FR2739106A1 - Electrolyte pour l'electropolissage, procede d'electropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel mettant en oeuvre cet electrolyte, et son application a la decontamination - Google Patents
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Abstract
L'invention a trait à un électrolyte d'électropolissage constitué d'un mélange d'acide phosphorique, d'acide nitrique et d'eau dans les proportions respectives de 10 à 34%, 34 à 58% et 32 à 56% en masse. L'invention concerne également un procédé d'électropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel tel que les Inconels mettant en oeuvre cet électrolyte, qui trouve son application en particulier dans la décontamination de surfaces contaminées par des radioéléments, notamment dans l'industrie nucléaire.
Description
La présente invention concerne un électrolyte pour l'électropolissage, un procédé d'électropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel mettant en oeuvre cet électrolyte, et son application à la décontamination, ce procédé peut être utilisé en particulier pour l'électropolissage et la décontamination des aciers inoxydables austénitiques, ferritiques et austéno-ferritiques et des alliages de nickel.
L'électropolissage est un procédé connu depuis 1930 et notamment par le document FR-A-707526.
Ce procédé consiste à effectuer une dissolution anodique de la pièce métallique à traiter. Ce traitement conduit soit à un nivelage, soit à un brillantage de la surface en l'absence de corrosion cristallographique. La densité de courant de dissolution est déterminée à partir de la courbe intensité-potentiel. Ce voltampérogramme présente un palier de diffusion au cours duquel le polissage est possible.
L'électropolissage peut être mis en oeuvre sur divers métaux, mais convient particulièrement bien pour l'acier inoxydable ou pour des alliages tels que l'Inconel. De ce fait, le traitement d'électropolissage peut être utilisé en particulier sur les divers constituants des générateurs de vapeur des centrales nucléaires du type à réacteur à eau pressurisée (REP) où ces métaux (par exemple l'Inconel 600 et l'acier
AISI 308L) sont mis en oeuvre ; un tel traitement peut être réalisé soit comme mode de préparation de surface pour diminuer la susceptibilité du matériau à se contaminer, soit comme mode de décontamination par dissolution des oxydes contaminés.
AISI 308L) sont mis en oeuvre ; un tel traitement peut être réalisé soit comme mode de préparation de surface pour diminuer la susceptibilité du matériau à se contaminer, soit comme mode de décontamination par dissolution des oxydes contaminés.
La grande majorité des électrolytes de polissage connus ont une viscosité élevée - ce qui les rend difficiles à mettre en oeuvre - et contiennent très peu d'eau : à savoir sensiblement moins de 20 % en masse.
Les électrolytes d'électropolissage, en effet, sont généralement des milieux acides très concentrés que l'on peut classer en deux grandes catégories
- une première catégorie comprend les électrolytes formés d'un mélange à base d'acide sulfurique, d'acide phosphorique et d'eau avec addition éventuelle d'acide chromique ou d'autres agents organiques. Ces électrolytes sont les plus courants dans le domaine de l'électropolissage.
- une première catégorie comprend les électrolytes formés d'un mélange à base d'acide sulfurique, d'acide phosphorique et d'eau avec addition éventuelle d'acide chromique ou d'autres agents organiques. Ces électrolytes sont les plus courants dans le domaine de l'électropolissage.
Ainsi, le document de FEDOT'EV "Electropolishing, anodizing and electrolytic pickling of metals", Moscou, Robert Draper Ltd. Teddington, 1959 décrit-il un procédé d'électropolissage dans lequel il est fait référence à l'électropolissage d'acier allié (Table 9, page 76) par des mélanges ternaires d'acides sulfurique, phosphorique, et d'eau en faible quantité, à savoir inférieure à 20 % en poids. Ces mélanges sont éventuellement additionnés d'acide chromique pour augmenter la brillance de la surface traitée.
C.L. FAUST dans "Electropolishing", Metal
Finishing, Septembre 1992, 9, pp. 89-91 indique que l'électropolissage est un traitement idéal pour aciers inoxydables parmi lesquels sont cités les aciers inoxydables de type 302, 410 et 430. Diverses apparences, depuis un aspect satiné jusqu'à un aspect brillant "comme un miroir" peuvent être obtenues avec des bains d'acide phosphorique et d'acide sulfurique qui contiennent tous très peu d'eau. Les bains préférés, qui permettent d'obtenir le brillant de type "miroir" sont ceux dans lesquels la proportion d'eau est la plus réduite, c'est-à-dire généralement inférieure à 20 % en poids, comme l'indique la figure 1 de ce document.
