FR2916002A1 - REMOVAL OF SECOND PHASE DEPOSITS FROM NIOBIUM ON ZIRCONIUM-NIOBIUM ALLOYS - Google Patents
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Abstract
L'invention réside en un procédé permettant d'éliminer des dépôts de particules de seconde phase (PSP) riches en niobium de la surface de pièces en alliage de zirconium-niobium. Ce procédé comprend le lavage d'une pièce en alliage de zirconium-niobium, juste décapée et rincée, à l'aide d'une solution acidifiée de lavage à l'acide oxalique ou l'oxalate d'ammonium. Le procédé de la présente invention aboutit à une élimination rapide, efficace et complète des dépôts superficiels de PSP de la pièce en alliage de zirconium-niobium, sans provoquer l'apparition de piqûres, ce qui donne une surface propre et brillante sans qu'on doive recourir à des opérations de projection d'eau sous pression ou d'essuyage mécanique.The invention is a method for removing niobium-rich second phase particle (PSP) deposits from the surface of zirconium-niobium alloy parts. This process involves washing a zirconium-niobium alloy piece, just pickled and rinsed, with an acidified oxalic acid wash solution or ammonium oxalate. The process of the present invention results in a rapid, efficient and complete removal of PSP surface deposits from the zirconium-niobium alloy part, without causing pitting, resulting in a clean, shiny surface without must use operations of projection of water under pressure or mechanical wiping.
Description
B08-0684FR Société dite : WESTINGHOUSE ELECTRIC COMPANY LLC Elimination deB08-0684EN WESTINGHOUSE ELECTRIC COMPANY LLC Elimination of
dépôts de particules de seconde phase de niobium sur des alliages de zirconium-niobium décapés Invention de : MCLAUGHLIN David F. Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 7 mars 2007 sous le n 11/682.981 Deposition of Niobium Second Phase Particles on Pickled Zirconium-Niobium Alloys Invention of: MCLAUGHLIN David F. Priority of a Patent Application Filed in the United States of America March 7, 2007 under No. 11 / 682,981
2 Elimination de dépôts de particules de seconde phase de niobium sur des alliages de zirconium-niobium décapés 2 Elimination of second-phase niobium particle deposits on etched zirconium-niobium alloys
La présente invention porte sur un procédé de nettoyage d'alliages de zirconium-niobium servant au gainage du combustible dans les réacteurs nucléaires. Plus particulièrement, la présente invention porte sur un procédé chimique rapide, efficace et complet d'élimination de dépôts de particules de seconde phase présents à la surface d'alliages de zirconium-niobium, procédé dans lequel on obtient une surface propre, brillante, non piquée sans avoir recours à des opérations de projection d'eau sous pression ou d'essuyage mécanique. The present invention relates to a method for cleaning zirconium-niobium alloys for cladding fuel in nuclear reactors. More particularly, the present invention relates to a rapid, efficient and complete chemical process for the removal of second-phase particle deposits present on the surface of zirconium-niobium alloys, in which a clean, shiny, non-porous surface is obtained. pierced without the use of pressurized water spraying or mechanical wiping operations.
