JP2023523331A - めっきされた金属基材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
めっきされた金属基材及び製造方法が提供される。本方法は、物理蒸着を利用して、被膜された基材を作成するように金属基材の少なくとも一部分の上に第１の層を堆積させることを含む。本方法は、めっきされた基材を作成するように、第１の層の少なくとも一部分の上に、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含む第２の層を電気めっきすることを含む。【選択図】図１
Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年４月２７日に出願された米国仮出願第６３／０１６，１７４号の利益を主張するものであり、該仮出願の内容は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年４月２７日に出願された米国仮出願第６３／０１６，１７４号の利益を主張するものであり、該仮出願の内容は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。
政府の支援
本発明は、米国エネルギー省により授与された政府契約第ＤＥ－ＮＥ０００８８２４号に基づく政府の支援を受けて行われた。政府は、本発明に対して一定の権利を有する。
本発明は、米国エネルギー省により授与された政府契約第ＤＥ－ＮＥ０００８８２４号に基づく政府の支援を受けて行われた。政府は、本発明に対して一定の権利を有する。
例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）などの軽水炉（ＬＷＲ）は、原子燃料を保持するのに適した原子燃料棒を備え得る。原子燃料は、ウラン、ウラン合金、プルトニウム、プルトニウム合金、トリウム、トリウム合金、又はこれらの組み合わせを含み得る。いくつかの原子燃料棒は、例えば、Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｒａｎｂｅｒｒｙ Ｔｏｗｎｓｈｉｐ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａが提供するＺＩＲＬＯ（登録商標）などの、ジルコニウム又はジルコニウム合金を含む。原子燃料棒は、例えば、水側腐食及び水素ピックアップなど、ＰＷＲでの動作中に様々な腐食加工に供され得る。ジルコニウム又はジルコニウム合金を含む原子燃料棒の製造性及び腐食性能の強化には課題がある。
本開示は、金属基材を加工するための方法を提供する。本方法は、物理蒸着を利用して、被膜された基材を作成するように金属基材の少なくとも一部分の上に第１の層を堆積させることを含み、第１の層は、電気めっきされるように構成されている。本方法は、めっきされた基材を作成するように第１の層の少なくとも一部分の上に、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含む第２の層を電気めっきすることを含む。
本開示はまた、基材、第１の層、及び第２の層を備える、めっきされた原子燃料棒を提供する。基材は、ジルコニウム又はジルコニウム合金を含む。第１の層は、基材の上に物理蒸着によって堆積される。第１の層の厚さは、０．１ミクロン～５ミクロンの範囲内である。第２の層は、電気めっきすることによって堆積される。第２の層は、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含む。第２の層の厚さは、０．１ミクロン～５０ミクロンの範囲内である。
本明細書に記載される本発明は、この発明の概要に要約される実施例に限定されるものではないことが理解される。本明細書において様々な他の態様を記載及び例示する。
実施例の特徴及び利点、並びにこれらを達成する方法が、より明らかになり、実施例は、添付の図面と併せて用いられる実施例の以下の説明を参照することによって、より良く理解されることになる。