Finishing, Septembre 1992, 9, pp. 89-91 indique que l'électropolissage est un traitement idéal pour aciers inoxydables parmi lesquels sont cités les aciers inoxydables de type 302, 410 et 430. Diverses apparences, depuis un aspect satiné jusqu'à un aspect brillant "comme un miroir" peuvent être obtenues avec des bains d'acide phosphorique et d'acide sulfurique qui contiennent tous très peu d'eau. Les bains préférés, qui permettent d'obtenir le brillant de type "miroir" sont ceux dans lesquels la proportion d'eau est la plus réduite, c'est-à-dire généralement inférieure à 20 % en poids, comme l'indique la figure 1 de ce document.
MAGAINO S., MATLOSZ M., LANDOLT D., dans "An impedance study of stainless steel electropolishing".- J. Electrochem. Soc., 140, 5, 1993 étudient l'électropolissage de l'acier inoxydable dans des solutions concentrées d'acide phosphorique et d'acide sulfurique. Une faible concentration en eau apparaît comme étant plutôt favorable au brillantage.
Par exemple, l'électropolissage d'acier Fe 13Cr par des mélanges contenant 65 % d'acide phosphorique, 20 % d'acide sulfurique et 15 % d'eau est étudié.
Dans un article de HOAR T.P., MEARS D.C.
ROTHWELL G.P. "The relationships between anodic passivity, brightening and pitting" - Corrosion
Science, 5, 1965, pp. 279-289, il est indiqué que la passivation anodique est produite par la formation sur la surface de l'anode, d'un film d'oxyde très mince de faible conductivité ionique, tandis que le brillant anodique est, quant à lui, produit par le passage de cations dans et à travers des films très minces, solides et compacts, de conductivité anionique élevée, qui ne sont pas composés d'oxyde pur, mais d'oxyde contaminé par des anions étrangers issus de la solution de brillantage.
Science, 5, 1965, pp. 279-289, il est indiqué que la passivation anodique est produite par la formation sur la surface de l'anode, d'un film d'oxyde très mince de faible conductivité ionique, tandis que le brillant anodique est, quant à lui, produit par le passage de cations dans et à travers des films très minces, solides et compacts, de conductivité anionique élevée, qui ne sont pas composés d'oxyde pur, mais d'oxyde contaminé par des anions étrangers issus de la solution de brillantage.
Les auteurs indiquent, en effet, que les compositions des solutions qui donnent, soit d'une part une passivation anodique, soit d'autre part un brillantage, sont très différentes ; en particulier, les solutions de brillantage et de polissage présentent une concentration en eau nulle ou très faible, les auteurs en concluent que les conditions de brillantage sont obtenues par un rapport anion (tel que sulfate, phosphate) sur eau suffisamment élevé.
Dans un article résumant les connaissances essentielles sur l'électropolissage, D. LANDOLT "Fundamental aspect of electropolishing dans
Electrochem. Acta, 32, 1, 1987 pp. 1-11 indique que de nombreux électrolytes d'électropolissage de cette première catégorie, mis en oeuvre dans la pratique, contiennent une faible quantité d'eau et que les raisons pour cela données dans la littérature semblent quelque peu contradictoires, bien que diverses explications théoriques puissent permettre d'expliquer que de faibles concentrations en eau soient favorables à ltélectropolissage.
Electrochem. Acta, 32, 1, 1987 pp. 1-11 indique que de nombreux électrolytes d'électropolissage de cette première catégorie, mis en oeuvre dans la pratique, contiennent une faible quantité d'eau et que les raisons pour cela données dans la littérature semblent quelque peu contradictoires, bien que diverses explications théoriques puissent permettre d'expliquer que de faibles concentrations en eau soient favorables à ltélectropolissage.
Une deuxième catégorie d'électrolyte pour l'électropolissage, comprend les électrolytes à base d'acide perchlorique.
Dans ce type d'électrolyte, contenant un anion très agressif et oxydant, tel que le perchlorate, l'utilisation de l'eau comme solvant est contre indiquée.
Le solvant est donc de type organique : il peut s'agir par exemple d'acide acétique ou d'anhydride acétique ou encore de méthanol : ces électrolytes sont peu à peu abandonnés, car ils sont très dangereux et ont des propriétés explosives comme cela est décrit dans l'ouvrage de W.J. TEGART "Polissage électrolytique et chimique des métaux". Editions Dunod, Paris, 1960.
De ce fait, lors de la fabrication et de l'utilisation de ces bains, de nombreuses précautions doivent être prises.
