièces n'est pas perturbé, ce qui représente une différence essentielle par rapport à l'uti lisation de la solution CuC12 qui procède par attaque par piqûres et d'aspect non uniforme.
    Figure imgb0001
    • EXEMPLES 8 à 12
  • Dans ces exemples, on utilise la même solution d'attaque que dans les exemples 1 à 7 et des durées d'attaque chimique de 5 ou 10 minutes ; les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 2 qui suit :
    Figure imgb0002
  • On vérifie ainsi que la reproductibilité de l'attaque est bonne.
    • EXEMPLES 13 à 22
  • Dans ces exemples, on utilise les solutions d'attaque du tableau 3 ci-après pour réaliser l'attaque chimique.
  • Les résultats obtenus sont donnés également dans le tableau 3. Au vu de ces résultats, on constate que seule la solution de chlorure de nickel NiCl2 et de HCl permet d'obtenir un résultat satisfaisant.
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
    • EXEMPLES 23 à 28
  • Dans ces exemples, on utilise la même solution d'attaque que dans les exemples 1 à 7 pendant des durées différentes, puis on dépose sur les pièces un revêtement de nickel en utilisant pour le nickelage chimique une solution du commerce : NIPOSIT 65.
  • On effectue ensuite des tests d'adhérence du dépôt de nickel sur une machine Quad Tester Coating adherence, c'est-à-dire par l'intermédiaire de pions collés sur le revêtement et tracticn- nés ensuite.
  • Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 4 dans lequel figurent également l'épaisseur attaquée et l'épaisseur du revêtement de nickel, correspondant à chaque exemple.
    Figure imgb0005
  • Au vu de ces résultats, on constate qu'aucun échantillon ne montre un arrachement du dépôt, la rupture se produisant toujours dans le joint de colle.
  • L'adhérence est donc excellente et se situe donc au moins au niveau de la résistance à la traction des brasures tendres, du type Castotin n° 1 (60/40) comme on peut le voir sur le tableau 5 qui donne les résultats d'essais de brasure sur la base du cylindre ou sur le côté du cylindre effectués sur les pièces des exemples 23 à 28. Ces essais sont réalisés sur des plaques chauffantes où le substrat est porté à la température nécessaire à la fusion du flux et de la brasure.
  • Pour ces essais de brasure, on a utilisé un chauffage plus modéré, par utilisation d'un rhéostat et on a appliqué une tension de 200 V. La résistance à la brasure tendre pour tous les échantillons est d'environ 80 MPa, sauf dans l'exemple 24 oùil s'est produit un léger arrachement.
    Figure imgb0006
    • EXEMPLES 29 et 30
  • Dans ces exemples, on a utilisé la même solution d'attaque que dans les exemples 1 à 7 et on a réalisé l'attaque pendant une durée telle que l'épaisseur attaquée soit de 30 µm. On a ensuite recouvert les pièces d'un revêtement de nickel de 30 µm d'épaisseur (ex. 29) et de 60 µm d'épaisseur (ex. 30) par nickelage chimique dans un bain Shipley NiP65.
  • On a soumis ensuite les pièces ainsi traitées à l'action d'un brouillard salin et on a pu constater que la pièce munie d'un revêtment de nickel de 30 µm résistait pendant 168 h et que la pièce munie d'un revêtement de nickel de 60 µm résistait plus de 316 h à cette atmosphère.
  • On a vérifié également que des pièces ainsi traitées résistaient bien en atmosphère marine.
  • Les pièces en uranium ou alliage d'uranium réalisées en uranium appauvri, puis traitées par le procédé de l'invention et revêtues ensuite de nickel par nickelage chimique peuvent être ainsi utilisées comme pièces de blindage ou de lestage en atmosphère marine.

Claims (12)

1. Procédé de préparation de la surface d'une pièce en uranium ou en alliage d'uranium, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'attaque chimique de la surface de la pièce en uranium ou en alliage d'uranium au moyen d'une solution de chlorure de nickel et d'acide chlorhydrique.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la solution d'attaque contient également de 1,5 à 5,6 mol.l-1 d'acide fluorhydrique.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la concentration en chlorure de nickel de la solution est de 600 à 700 g.l-1.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la concentration en acide chlorhydrique de la solution est de 1,8 à 2,2 mol.l-1.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution d'attaque contient environ 615 g.l-1 de NiCl2 et environ 2 mol.l-1 de HC1.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'attaque chimique est réalisée à la température ambiante pendant une durée de 5 à 10 min.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, avant de réaliser cette étape d'attaque chimique, on soumet la pièce en uranium ou en alliage d'uranium à au moins l'un des traitements suivants :
- dégraissage par un solvant organique,
- sablage,
- décapage dans une solution de soude, et
- décapage dans une solution d'acide nitrique.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, après l'étape d'attaque chimique, on soumet la pièce à au moins l'un des traitements suivants :
- décapage par une solution d'acide nitrique, et
- décapage par une solution de soude.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le ou les décapages par la solution de soude sont réalisés à chaud.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
- dégraissage par un solvant organique,
- sablage humide,
- décapage à chaud par une solution de soude, suivi d'un rinçage à l'eau,
- décapage par une solution d'acide nitrique suivi d'un rinçage à l'eau,
- attaque chimique par la solution de chlorure de nickel Nie12 et d'acide chlorhydrique, suivi d'un rinçage à l'eau,
- décapage par une solution d'acide nitrique, suivi d'un rinçage à l'eau,
- décapage par une solution de soude à chaud, suivi d'un rinçage à l'eau, et
- décapage par une solution d'acide nitrique, suivi d'un rinçage à l'eau.
11. Procédé pour déposer un revêtement de nickel sur la surface d'une pièce en uranium ou en alliage d'uranium, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre la pièce en uranium ou en alliage d'uranium à un procédé de préparation de suface selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et à déposer ensuite sur la pièce ainsi traitée un revêtement de nickel par nickelage chimique.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la pièce est en alliage uranium-vanadium.
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