対応する参照文字は、数個の図全体を通して対応する部分を示す。本明細書に記載される例示は、１つの形態で特定の実施例を説明しており、かかる例示は、いかなる様式によっても実施例の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
ここで、本開示の特定の例示的な態様を説明して、本明細書に開示される組成物、物品、及び方法の、組成物、機能、製造、及び使用の原理の全体的な理解を提供する。これらの態様の実施例（複数可）を、添付の図面において説明する。当業者であれば、本明細書に具体的に記載され、添付の図面において説明される、組成物、物品、及び方法が、非限定的な例示的な態様であること、並びに本発明の様々な実施例の範囲が、特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解されよう。１つの例示的な態様に関連して説明又は記載される特徴は、他の態様の特徴と組み合わされ得る。かかる修正例及び変形例は、本発明の範囲内に含まれるように意図されるものである。
本明細書全体を通して、「様々な実施例」、「いくつかの実施例」、「１つの実施例」、「一実施例」などに対する参照は、該実施例に関連して記載される特定の特徴、構造、又は特性が、一実施例に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通してところどころに現れる「様々な実施例では」、「いくつかの実施例では」、「１つの実施例では」、「一実施例では」などといった表現は、必ずしもすべて同じ実施例を指すわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、実施例（複数可）において、任意の好適な様式で組み合わせられ得る。したがって、１つの実施例に関連して説明又は記載される特定の特徴、構造、又は特性は、限定されることなく、別の実施例又は他の実施例の特徴、構造、又は特性と全体的若しくは部分的に組み合わせられ得る。かかる修正例及び変形例は、本実施例の範囲内に含まれるように意図されるものである。
本明細書で使用される場合、特に被膜層又はフィルムに関連して、「上（ｏｎ）」、「上に（ｏｎｔｏ）」、「上に（ｏｖｅｒ）」という用語、及びこれらの変形例（例えば、「上に適用される」、「上に形成される」、「上に堆積される」、「上に提供される」、「上に位置する」、「上に電気めっきされる」など）は、基材の表面の上に適用される、形成される、堆積される、提供される、又は別様に位置することを意味するが、必ずしも基材の表面と接触している必要はない。例えば、基材の「上に適用される」被膜層は、適用される被膜層と基材との間に位置する、同じ一又は異なる組成物の別の被膜層又は他の被膜層の存在を除外しない。同様に、第１の被膜層の「上に適用される」第２の被膜層は、適用される第２の被膜層と適用される第１の被膜層との間に位置する、同じ一又は異なる組成物の別の被膜層又は他の被膜層の存在を除外しない。
本明細書で使用される場合、「中間」とは、参照される要素が、２つの要素の間に配置されているが、必ずしもこれらの要素と接触している必要はないことを意味する。したがって、本明細書に別段の記載がない限り、第１の要素と第２の要素との「中間」にある要素は、第１の要素及び／又は第２の要素に隣接若しくは接触していても、していなくてもよく、その他の要素が、中間の要素と第１の要素及び／又は第２の要素との間に配置され得る。
例えば、ＰＷＲなどのＬＷＲは、原子炉内の原子燃料を支持するための原子燃料棒を備える。典型的には、原子燃料棒は、管状形状を備え、様々な実施例では、４メートルの長さ、１センチメートル（ｃｍ）の外径、及び０．６ミリメートル（ｍｍ）の壁厚を備える。原子燃料棒は、ジルコニウム又はジルコニウム合金を含み得る。原子燃料棒は、ＰＷＲの一次回路への、原子燃料からの核分裂生成物の放出に対する障壁となり得る。したがって、原子燃料からの核分裂生成物の放出に対する望ましい障壁を維持し、原子燃料棒の高温性能を強化するために、原子燃料棒の腐食性能を強化することが望ましい場合がある。