Jusqu'à présent, l'électrolyte utilisé pour l'électropolissage des aciers austénoferritiques est le même que celui utilisé pour l'Inconel 600 et appartient à la première catégorie mentionnée ci-dessus : il s'agit d'un mélange ternaire acide sulfurique, acide phosphorique et eau en très faible quantité, auquel on peut ajouter certains additifs tels que l'acide oxalique, des oxydes de chrome ou d'aluminium. Ce type d'électrolyte doit être remplacé pour deux raisons essentielles
La première raison est que, si ces électrolytes donnent de bons résultats sur l'Inconel 600 ou sur des aciers inoxydables austénitiques (316L, 304...) cela n'est pas le cas pour les aciers austénoferritiques.La structure biphasée de ces aciers leur confère en effet un comportement original dans la mesure où il est courant d'observer une dissolution préférentielle de l'une des phases, généralement la ferrite, par rapport à l'autre. Même si l'électropolissage de telles surfaces permet d'améliorer le Ra ou rugosité arithmétique de 20 % environ après une érosion de 20 um, l'échantillon est mat et une attaque de la ferrite est observée comme cela est montré sur la figure 1 qui représente la visualisation au microscope électronique à balayage de la surface d'un échantillon d'acier 308L ayant subi un traitement d'électropolissage en milieu acide sulfurique et acide phosphorique avec une érosion de 40 um
La deuxième raison conduisant au remplacement de ce type d'électrolyte est le fait que dans certaines applications des électrolytes d'électropolissage telle que dans les circuits primaires des réacteurs à eau pressurisée (REP), l'électrolyte ne doit pas contenir d'acide sulfurique, car le soufre est proscrit de ces circuits primaires du fait qu'il est susceptible d'engendrer des problèmes de corrosion.
La première raison est que, si ces électrolytes donnent de bons résultats sur l'Inconel 600 ou sur des aciers inoxydables austénitiques (316L, 304...) cela n'est pas le cas pour les aciers austénoferritiques.La structure biphasée de ces aciers leur confère en effet un comportement original dans la mesure où il est courant d'observer une dissolution préférentielle de l'une des phases, généralement la ferrite, par rapport à l'autre. Même si l'électropolissage de telles surfaces permet d'améliorer le Ra ou rugosité arithmétique de 20 % environ après une érosion de 20 um, l'échantillon est mat et une attaque de la ferrite est observée comme cela est montré sur la figure 1 qui représente la visualisation au microscope électronique à balayage de la surface d'un échantillon d'acier 308L ayant subi un traitement d'électropolissage en milieu acide sulfurique et acide phosphorique avec une érosion de 40 um
La deuxième raison conduisant au remplacement de ce type d'électrolyte est le fait que dans certaines applications des électrolytes d'électropolissage telle que dans les circuits primaires des réacteurs à eau pressurisée (REP), l'électrolyte ne doit pas contenir d'acide sulfurique, car le soufre est proscrit de ces circuits primaires du fait qu'il est susceptible d'engendrer des problèmes de corrosion.
Il a été suggéré de mettre en oeuvre l'acide nitrique dans les électrolytes d'électropolissage, mais l'acide nitrique présente les mêmes propriétés gênantes que l'acide perchlorique déjà mentionnées ci-dessus, dans la mesure où il est oxydant. S'il est mélangé à un corps organique susceptible d'être oxydé, la réaction d'oxydation peut provoquer une explosion.
Des essais d'électropolissage et de décontamination ont cependant déjà été réalisés sur des aciers inoxydables austénitiques (304L, 316L) dans l'acide nitrique (9 mol/l), par exemple dans les documents de TURNER A.D., JUNKISON A.R., POTTINGER
J.S., LAIN M.J. - Nuclear science and technology "Development of remote electrochemical decontamination for hot cell applications" Commission of the European
Communities - Final report - EUR 14192 - 1993
Toutefois, aucun essai n'a été effectué sur l'acier austéno-ferritique 308L. De plus, cet électrolyte présente des inconvénients, car sa viscosité est trop faible. Il ne permet pas d'obtenir un polissage de bonne qualité à cause de défauts d'ondulation liés au régime hydrodynamique.
J.S., LAIN M.J. - Nuclear science and technology "Development of remote electrochemical decontamination for hot cell applications" Commission of the European
Communities - Final report - EUR 14192 - 1993
Toutefois, aucun essai n'a été effectué sur l'acier austéno-ferritique 308L. De plus, cet électrolyte présente des inconvénients, car sa viscosité est trop faible. Il ne permet pas d'obtenir un polissage de bonne qualité à cause de défauts d'ondulation liés au régime hydrodynamique.