Le zirconium (Zr) possède de nombreuses propriétés utiles, parmi lesquelles une bonne résistance mécanique et une grande résistance à la corrosion. Sous sa forme purifiée sans hafnium, le zirconium est couramment utilisé comme matériau de construction pour les coeurs de réacteurs nucléaires, grâce à sa faible section efficace d'absorption de neutrons. Les alliages couramment utilisés dans les applications du zirconium de qualité pour nucléaire contiennent ordinairement de l'étain, du fer et parfois du nickel ; des compositions d'alliages plus récentes telles que l'alliage "Zirlo" (Westinghouse Electric Co., LLC, Pittsburgh, PA) contiennent également un certain pourcentage de niobium (Nb), qui sert à améliorer la résistance à la corrosion dans l'environnement des réacteurs nucléaires. Comme dans la plupart des applications d'objets métalliques, la fabrication de tubes de combustible et d'organes de coeur de réacteur nucléaire laisse à la surface du métal des traces non souhaitables telles que des éraflures, des taches d'oxydation et des impuretés chimiques provenant de lubrifiants. Par conséquent, les pièces en zirconium sont habituellement soumises à un décapage chimique avant usage, et les éléments constituant les assemblages combustibles peuvent subir de nombreuses opérations de décapage chimique pendant le processus de fabrication, afin d'en assurer la qualité de la surface et d'en éliminer les corps étrangers. Un bain de décapage classique pour le zirconium contient de 10 à 40 % en poids d'acide nitrique et de 1 à 5 % d'acide fluorhydrique, ce qui constitue une solution très agressive. Un problème spécifique survient lorsqu'on décape des alliages de zirconium contenant du niobium. Une ségrégation du niobium a tendance à avoir lieu à l'intérieur de l'alliage, ce qui donne de très petites particules, appelées particules de seconde phase (PSP). Ordinairement, les PSP ont une composition binaire Zr-Nb ou Zirconium (Zr) has many useful properties, including good mechanical strength and high resistance to corrosion. In its purified, hafnium-free form, zirconium is commonly used as a building material for nuclear reactor cores because of its low neutron absorption cross section. Alloys commonly used in nuclear grade zirconium applications typically contain tin, iron and sometimes nickel; more recent alloying compositions such as the "Zirlo" alloy (Westinghouse Electric Co., LLC, Pittsburgh, PA) also contain a certain percentage of niobium (Nb), which serves to improve the corrosion resistance in the nuclear reactor environment. As in most metal object applications, the fabrication of fuel tubes and nuclear reactor core bodies leaves undesirable traces on the metal surface such as scratches, oxidation spots and chemical impurities. from lubricants. As a result, zirconium parts are usually chemically stripped before use, and the components of the fuel assemblies can undergo many chemical etching operations during the manufacturing process, to ensure the quality of the surface and the surface. to eliminate foreign bodies. A conventional pickling bath for zirconium contains 10 to 40% by weight of nitric acid and 1 to 5% of hydrofluoric acid, which is a very aggressive solution. A specific problem occurs when etching zirconium alloys containing niobium. Niobium segregation tends to take place inside the alloy, resulting in very small particles, called second-phase particles (PSPs). Ordinarily, the PSPs have a Zr-Nb binary composition or
3 ternaire Zr-Nb-Fe. Lors du décapage de l'alliage, la dissolution de la matrice de Zr se déroule plus rapidement que celle des PSP, aussi de très grandes quantités de particules noires extrêmement fines sont-elles relâchées dans l'acide de décapage pendant le processus de décapage chimique. Malheureusement, lorsqu'on sort l'alliage de l'acide de décapage, même après un rinçage abondant, la surface est ordinairement noir mat du fait d'un revêtement dense de particules adhérentes qui ne se détachent pas de la surface du métal pendant le rinçage. Cette substance est appelée "charbon" dans l'industrie, en référence à la similitude de son aspect à celui de masses noires de fines spores fongiques portant le même nom. 3 ternary Zr-Nb-Fe. When stripping the alloy, the dissolution of the Zr matrix occurs more rapidly than that of the PSP, so very large quantities of extremely fine black particles are released in the etching acid during the chemical etching process . Unfortunately, when the alloy is removed from the etching acid, even after extensive rinsing, the surface is usually matt black due to a dense coating of adhering particles that do not detach from the surface of the metal during rinsing. This substance is called "coal" in industry, with reference to the similarity of its appearance to that of black masses of fine fungal spores bearing the same name.