本開示の発明者らは、コールドスプレーの薄い層（例えば、５ミクロン以下）のクロム又はクロム合金が課題を提示する可能性があることを見出した。更に、発明者らは、物理蒸着が、望ましくない堆積速度（例えば、毎時１ミクロン）を有し、それによって、物理蒸着による厚い層の形成を妨げ得ることを見出した。更に、本開示の発明者らは、より速い堆積速度（例えば、毎時１２～１５ミクロン）が、クロム又はクロム合金の電気めっきを利用して達成され得ると判断した。しかしながら、本発明者らはまた、ジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒は、典型的にはジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒の表面上に存在する酸化ジルコニウムの存在に起因して、クロムで直接電気めっきすることができないと判断した。例えば、クロムを電気めっきするために使用される化学浴は、典型的には、クロム又はクロム合金が、ジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒の表面に適切に電気めっきされるように、酸化ジルコニウム（もしあれば）を十分に除去することができない。
したがって、本開示は、所望の堆積速度での腐食防止のために、所望の層の厚さのクロム又はクロム合金を適用することができる、ジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒を加工するための方法を提供する。更に、本開示は、耐食性を強化しながら、迅速な製造に適している可能性がある、めっきされた原子燃料棒を提供する。本開示による、めっきされた原子燃料棒は、事故耐性があり、かつ例えば、ＰＷＲなどのＬＷＲに適している可能性がある。
更に、本開示はまた、クロムで直接電気めっきすることができないその他の金属基材に適用可能である可能性がある。例えば、本開示は、原子燃料棒、航空宇宙部品、化学加工部品、又はこれらの組み合わせに適用可能である可能性がある。金属基材は、ジルコニウム、ジルコニウム合金、チタン、チタン合金、ハフニウム、ハフニウム合金、又はこれらの組み合わせを含み得る。わかりやすくするために、金属基材は、ジルコニウム又はジルコニウム合金を含む原子燃料棒に関して記載されることになるが、ジルコニウム又はジルコニウム合金を含む原子燃料棒は、航空宇宙部品、化学加工部品、又は他の部品などの、他のタイプの金属基材を含み得るか、又は該金属基材によって置き換えられ得るか、又は該金属基材を更に含み得ることが理解されるであろう。
図１を参照すると、ジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒を加工する方法が提供される。説明されるように、第１の層の前に、任意選択の中間層が原子燃料棒の上に堆積され得る（１０２）。中間層は、原子燃料棒の表面の事前堆積イオンエッチングを含み得る物理蒸着によって堆積され得る。様々な実施例では、中間層を堆積させることにより、原子燃料棒の表面上の酸化ジルコニウムの少なくとも一部分を除去する。
その後、物理蒸着を利用して、被膜された原子燃料棒を作成するように、第１の層が原子燃料棒の少なくとも一部分の上に堆積され得る（１０４）。第１の層が原子燃料棒に直接適用される実施例では、第１の層の物理蒸着が、原子燃料棒の表面又は中間層の事前堆積イオンエッチングを含むことが望ましい場合がある。様々な実施例では、第１の層を堆積させることにより、原子燃料棒の表面上の酸化ジルコニウムの少なくとも一部分を除去する。第１の層は、導電性であり、かつ電気めっきするのに適している可能性がある。例えば、第１の層は、第１の層なしでは行うことができなかった可能性がある、後続の電気めっき加工を可能にすることができる。
物理蒸着は、少なくとも不完全真空下で行うことができ、スパッタリング又は蒸発を含み得る。例えば、物理蒸着は、高温又はプラズマを利用して固体原材料を気化させること、気化した固体原材料を原子燃料棒の表面に運ぶこと、及び気化した固体原材料を原子燃料棒上の所望の層（例えば、中間層、第１の層）に凝縮することを含み得る。様々な実施例では、固体原材料は、原子燃料棒の上に堆積される所望の組成物を含み得る。第１の層が堆積されている実施例では、固体原材料は、クロム、クロム合金、鉄、鉄合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含み得る。第１の層が堆積されている実施例では、固体原材料は、クロム、クロム合金、鉄、鉄合金、又はこれらの組み合わせを含み得る。中間層が堆積されている実施例では、固体原材料は、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含み得る。様々な実施例では、物理蒸着は、マグネトロンスパッタリング又はパルスマグネトロンスパッタリングを含み得る。