Il existe donc un besoin pour un électrolyte présentant une viscosité réduite sans toutefois être trop faible, afin de permettre une mise en oeuvre facile, pouvant être utilisé aussi bien sur l'Inconel 600 et les aciers inoxydables austénitiques ferritiques que sur les aciers austéno-ferritiques, et donnant d'excellents résultats dans tous les cas c'est-à-dire essentiellement une surface brillante (et non pas mate) de l'échantillon sans attaque cristallographique, à savoir pas de piqûres ou d'attaque intergranulaire ou de corrosion sélective d'une phase par rapport à l'autre. L'électrolyte doit être d'une utilisation sûre et sans risques, et peu coûteux. L'électrolyte doit d'autre part être exempt des ions fluorures, chlorures et soufre. Sa température de mise en oeuvre doit être de préférence inférieure à 60"C.
Il doit également présenter de bonnes conditions de conservation dans le temps à température ambiante.
L'utilisation de l'électrolyte doit être compatible avec les possibilités des sites nucléaires et en particulier avec les possibilités de traitement des effluents dans les centrales nucléaires.
L'objet de l'invention est donc de fournir un électrolyte qui satisfasse à la fois à l'ensemble des exigences mentionnées ci-dessus. Un autre objet de la présente invention est un procédé d'électropolissage et/ou de décontamination mettant en oeuvre l'électrolyte ci-dessus qui puisse donner des résultats satisfaisants sur tous types d'acier inoxydable, ainsi que sur les alliages de nickel tels que les Inconels utilisés en particulier dans l'industrie nucléaire.
Ces objets et d'autres encore sont atteints conformément à l'invention par un électrolyte constitué d'un mélange ternaire acide phosphorique, acide nitrique et eau dans les proportions suivantes
- acide phosphorique de 10 à 34 % en masse,
- acide nitrique de 34 à 58 % en masse,
- eau de 32 à 56 % en masse.
- acide phosphorique de 10 à 34 % en masse,
- acide nitrique de 34 à 58 % en masse,
- eau de 32 à 56 % en masse.
La formulation de cet électrolyte va de manière surprenante à l'encontre de tous les préjugés existant dans la littérature puisque malgré toutes les contre-indications qui se trouvent dans l'art antérieur et en particulier dans les documents mentionnés ci-dessus ; l'électrolyte selon la présente invention utilise l'eau comme solvant à une concentration élevée, supérieure aux concentrations faibles (inférieures à 20 % en masse) conseillées dans l'art antérieur.
De même, l'utilisation d'acide nitrique comme constituant de base principal du mélange, correspond à une démarche qui s'écarte fondamentalement des démarches suivies jusqu'alors dans ce domaine de la technique.
Ce sont donc deux préjugés techniques largement répandus dans l'art antérieur, tel qu'il est en particulier reflété par les documents cités et discutés ci-dessus, qui ont été surmontés par les inventeurs de la présente demande, puisqu'il a été choisi d'une part d'utiliser l'eau comme solvant à une proportion élevée et d'autre part d'utiliser l'acide nitrique comme constituant de base.
L'acide phosphorique ajoutée dans l'électrolyte permet enfin d'augmenter la viscosité tout en conservant une concentration en eau élevée, à savoir supérieure ou égale à 32 %.
L'électrolyte selon l'invention basé sur un mélange ternaire spécifique du point de vue de ses constituants et de leurs proportions, permet d'obtenir une surface brillante des échantillons de métaux traités.
On aboutit en effet à un lissage et à un brillantage de la surface aussi bien par exemple des aciers inoxydables austénitiques tels que les aciers 316L et 304L, que des aciers ferritiques tels que l'acier 430, que des aciers austéno-ferritiques tels que l'acier 308L, ou encore des Inconels tels que l'Inconel 600, 690 ou 800.
Du fait que l'acier 308L et l'Inconel sont les constituants essentiels des générateurs de vapeur, l'électrolyte selon l'invention conviendra donc particulièrement pour traiter les surfaces de tels appareils.
L'électrolyte selon l'invention se caractérise donc par une grande polyvalence. En effet, au contraire des électrolytes de l'art antérieur qui ne donnaient de bons résultats d'électropolissage que pour l'Inconel 600 ou les aciers inoxydables austénitiques (316, 304, etc.), l'électrolyte selon l'invention permet également de manière surprenante le lissage et le brillantage des échantillons en acier austéno-ferritique, par exemple de type 308L sans que ne se produise une attaque préférentielle du réseau ferritique, ce qui constitue un avantage décisif des électrolytes selon l'invention sur les électrolytes de l'art antérieur, en particulier les électrolytes sulfophosphoriques.