Avant de pouvoir utiliser un alliage quelconque de niobium- zirconium dans un réacteur nucléaire, on doit éliminer la totalité du dépôt de "charbon", en partie pour obtenir sur les pièces des surfaces lumineuses et brillantes, et pour empêcher une éventuelle libération ultérieure de telles particules dans l'eau de refroidissement d'un réacteur et leur dépôt à l'intérieur du réacteur. Sur les surfaces extérieures aisément accessibles, il n'est pas difficile de supprimer les dépôts de PSP, et cela peut se faire par projection d'eau sous pression ou par essuyage mécanique à l'aide de chiffons ou d'éponges. Cependant, nombre de pièces de réacteurs comportent finalement des surfaces internes qui ne sont pas facilement accessibles, comme l'intérieur des tubes de combustible pour les réacteurs à eau sous pression (PWR) ainsi que les réacteurs à eau bouillante (BWR), et l'intérieur des caissons à canaux dans les BWR. On peut réaliser le nettoyage chimique de certaines surfaces intérieures, comme celles de tubes cylindriques lisses, en frottant l'intérieur de la pièce avec des tampons nettoyants ("racleurs"), mais d'autres petits canaux ne peuvent pas être nettoyés efficacement, et les petites crevasses ne sont pas du tout accessibles. Before any niobium-zirconium alloy can be used in a nuclear reactor, all of the "charcoal" deposit must be removed, partly to obtain luminous and bright surfaces on the parts, and to prevent any subsequent release of such materials. particles in the cooling water of a reactor and their deposit inside the reactor. On easily accessible external surfaces, it is not difficult to remove PSP deposits, and this can be done by splashing water under pressure or by mechanical wiping with rags or sponges. However, many reactor parts ultimately have internal surfaces that are not readily accessible, such as the fuel tube interior for pressurized water reactors (PWRs) as well as boiling water reactors (BWRs), and the inside the channel boxes in the BWRs. Some interior surfaces, such as smooth cylindrical tubes, can be chemically cleaned by scrubbing the interior of the room with cleaning pads ("scrapers"), but other small channels can not be cleaned effectively, and small crevasses are not accessible at all.
Une solution idéale au problème consisterait en un lavage chimique au cours duquel la pièce serait immergée, ce qui devrait entraîner soit la dissolution du dépôt de PSP, soit son détachement de la surface du métal. La dissolution des particules de seconde phase de Zr-Nb et Zr-Nb-Fe n'est probablement pas une solution plausible, car tout solvant capable de les dissoudre attaquerait à coup sûr d'une façon encore plus agressive le substrat en zirconium, en provoquant à la fois un endommagement de la surface et une libération d'une quantité encore plus grande de PSP de l'alliage. Par conséquent, on a besoin d'un procédé pour éliminer rapidement et complètement les particules de seconde phase de Zr-Nb et de Zr-Nb-Fe de toute la surface d'alliages de zirconium-niobium sans endommager la surface des alliages.35 An ideal solution to the problem would be a chemical wash during which the part would be immersed, which should result either in the dissolution of the PSP deposit or its detachment from the surface of the metal. The dissolution of the Zr-Nb and Zr-Nb-Fe second-phase particles is probably not a plausible solution, since any solvent capable of dissolving them would undoubtedly attack the zirconium substrate in an even more aggressive manner. causing both surface damage and release of an even greater amount of PSP from the alloy. Therefore, a process is needed to rapidly and completely remove the Zr-Nb and Zr-Nb-Fe second phase particles from the entire surface of zirconium-niobium alloys without damaging the surface of the alloys.
4 La présente invention comble ce besoin en proposant un procédé qui permet d'éliminer des dépôts de particules de seconde phase (PSP) riches en niobium de la surface d'une pièce en alliage de zirconium-niobium juste décapée et rincée, comprenant un lavage de la pièce en alliage de zirconium-niobium juste décapée et rincée, à l'aide d'une solution acidifiée de lavage à l'acide oxalique ou l'oxalate d'ammonium. La présente invention vise à proposer un procédé par lequel des dépôts de PSP sont entièrement éliminés par une action chimique, ne nécessitant ni essuyage mécanique ni projection d'eau sous pression, et qui soit par conséquent adaptable pour éliminer des dépôts de PSP de surfaces intérieures complexes inaccessibles pour un nettoyage par essuyage et projection d'eau sous pression. La présente invention vise en outre à proposer un procédé dans lequel les dépôts de PSP puissent être facilement éliminés, même après que la pièce en zirconium-niobium a été décapée et rincée à l'eau afin d'éliminer le fluorure et d'arrêter l'action de décapage, grâce à l'augmentation de la capacité de solubilisation de l'oxalate envers la zircone hydratée, obtenue par association de l'oxalate avec un deuxième acide minéral. La présente invention vise en outre à proposer un procédé qui puisse être exécuté rapidement sans accroître la température au-delà de la température ambiante, et donc en supprimant le risque d'endommagement de la surface de la pièce en alliage de zirconium-niobium. La présente invention vise en outre à proposer un procédé donnant une surface métallique qui ne peut pas être distinguée de celle obtenue par le décapage industriel actuel des alliages de zirconium-niobium, qui est ordinairement suivi d'une projection d'eau sous pression ou d'un essuyage mécanique. The present invention fills this need by providing a method for removing niobium-rich second phase particle (PSP) deposits from the surface of a just-stripped and rinsed zirconium-niobium alloy piece comprising a wash the piece of zirconium-niobium alloy just pickled and rinsed, using an acidified washing solution with oxalic acid or ammonium oxalate. The present invention aims to provide a method by which PSP deposits are entirely removed by a chemical action, requiring neither mechanical wiping nor projection of water under pressure, and which is therefore adaptable to remove PSP deposits from interior surfaces complex inaccessible for cleaning by wiping and splashing water under pressure. It is another object of the present invention to provide a method in which PSP deposits can be easily removed even after the zirconium-niobium coin has been etched and rinsed with water to remove fluoride and stop stripping action, by increasing the solubilization capacity of oxalate to hydrated zirconia, obtained by combining the oxalate with a second mineral acid. The present invention further aims to provide a method that can be performed quickly without increasing the temperature beyond the ambient temperature, and thus eliminating the risk of damage to the surface of the zirconium-niobium alloy piece. The present invention further aims to provide a method giving a metal surface which can not be distinguished from that obtained by the current industrial pickling zirconium-niobium alloys, which is usually followed by a projection of water under pressure or mechanical wiping.