第２の層は、めっきされた原子燃料棒１０６を形成するように第１の層の少なくとも一部分の上に電気めっきされ得る。例えば、第２の層は、第１の層と直接接触し得る。第１の層は、電気めっきされた第２の層を受容するのに適している場合がある。これは、第１の層と第２の層との間の所望の接合を達成するために、第１の層の物理蒸着によって形成された酸化物（もしあれば）を、電気めっき加工を介して少なくとも部分的に除去することができるためである。第２の層は、ＰＷＲでの使用に適した、耐食性（例えば、耐酸化性）及び／又は耐摩耗性の層であってもよい。第２の層は、第１の層よりも速い速度で電気めっきすることができ、それによって、めっきされた原子燃料棒の製造を強化し、クロム又はクロム合金のより厚い層の形成を可能にする。例えば、第２の層は、第１の層が堆積される速度よりも少なくとも１０倍速い速度で電気めっきされ得る。
電気めっきは、汚れ又は他の表面不純物を除去するための、原子燃料棒の任意選択の初期洗浄、エッチングなどの原子燃料棒の任意選択の前処理、化学浴中の原子燃料棒の少なくとも一部分の浸漬、及び原子燃料棒と化学浴との間の電位の形成を含み得る。化学浴は、クロム又はクロム合金系の成分（例えば、三酸化クロム、硫酸クロム、塩化クロム）及び電解質（例えば、硫酸）を含み得る。化学浴の温度は、電気めっきによって形成される第２の層の所望の性状を達成するように制御され得る。
めっきされた原子燃料棒は、第１の層、第２の層、並びに任意選択で、中間層及び／又は他の層を備え得る。様々な実施例では、第１の層は、原子燃料棒の上に直接堆積され、第２の層は、第１の層に直接電気めっきされる。他の実施例では、中間層は、原子燃料棒の上に直接堆積され、第１の層は、中間層の上に直接堆積され、第２の層は、第１の層の上に直接堆積される。いくつかの実施例では、別の層が、原子燃料棒と中間層との中間、及び／又は中間層と第１の層との中間に堆積される。
本開示による、めっきされた原子燃料棒２００の一部分を、図２で説明する。説明されるように、めっきされた原子燃料棒２００は、基材２０２、第１の層２０４、第２の層２０６、及び任意選択の中間層２０８を備える。
基材２０２は、ジルコニウム又はジルコニウム合金を含み得る。例えば、基材は、純粋なジルコニウム、Ｚｉｒｃａｌｏｙ－２（商標）、Ｚｉｒｃａｌｏｙ－４（商標）、ＺＩＲＬＯ（登録商標）、最適化ＺＩＲＬＯ（商標）、又はこれらの組み合わせを含み得る。例えば、基材２０２は、ジルコニウム合金組成物を含み得、ジルコニウム合金組成物は、すべてジルコニウム合金の総重量に基づいて、０．５％～２．０％のニオブと、０．７％～１．５％のスズと、０．０７％～０．１４％の鉄と、最大０．０３％の炭素と、最大０．２％の酸素と、残部のジルコニウム及び不可避不純物と、を含む。
基材２０２は、形状が管状であってもよく、例えば、０．５ｍｍ～０．６ｍｍなど、０．４ｍｍ～０．７ｍｍの範囲の壁厚ｔ０を備え得る。様々な実施例では、厚さｔ０は、０．５７ｍｍであってもよい。基材２０２の外径は、例えば、８ｍｍ～１１ｍｍ又は９ｍｍ～１０ｍｍなど、７ｍｍ～１２ｍｍの範囲であってもよい。様々な実施例では、基材２０２の外径は、９．５ｍｍであってもよい。
第１の層２０４は、基材２０２の上に物理蒸着によって堆積され得、中間層２０８を備える実施例では、第１の層２０４は、中間層２０８の上に堆積され得る。第１の層２０４は、電気めっきするのに適した表面を提供し得る。例えば、第１の層２０４は、第１の層２０４のすぐ下の層に好適に接合され得る。中間層２０８を含まない特定の実施例では、第１の層２０４は、酸化ジルコニウムが、もし存在するとしても、第１の層２０４と基材２０２との間で最小であり得るように、物理蒸着法によって基材２０２のジルコニウム又はジルコニウム合金部分に直接接合され得る。