L'électrolyte selon l'invention présente également l'avantage évident sur les électrolytes de l'art antérieur d'être exempt des ions fluorures, chlorures et sulfates qui sont corrosifs vis-à-vis des aciers inoxydables et des alliages de nickel.
Cet électrolyte selon l'invention ne nécessite pas de chauffage pour pouvoir être mis en oeuvre, il est en effet utilisable généralement à température ambiante, c'est-à-dire généralement de 150C à 300C, et en tous les cas de préférence à une température inférieure à 600C.
L'électrolyte selon l'invention présente une viscosité favorable, généralement comprise entre 1,3 et 3 mm2/s.
L'électrolyte selon l'invention présente également de bonnes propriétés de conservation dans le temps à température ambiante, et il peut être stocké sur une longue durée sans que ses caractéristiques essentielles ne soient affectées.
L'électrolyte ne contient pas de réactifs susceptibles de donner lieu à des réactions très agressives, oxydantes, ou explosives. Il peut être préparé et utilisé sans prendre de précautions particulières et sans danger pour l'utilisateur.
L'électrolyte usé peut être facilement retraité par distillation, puisque le mélange contient 90 % en masse d'acide nitrique et d'eau. L'acide nitrique récupéré dans le distillat peut être recyclé, ce qui, d'un point de vue économique est particulièrement avantageux.
Enfin, l'utilisation de l'électrolyte selon l'invention est compatible avec les possibilités de retraitement des effluents des centrales électriques, notamment nucléaires, ainsi que des sites nucléaires, qui constituent un des domaines d'application préféré de l'électrolyte selon la présente invention.
L'électrolyte a généralement la composition en pourcentages en masse mentionnée ci-dessus.
Une composition préférée comprendra
de 10 à 20 % d'acier phosphorique,
de 40 à 50 % d'acide nitrique
de 40 à 50 % d'eau."
L'invention concerne également un procédé d'électropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel dans lequel ledit acier inoxydable ou ledit alliage de nickel est mis en contact avec l'électrolyte décrit ci-dessus.
de 10 à 20 % d'acier phosphorique,
de 40 à 50 % d'acide nitrique
de 40 à 50 % d'eau."
L'invention concerne également un procédé d'électropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel dans lequel ledit acier inoxydable ou ledit alliage de nickel est mis en contact avec l'électrolyte décrit ci-dessus.
Ce procédé présente l'ensemble des caractéristiques avantageuses liées à l'électrolyte et déjà mentionnées ci-dessus ; ce procédé selon l'invention mettant en oeuvre l'électrolyte spécifique de l'invention, permet également d'obtenir des rendements faradiques de dissolution élevés, généralement supérieurs à 90 %, la vitesse de dissolution étant notamment de 300 pm/h.
Ce procédé peut servir à l'électropolissage de tous types d'aciers inoxydables - aussi bien austénitiques, par exemple 316L, 304L, que ferritiques, par exemple 430L ou austénoferritiques, par exemple 308L - mais aussi d'alliages de nickel tels que les
Inconels, par exemple l'Inconel 600 ou l'Inconel 640 ou encore l'Inconel 800.
Inconels, par exemple l'Inconel 600 ou l'Inconel 640 ou encore l'Inconel 800.
On constate donc que ce procédé peut être employé pour traiter les divers alliages utilisés notamment dans l'industrie nucléaire. Il est bien évident que ce procédé conviendra également pour le traitement des aciers inoxydables et alliages de nickel rencontrés dans tous types d'industries.
L'invention concerne également un procédé d'électrodécontamination d'aciers inoxydables ou d'alliages de nickel contaminés notamment à leur surface par des radioéléments, par exemple le
Cobalt 60, dans lequel l'alliage métallique contaminé est mis en contact avec l'électrolyte décrit ci-dessus.
Cobalt 60, dans lequel l'alliage métallique contaminé est mis en contact avec l'électrolyte décrit ci-dessus.
Ces alliages sont par exemple ceux rencontrés dans l'industrie nucléaire ou dans une autre industrie, et notamment dans le circuit primaire des centrales nucléaires telles que les tuyauteries, les générateurs de vapeur ....
Le procédé permet notamment une dissolution des éléments métalliques contaminants, contenus essentiellement dans les oxydes de la couche superficielle, et donc une réduction notable de la contamination pour permettre une intervention du personnel de maintenance.
Les conditions opératoires du procédé d'électropolissage et de décontamination peuvent être facilement déterminées par l'homme du métier dans ce domaine de la technique en fonction notamment du matériau à traiter. Elles seront généralement les suivantes.