La présente invention vise en outre à proposer un procédé dans lequel les solutions usées puissent être traitées de la même manière que l'acide de décapage usé et les solutions de rinçage de décapage actuels, où un traitement à l'hydroxyde de calcium sert à précipiter de l'oxalate de calcium au lieu du fluorure de calcium. Ces objectifs, et d'autres, de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après. The present invention further aims to provide a method in which the spent solutions can be treated in the same manner as the spent pickling acid and the current pickling rinse solutions, where a calcium hydroxide treatment is used to precipitate calcium oxalate instead of calcium fluoride. These and other objects of the present invention will become more apparent upon reading the detailed description hereinafter.
La présente invention propose un procédé qui permet d'éliminer des dépôts de particules de seconde phase (PSP) riches en niobium de la surface d'une pièce en alliage de zirconium-niobium juste décapée et rincée, comprenant un lavage de la pièce en alliage de zirconium-niobium juste décapée et rincée, à l'aide d'une solution acidifiée de lavage à l'acide oxalique ou l'oxalate d'ammonium. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, la solution d'acide oxalique ou d'oxalate d'ammonium est acidifiée avec de l'acide nitrique. La concentra- 5 tion de l'acide oxalique ou de l'oxalate d'ammonium dans la solution de lavage peut valoir d'environ 1,0 à 8,0 % en poids, de préférence d'environ 2,5 à 5,0 % en poids, et mieux encore environ 2,5 % en poids. La concentration de l'acide nitrique dans la solution de lavage peut valoir d'environ 1,0 à 40 % en poids, de préférence d'environ 5 à 10 % en poids, et mieux encore, environ 5 % en poids. The present invention provides a method for removing niobium-rich second phase particle (PSP) deposits from the surface of a just-etched, rinsed zirconium-niobium alloy part, comprising washing the alloy part. of zirconium-niobium just pickled and rinsed, using an acidified washing solution with oxalic acid or ammonium oxalate. In a particular embodiment of the invention, the solution of oxalic acid or ammonium oxalate is acidified with nitric acid. The concentration of oxalic acid or ammonium oxalate in the wash solution may range from about 1.0 to 8.0% by weight, preferably from about 2.5 to 5, 0% by weight, and more preferably about 2.5% by weight. The concentration of nitric acid in the wash solution may range from about 1.0 to 40% by weight, preferably from about 5 to 10% by weight, and most preferably about 5% by weight.