La composition de l'électrolyte pour l'électropolissage et/ou la décontamination est celle déjà indiquée ci-dessus, à savoir
- acide phosphorique : de 10 à 34 % en masse,
- acide nitrique : 34 à 58 % en masse,
- eau : 32 à 56 % en masse.
- acide phosphorique : de 10 à 34 % en masse,
- acide nitrique : 34 à 58 % en masse,
- eau : 32 à 56 % en masse.
La densité de courant est généralement supérieure ou égale à 0,4 A/cm2, elle est de préférence comprise entre 0,4 A/cm2 et 0,8 A/cm2 ; en effet, un certain risque de piqûration apparaît au-delà de 0,8 A/cm2.
La température est généralement la température ambiante, à savoir 15 à 30"C, de préférence 20 à 250C et le régime hydrodynamique est de préférence un régime laminaire.
La durée du procédé est généralement de 2 à 4 minutes pour une érosion par exemple de 20 um.
Les conditions opératoires des procédés d'électropolissage et d'électrodécontamination sont généralement identiques.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, cette description étant faite en référence aux dessins joints dans lesquels
- la figure 1 représente une visualisation au MEB (microscope électronique à balayage) de la surface d'un échantillon d'acier inoxydable 308L ayant subi un traitement d'électropolissage en milieu acide sulfurique et acide phosphorique (érosion de 40 um),
- la figure 2 représente une visualisation
- la figure 2 représente une visualisation au MEB de la surface d'un échantillon d'acier inoxydable 308L ayant subi un traitement d'électropolissage en milieu acide nitrique et acide phosphorique, c'est-à-dire avec un électrolyte conforme à l'invention (érosion de 40 um),
- les figures 3 à 6 représentent des profils de rugosité anamorphosés de la surface de l'acier 308L. Les différents profils présentés sont respectivement : la surface initiale de l'acier (figure 3), puis cette même surface après respectivement une érosion de 12 um (figure 4), une érosion de 23 um (figure 5), et une érosion de 40 um (figure 6).
- la figure 1 représente une visualisation au MEB (microscope électronique à balayage) de la surface d'un échantillon d'acier inoxydable 308L ayant subi un traitement d'électropolissage en milieu acide sulfurique et acide phosphorique (érosion de 40 um),
- la figure 2 représente une visualisation
- la figure 2 représente une visualisation au MEB de la surface d'un échantillon d'acier inoxydable 308L ayant subi un traitement d'électropolissage en milieu acide nitrique et acide phosphorique, c'est-à-dire avec un électrolyte conforme à l'invention (érosion de 40 um),
- les figures 3 à 6 représentent des profils de rugosité anamorphosés de la surface de l'acier 308L. Les différents profils présentés sont respectivement : la surface initiale de l'acier (figure 3), puis cette même surface après respectivement une érosion de 12 um (figure 4), une érosion de 23 um (figure 5), et une érosion de 40 um (figure 6).
Les figures 2 et 3 à 6 représentent et illustrent donc le procédé selon l'invention mettant en oeuvre l'électrolyte spécifique selon l'invention dans le cas particulier d'un traitement d'électropolissage d'un acier austéno-ferritique 308L.
La figure 1 permet de visualiser les résultats obtenus avec un électrolyte de l'art antérieur (acide sulfurique et phosphorique) et de comparer les résultats obtenus avec l'électrolyte de l'invention.
Les exemples suivants décrivent et illustrent l'invention.
Exemple 1 : Résultats en électropolissage
Ce traitement d'électropolissage est effectué avec un électrolyte dont la composition est la suivante
- acide phosphorique : 100 g/kg
- acide nitrique : 475 g/kg
- eau : 425 g/kg et sur des échantillons en acier inoxydable 308L.
Ce traitement d'électropolissage est effectué avec un électrolyte dont la composition est la suivante
- acide phosphorique : 100 g/kg
- acide nitrique : 475 g/kg
- eau : 425 g/kg et sur des échantillons en acier inoxydable 308L.
L'objectif d'un tel traitement est d'aboutir au lissage et au brillantage de la surface des échantillons en acier 308L sans attaque préférentielle du réseau ferritique. Pour mesurer l'état géométrique de la surface, on utilise les mesures de profil de rugosité et plus particulièrement deux paramètres ; la rugosité arithmétique (Ra) et le nombre de pics par cm. Ces mesures de rugosité ont été effectuées avec un rugosimètre à palpeur mécanique de marque PERTHOMETER (modèle M4P). La longueur d'évaluation est 4,8 mm, le filtre utilisé est de 0,8 mm. Pour le calcul du nombre de pics (Pc), la distance des lignes de coupe est de 0,13 um, ces lignes sont symétriques par rapport à la ligne moyenne.
Les échantillons de départ en acier 308L sont :meulés, les valeurs des paramètres obtenues sont les suivantes : 0,9 < Ra < 1,35 um ; 100 < Pc < 126.
Les résultats obtenus sont les suivants et sont présentés dans le tableau 1.
TABLEAU 1
<tb> <SEP> Quantité
<tb> d'électricité <SEP> Erosion <SEP> Ra <SEP> (pm) <SEP> Pc/cm <SEP> Temps
<tb> <SEP> (A.minZcm2 > <SEP> (un) <SEP> (minutes)
<tb> <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 117
<tb> <SEP> 0,788 <SEP> 12 <SEP> 0,7 <SEP> 78 <SEP> 2
<tb> <SEP> 1,6 <SEP> 23 <SEP> 0,66 <SEP> 43 <SEP> 4
<tb> <SEP> 3,2 <SEP> 40 <SEP> 0,65 <SEP> 33 <SEP> 8
<tb> - les profils de rugosité présentés sur les figures 3 à 6 montrent que l'on observe une disparition des microrugosités, - les échantillons d'aciers 308L obtenus par ce traitement d'électropolissage présentent un aspect brillant, - une observation au microscope électronique à balayage (conditions d'observation : grandissement X 700) de la surface de l'échantillon d'acier 308L ayant subi le traitement d'électropolissage (érosion de 40 um) montre clairement que (voir figure 2) le réseau de ferrite est juste révélé, mais n'est pas attaqué, ce qui confirme l'aspect brillant observé. En effet dans le cas contraire, la surface aurait un aspect mat.
<tb> d'électricité <SEP> Erosion <SEP> Ra <SEP> (pm) <SEP> Pc/cm <SEP> Temps
<tb> <SEP> (A.minZcm2 > <SEP> (un) <SEP> (minutes)
<tb> <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 117
<tb> <SEP> 0,788 <SEP> 12 <SEP> 0,7 <SEP> 78 <SEP> 2
<tb> <SEP> 1,6 <SEP> 23 <SEP> 0,66 <SEP> 43 <SEP> 4
<tb> <SEP> 3,2 <SEP> 40 <SEP> 0,65 <SEP> 33 <SEP> 8
<tb> - les profils de rugosité présentés sur les figures 3 à 6 montrent que l'on observe une disparition des microrugosités, - les échantillons d'aciers 308L obtenus par ce traitement d'électropolissage présentent un aspect brillant, - une observation au microscope électronique à balayage (conditions d'observation : grandissement X 700) de la surface de l'échantillon d'acier 308L ayant subi le traitement d'électropolissage (érosion de 40 um) montre clairement que (voir figure 2) le réseau de ferrite est juste révélé, mais n'est pas attaqué, ce qui confirme l'aspect brillant observé. En effet dans le cas contraire, la surface aurait un aspect mat.
Exemple 2 (comparatif) : Résultats en électropolissage avec un électrolyte classique sulfophosphorique.
On effectue un traitement d'électropolissage dans les mêmes conditions que l'exemple 1 sur des échantillons analogues d'acier 308L, mais en utilisant un électrolyte classique d'électropolissage ayant la composition suivante
- acide sulfurique : 440 g/kg,
- acide phosphorique : 440 g/kg,
- eau : 120 g/kg.
- acide sulfurique : 440 g/kg,
- acide phosphorique : 440 g/kg,
- eau : 120 g/kg.
Les échantillons d'acier 308L obtenus par ce traitement d'électropolissage présentent un aspect mat.
Une observation au microscope électronique à balayage MEB de la surface de l'échantillon d'acier 308L, réalisée dans les mêmes conditions que pour l'exemple 1, ayant subi le traitement d'électropolissage (érosion de 40 um) montre clairement qu'une attaque de la ferrite s'est produite, ce qui confirme l'aspect mat observé.
On obtient donc, grâce au procédé selon l'invention, mettant en oeuvre un électrolyte spécifique, un brillantage de la surface en acier austéno-ferritique sans attaque préférentielle du réseau ferrique, alors que l'électrolyte de l'art antérieur donne une surface mate et une attaque de la ferritique.
Exemple 3 : Résultats en décontamination
L'électrolyte selon l'invention ayant la même composition que celui de l'exemple 1 est mis en oeuvre dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1, sauf que la surface traitée est une surface contaminée en Co60 faisant partie d'un échantillon prélevé sur un générateur de vapeur de centrale nucléaire.
L'électrolyte selon l'invention ayant la même composition que celui de l'exemple 1 est mis en oeuvre dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1, sauf que la surface traitée est une surface contaminée en Co60 faisant partie d'un échantillon prélevé sur un générateur de vapeur de centrale nucléaire.
Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessous.
TABLEAU 2
<tb> <SEP> quantité
<tb> d'électricité <SEP> érosion <SEP> activité <SEP> facteur <SEP> de
<tb> <SEP> (A.min/cm2) <SEP> (um > <SEP> (Bq/cm2) <SEP> décontamination
<tb> <SEP> 0 <SEP> 51570
<tb> <SEP> 0,31 <SEP> 6,6 <SEP> 23208 <SEP> 2,2
<tb> <SEP> 1,9 <SEP> 28,6 <SEP> 215 <SEP> 240
<tb> <SEP> 3,5 <SEP> 50,6 <SEP> 31 <SEP> 1660
<tb>
Cet électrolyte permet une réduction significative de l'activité et permet de réduire suffisamment les "points chauds" pour permettre une intervention sans risques des opérateurs en maintenance.
<tb> d'électricité <SEP> érosion <SEP> activité <SEP> facteur <SEP> de
<tb> <SEP> (A.min/cm2) <SEP> (um > <SEP> (Bq/cm2) <SEP> décontamination
<tb> <SEP> 0 <SEP> 51570
<tb> <SEP> 0,31 <SEP> 6,6 <SEP> 23208 <SEP> 2,2
<tb> <SEP> 1,9 <SEP> 28,6 <SEP> 215 <SEP> 240
<tb> <SEP> 3,5 <SEP> 50,6 <SEP> 31 <SEP> 1660
<tb>
Cet électrolyte permet une réduction significative de l'activité et permet de réduire suffisamment les "points chauds" pour permettre une intervention sans risques des opérateurs en maintenance.
Claims (9)
1. Electrolyte d'électropolissage caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange d'acide phosphorique, d'acide nitrique et d'eau dans les proportions suivantes
- acide phosphorique de 10 à 34 % en masse,
- acide nitrique de 34 à 58 % en masse,
- eau de 32 à 56 % en masse.
2. Procédé d'électropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel caractérisé en ce que ledit acier inoxydable ou alliage de nickel est mis en contact avec l'électrolyte selon la revendication 1.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'acier inoxydable est choisi parmi les aciers inoxydables ferritiques, austénitiques et austénoferritiques..
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alliage de nickel est choisi parmi l'Inconel 600, l'Inconel 690 et l'Inconel 800.
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la densité de courant est supérieure ou égale à 0,4 A/cm2.
6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électropolissage est effectué à température ambiante.
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrolyte usé est distillé et l'acide nitrique récupéré dans le distillat est recyclé.
8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrolyte est mis en contact avec la surface contaminée en radioéléments d'un acier inoxydable ou d'un alliage au nickel.
9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'acier inoxydable ou l'alliage de nickel sont constitutifs d'un composant d'une centrale nucléaire.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9511313A FR2739106B1 (fr) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Electrolyte pour l'electropolissage, procede d'electropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel mettant en oeuvre cet electrolyte, et son application a la decontamination |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9511313A FR2739106B1 (fr) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Electrolyte pour l'electropolissage, procede d'electropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel mettant en oeuvre cet electrolyte, et son application a la decontamination |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2739106A1 true FR2739106A1 (fr) | 1997-03-28 |
| FR2739106B1 FR2739106B1 (fr) | 1997-10-24 |
Family
ID=9482952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9511313A Expired - Fee Related FR2739106B1 (fr) | 1995-09-27 | 1995-09-27 | Electrolyte pour l'electropolissage, procede d'electropolissage d'un acier inoxydable ou d'un alliage de nickel mettant en oeuvre cet electrolyte, et son application a la decontamination |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2739106B1 (fr) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0297683A (ja) * | 1988-10-03 | 1990-04-10 | Nippon Steel Corp | ステンレス鋼鏡面研摩材の着色前処理方法 |
-
1995
- 1995-09-27 FR FR9511313A patent/FR2739106B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0297683A (ja) * | 1988-10-03 | 1990-04-10 | Nippon Steel Corp | ステンレス鋼鏡面研摩材の着色前処理方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BULL. ELECTROCHEM., vol. 5, no. 3, 1989, pages 188 - 193 * |
| CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 111, no. 10, 4 September 1989, Columbus, Ohio, US; abstract no. 86162, LACOUDRE: "ELECTROPOLISHING STAINLESS STEEL SURFACES IN NUCLEAR ENVIRONMENTS" XP000061821 * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 299 (C - 0733) 27 June 1990 (1990-06-27) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2739106B1 (fr) | 1997-10-24 |
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Legal Events
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20060531 |