La pièce en alliage de zirconium-niobium juste décapée et rincée est lavée dans la solution de lavage utilisée selon la présente invention pendant environ 1 à 10 minutes, de préférence environ 2 à 5 minutes et mieux encore environ 4 minutes, à la température ambiante (c'est-à-dire environ 26 C). Des températures plus élevées, notamment de 35 C à 50 C, permettent une accélération du processus de lavage, mais accroissent le risque de piqûres de la surface de la pièce en alliage de zirconium-niobium et ne sont donc pas conseillées. Le procédé pour éliminer des dépôts de PSP de la surface d'une pièce en alliage de zirconium-niobium juste décapée et rincée peut facilement être intégré dans des travaux industriels en cours tout en respectant l'environnement. En particulier, l'acide de décapage usé et/ou les solutions de rinçage de décapage contaminées sont ordinairement traitées à l'hydroxyde de calcium afin de neutraliser l'acidité, de fixer le fluorure toxique sous la forme de CaF2, qui est très peu soluble., et de précipiter l'oxalate de calcium, qui est lui aussi très peu soluble et peut donc être facilement séparé, sous forme de gâteau de filtration solide, de solutions usées résultant du processus de lavage de la présente invention. De ce fait, les mêmes procédés de traitement sans danger écologique que ceux actuellement utilisés pour le décapage d'alliages de zirconium peuvent facilement être adaptés pour traiter les solutions de lavage à l'oxalate employées dans la présente invention. Au sens où on l'utilise ici, le terme "charbon" désigne un revêtement dense de particules noir mat adhérentes qui ne se détachent pas de la surface métallique d'un alliage de zirconium-niobium pendant le rinçage. Les termes "charbon" et "dépôts de particules de seconde phase (PSP)" sont utilisés ici de façon inter-changeable. Au sens où on l'utilise ici, l'expression "échantillon de Zirlo" désigne un échantillon, de la taille d'un timbre poste, d'une composition d'alliage de tôle The zirconium-niobium alloy piece just scoured and rinsed is washed in the wash solution used according to the present invention for about 1 to 10 minutes, preferably about 2 to 5 minutes and more preferably about 4 minutes, at room temperature ( that is, about 26 C). Higher temperatures, especially 35 C to 50 C, allow an acceleration of the washing process, but increase the risk of pitting of the surface of the piece of zirconium-niobium alloy and are therefore not recommended. The process for removing PSP deposits from the surface of a zirconium-niobium alloy piece just pickled and rinsed can easily be integrated into ongoing industrial work while respecting the environment. In particular, the spent pickling acid and / or contaminated pickling rinse solutions are usually treated with calcium hydroxide to neutralize the acidity, to fix the toxic fluoride in the form of CaF2, which is very little soluble, and precipitating calcium oxalate, which is also very sparingly soluble and thus can be easily separated, as a solid filter cake, from spent solutions resulting from the washing process of the present invention. As a result, the same environmentally safe processing methods as those currently used for pickling zirconium alloys can easily be adapted to treat the oxalate wash solutions employed in the present invention. As used herein, the term "coal" refers to a dense coating of adherent matte black particles that do not detach from the metal surface of a zirconium-niobium alloy during rinsing. The terms "coal" and "second-phase particle deposition (PSP)" are used interchangeably herein. As used herein, the term "Zirlo sample" refers to a sample, the size of a postage stamp, a sheet metal alloy composition
6 métallique (Westinghouse Electric Co., LLC, Pittsburgh, PA) utilisée pour des études expérimentales, laquelle composition contient de l'étain, du fer et environ 1 % de niobium. 6) (Westinghouse Electric Co., LLC, Pittsburgh, PA) used for experimental studies, which composition contains tin, iron and about 1% niobium.
La présente invention est décrite plus particulièrement dans l'exemple nullement limitatif ci-après, qui n'est donné qu'à titre dillustration et dont de nombreuses variantes seront évidentes pour les spécialistes en la matière. Exemple 1 Introduction Afin d'élaborer une solution de lavage permettant de retirer des dépôts de PSP d'une pièce en alliage de zirconium-niobium sans dissoudre les dépôts de PSP (et donc sans dissoudre non plus le substrat en zirconium), il a fallu identifier la manière dont les PSP se fixent à la surface d'un alliage de zirconium-niobium. A cette fin, des études préalables ont été menées dans le service Science and Technology Department de Westinghouse Electric Co., LLC (Pittsburgh, PA). Ces études ont fait apparaître que le zirconium métal fraichement décapé est revêtu d'une très fine couche de zircone hydratée (ZrO2 • x H2O), par suite de l'équilibre électrochimique entre le zirconium métal et l'eau à bas pH. Dans le cas particulier où x vaut 2, la zircone hydratée est stoechiométriquement équivalente à du tétrahydroxyde de zirconium Zr(OH)4. Bien qu'en réalité le composé de formule Zr(OH)4 puisse ne pas exister, il est commode de s'y référer en tant que tel. Cette couche "d'hydroxyde" de zirconium est très mince, à savoir d'une épaisseur nanométrique, mais elle est adhérente et se comporte comme une "colle", ce qui fait que des PSP relativement petites adhèrent à la surface métallique de l'alliage de zirconium-niobium. The present invention is described more particularly in the non-limiting example below, which is given for illustration only and many variations will be obvious to those skilled in the art. Example 1 Introduction In order to develop a washing solution for removing PSP deposits from a zirconium-niobium alloy part without dissolving the PSP deposits (and thus without dissolving the zirconium substrate either), it was necessary to identify how PSPs attach to the surface of a zirconium-niobium alloy. To this end, preliminary studies have been conducted in the Science and Technology Department of Westinghouse Electric Co., LLC (Pittsburgh, PA). These studies have shown that the freshly etched metal zirconium is coated with a very thin layer of hydrated zirconia (ZrO2 • x H2O), as a result of the electrochemical balance between zirconium metal and water at low pH. In the particular case where x is 2, the hydrated zirconia is stoichiometrically equivalent to Zr (OH) 4 zirconium tetrahydroxide. Although in reality the compound of formula Zr (OH) 4 may not exist, it is convenient to refer to it as such. This zirconium "hydroxide" layer is very thin, i.e. of nanometric thickness, but it is adherent and behaves like an "adhesive", so that relatively small PSPs adhere to the metal surface of the zirconium-niobium alloy.
D'après ces constatations, des études ont été menées pour déterminer la solution de lavage optimale capable d'éliminer la "colle" "d'hydroxyde" de zirconium de la surface d'alliages de zirconium-niobium. Cet "hydroxyde" de zirconium est très peu soluble dans l'eau et on sait qu'il n'est soluble que dans quelques substances telles que l'hydroxyde de sodium et/ou de potassium en solution très concentrée, le peroxyde d'hydrogène en solution alcaline, les acides fluorhydrique et sulfurique concentrés, l'acide oxalique et éventuellement le carbonate d'ammonium (Blumenthal, W.B., The Chemical Behavior of Zirconium, D. van Nostrand Co. Inc., Princeton, NJ, 1958, pp. 191-193).35 From these findings, studies have been conducted to determine the optimal wash solution capable of removing the zirconium "hydroxide" glue from the surface of zirconium-niobium alloys. This "hydroxide" zirconium is very slightly soluble in water and it is known that it is soluble in only a few substances such as sodium hydroxide and / or potassium in highly concentrated solution, hydrogen peroxide in alkaline solution, concentrated hydrofluoric and sulfuric acids, oxalic acid and optionally ammonium carbonate (Blumenthal, WB, The Chemical Behavior of Zirconium, D. van Nostrand Co. Inc., Princeton, NJ, 1958, pp. 191-193) .35
7 Essais initiaux Pour commencer, sept échantillons de Zirlo ont subi un processus de décapage ordinaire connu dans la technique. Ce processus a comporté une immersion des échantillons pendant 20 minutes dans un liquide de décapage constitué de 40 % en poids d'acide nitrique concentré et de 5 % en poids d'acide fluorhydrique concentré. Ensuite, chaque échantillon de Zirlo a été immédiatement placé pendant 4 minutes dans une solution de lavage différente. Les solutions de lavage contenaient de l'hydroxyde de sodium et/ou de potassium concentré, du peroxyde d'hydrogène Io alcalin, des acides fluorhydrique et sulfurique concentrés, de l'acide oxalique et du carbonate d'ammonium. Les différentes solutions de lavage et l'aptitude de ces solutions de lavage à éliminer les dépôts de PSP des échantillons sont indiquées sur le Tableau 1. Initial Testing Initially, seven Zirlo samples underwent an ordinary pickling process known in the art. This process involved immersing the samples for 20 minutes in a pickling liquid consisting of 40% by weight concentrated nitric acid and 5% by weight concentrated hydrofluoric acid. Then, each Zirlo sample was immediately placed for 4 minutes in a different wash solution. The washing solutions contained concentrated sodium and / or potassium hydroxide, alkaline hydrogen peroxide, concentrated hydrofluoric and sulfuric acids, oxalic acid and ammonium carbonate. The different wash solutions and the ability of these wash solutions to remove PSP deposits from the samples are shown in Table 1.
15 Tableau 1 Efficacité de différentes solutions de lavage pour éliminer le "charbon" d'échantillons de Zirlo Hydroxyde Hydroxyde de Peroxyde Acide Acide Carbonate de sodium potassium d'hydrogène sulfurique oxalique/oxalate d'ammonium concentré concentré alcalin concentré d'ammonium Inefficace ; Inefficace ; Elimination Efficace ; mais Efficace Inefficace. réaction lente réaction lente et incomplète du provoque des rapidement sans et élimina- élimination "charbon". dommages dommages fion incom- incomplète du inacceptables sur la surface plète du "charbon". sur la surface "charbon". Parmi les solutions de lavage testées, on a constaté que seul l'oxalate réussit 20 à éliminer rapidement le "charbon" sans endommager la surface des échantillons de Zirlo. Ainsi, ces essais ont démontré que des échantillons de Zirlo juste décapés, immédiatement plongés dans de l'acide oxalique ou de l'oxalate d'ammonium, avaient tendance à relâcher immédiatement les dépôts superficiels de PSP, ce qui laisse sur les coupons une surface propre et brillante. Il est apparu que les dépôts de 25 PSP ne se dissolvaient pas dans la solution de lavage, mais plutôt s'accumulaient au fond de la cuve de réaction. Table 1 Efficacy of various washing solutions for removing "coal" from Zirlo samples Hydroxide Peroxide Hydroxide Acid Acid Sodium carbonate Sulfuric hydrogen sulfide oxalic acid / concentrated ammonium oxalate concentrated concentrated ammonium alkali Ineffective; Ineffective; Effective Elimination; but effective inefficient. slow reaction slow and incomplete reaction causes quickly without and eliminates elimination "coal". Incomplete damage damage to the unacceptable surface of the "coal" surface. on the surface "coal". Of the wash solutions tested, it was found that only oxalate was able to rapidly remove "coal" without damaging the surface of the Zirlo samples. Thus, these tests demonstrated that just stripped Zirlo samples, immediately immersed in oxalic acid or ammonium oxalate, had a tendency to immediately release the surface deposits of PSP, leaving a surface area on the coupons. clean and bright. It was found that the PSP deposits did not dissolve in the wash solution, but rather accumulated at the bottom of the reaction vessel.
8 Autres essais Les travaux de décapage industriel sont toujours immédiatement suivis d'un rinçage abondant, de préférence dans de l'eau déminéralisée, pour arrêter la réaction de décapage et conserver une bonne qualité de la surface. 8 Other tests The industrial stripping work is always immediately followed by an abundant rinsing, preferably in demineralised water, to stop the pickling reaction and maintain a good quality of the surface.
Au cours d'une première série d'expériences, on a constaté que, si les échantillons de Zirlo fraichement décapés étaient tout d'abord rincés dans de l'eau déminéralisée, ni l'acide oxalique ni l'oxalate d'ammonium n'éliminaient le "charbon". Apparemment, l'exposition à l'eau a pour effet de "fixer" la couche de ZrO2 • x H2O et de la rendre insoluble (ou beaucoup moins soluble) dans la solution d'oxalate. Au cours d'une autre série d'expériences, on a constaté que si les échantillons de Zirlo fraichement décapés étaient tout d'abord rincés à l'oxalate au lieu d'eau déminéralisée, il y avait dans le bain d'oxalate une accumulation progressive de fluorure contaminant le bain d'oxalate, ce qui a également pour effet de "fixer" les dépôts superficiels de PSP, à tel point que l'efficacité du bain diminuait graduellement avec le temps. Au cours d'une dernière série d'essais, on a découvert que le facteur clef de permettant d'employer avec succès de l'oxalate pour éliminer des dépôts de PSP d'un alliage de zirconium décapé et rincé consistait à acidifier la solution d'oxalate avec un autre acide minéral. L'acide nitrique a été choisi en raison du fait, reconnu, qu'il n'interagit pas directement avec le zirconium, interaction qui risquerait de causer des dommages sur la surface de l'alliage. En particulier, une solution de 2,5 à 5 % en poids d'acide oxalique et de 5 % en poids d'acide nitrique a été utilisée comme solution de lavage, à la température ambiante, soit environ 26 C, après le décapage des échantillons de Zirlo, comme décrit plus haut, et après un rinçage abondant dans de l'eau déminéralisée pendant 20 minutes. Cela a abouti à une élimination rapide et efficace des dépôts superficiels de PSP des échantillons. Le procédé décrit ci-dessus offre l'avantage qu'il n'y a pratiquement pas d'accumulation de dépôts de PSP dans la solution d'oxalate. Au contraire, on a constaté que les dépôts de PSP ne se détachaient qu'après que les échantillons étaient retirés de la solution de lavage à l'oxalate-acide nitrique et placés dans un second bain de rinçage. En outre, on a constaté que ce procédé est efficace pour une large gamme de concentrations d'acide oxalique, à savoir de 1 % à 8 % en poids. On a en outre trouvé In a first series of experiments, it was found that, if freshly stripped Zirlo samples were first rinsed in deionized water, neither oxalic acid nor ammonium oxalate eliminated "coal". Apparently, exposure to water has the effect of "fixing" the ZrO 2 • x H2O layer and rendering it insoluble (or much less soluble) in the oxalate solution. In another series of experiments, it was found that if freshly stripped Zirlo samples were first rinsed with oxalate instead of demineralized water, there was an accumulation of oxalate in the oxalate bath. fluoride contaminating the oxalate bath, which also "fixed" the surface deposits of PSP, so that bath efficiency gradually decreased with time. In a final series of tests, it was discovered that the key factor in successfully using oxalate to remove PSP deposits from a pickled and rinsed zirconium alloy was to acidify the solution of the solution. oxalate with another mineral acid. Nitric acid was chosen because of the fact that it does not interact directly with zirconium, an interaction that could cause damage to the surface of the alloy. In particular, a solution of 2.5 to 5% by weight of oxalic acid and 5% by weight of nitric acid was used as washing solution, at room temperature, ie approximately 26 ° C., after pickling Zirlo samples, as described above, and after extensive rinsing in deionized water for 20 minutes. This resulted in a rapid and efficient removal of surface deposits of PSP from the samples. The method described above has the advantage that there is virtually no accumulation of PSP deposits in the oxalate solution. In contrast, it was found that the PSP deposits only became detached after the samples were removed from the oxalate-nitric acid wash solution and placed in a second rinse bath. In addition, it has been found that this method is effective for a wide range of oxalic acid concentrations, i.e. 1% to 8% by weight. We also found
9 que des concentrations d'acide nitrique situées dans une très large gamme, à savoir de 5 à 40 % en poids, sont également efficaces. On a constaté que des concentrations plus fortes d'acide nitrique, supérieures à environ 40 % en poids, provoquaient des piqûres de la surface métallique des échantillons. Nitric acid concentrations in a very wide range, ie 5 to 40% by weight, are also effective. Higher concentrations of nitric acid, greater than about 40% by weight, were found to cause pitting of the metal surface of the samples.
Enfin, si l'on augmente la température de la solution de lavage à l'oxalateacide nitrique, c'est-à-dire si on la porte à une valeur située entre environ 35 C et 50 C, ceci permet de raccourcir le laps de temps nécessaire à l'élimination du dépôt de "charbon". Toutefois, ceci provoque également des dommages sur la surface métallique des échantillons, sous la forme de nombreuses petites piqûres. l0 Conclusion En soumettant des échantillons de Zirlo à un processus de décapage classique connu dans la technique, à un rinçage abondant dans de l'eau déminéralisée puis à un lavage à l'aide d'une solution de lavage à 5 % en poids d'acide oxalique et 5 % en poids d'acide nitrique à la température ambiante, soit environ 26 C, on a 15 réussi à éliminer rapidement et efficacement des dépôts superficiels de PSP des échantillons, sans provoquer l'apparition de piqûres, ce qui a donné une surface propre et brillante. Finally, if the temperature of the nitric acid oxalate wash solution is increased, that is to say if it is brought to a value between approximately 35 ° C. and 50 ° C., this makes it possible to shorten the time required for disposal of the "coal" deposit. However, this also causes damage to the metal surface of the samples, in the form of many small punctures. Conclusion By subjecting Zirlo samples to a conventional pickling process known in the art, to rinsing abundantly in deionized water and then washing with a 5 wt% wash solution. oxalic acid and 5% by weight of nitric acid at room temperature, about 26 ° C., it was possible to rapidly and efficiently remove PSP surface deposits from the samples, without causing pitting, which resulted in a clean and bright surface.
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