第１の層２０４は、電気めっきすることに適した組成物を含み得る。例えば、第１の層２０４は、クロム、クロム合金、鉄、鉄合金、又はこれらの組み合わせを含み得る。様々な実施例では、第１の層２０４は、クロム又はクロム合金を含み得る。
第１の層２０４は、例えば、少なくとも１ミクロン、少なくとも２ミクロン、少なくとも３ミクロン、又は少なくとも４ミクロンなど、少なくとも０．１ミクロンの厚さｔ１を含み得る。様々な実施例では、厚さｔ１は、例えば、４ミクロン以下、３ミクロン以下、又は２ミクロン以下など、５ミクロン以下であってもよい。例えば、厚さｔ１は、例えば、１ミクロン～５ミクロン、１ミクロン～４ミクロン、２ミクロン～４ミクロン、３ミクロン～５ミクロン、又は３ミクロン～４ミクロンなど、０．１ミクロン～５ミクロンの範囲内であってもよい。第１の層２０４の厚さは、電気めっきすることに適した表面を達成するように選択され得る。
第２の層２０６は、第１の層２０４の上に電気めっきすることによって堆積され得る。例えば、第２の層２０６は、第１の層２０４と直接接触し得る。第２の層２０６は、ＰＷＲでの動作に適している場合がある。例えば、第２の層２０６は、めっきされた原子燃料棒２００の耐食性を強化することができる。第２の層は、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含む。第１の層２０４を作成するための物理蒸着の利用、及び第２の層２０６に対する後続の電気めっきの使用により、めっきされた原子燃料棒２００は、層間の強化された接着性、層組成物の強化された性状、及び増加した第２の層２０６の厚さを有することができる。様々な実施例では、第２の層２０６は、めっきされた原子燃料棒２００の最も外側の層である。
実施例では、第１の層２０４がクロム又はクロム合金を含む場合、第１の層２０４に対して物理蒸着を利用することにより、物理蒸着対象物及び基材２０２に反対にバイアスをかけた場合に、イオン衝撃により、基材２０２のジルコニウム又はジルコニウム合金と、第１の層２０４のクロム又はクロム合金との混合を強化することができる。特定の実施例では、第１の層２０４及び第２の層２０６の微細構造は、異なる成長機構により異なる場合がある。例えば、第２の層２０６は、第１の層２０４よりも高い密度であってもよい。しかしながら、いくつかの実施例では、第１の層２０４の堆積中に、フィルムエネルギーを、基材を加熱することによって、又は堆積中にイオンで表面を衝撃するより高いエネルギー加工を使用することによって、高いレベルで維持することができる。これは、ジルコニウム又はジルコニウム合金基材にとっては困難な場合がある。これは、ジルコニウム又はジルコニウム合金基材が典型的には、熱処理された微細構造を有するためである。様々な実施例では、第１の層２０４の厚さを増加させることは困難な場合がある。これは、物理蒸着法により第１の層２０４内に蓄積される応力が、第１の層２０４をクラック又は離層させる可能性があるためである。様々な実施例では、第２の層２０６は、第１の層２０４と比較して改善された粒構造を備える。これは、物理蒸着法が、腐食保護の役に立たない可能性がある柱状粒構造をもたらし得るためである。
第２の層２０６は、例えば、少なくとも５ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１５ミクロン、少なくとも２０ミクロン、少なくとも２５ミクロン、又は少なくとも３０ミクロンなど、少なくとも０．１ミクロンの厚さｔ２を備え得る。様々な実施例では、厚さｔ２は、例えば、４０ミクロン以下、３０ミクロン以下、２５ミクロン以下、２０ミクロン以下、１５ミクロン以下、又は１０ミクロン以下など、５０ミクロン以下であってもよい。例えば、厚さｔ２は、例えば、５ミクロン～５０ミクロン、５ミクロン～４０ミクロン、１０ミクロン～５０ミクロン、又は１５ミクロン～５０ミクロンなど、０．１ミクロン～５０ミクロンの範囲内であってもよい。
中間層２０８は、基材２０２の上に物理蒸着によって堆積され得る。例えば、中間層２０８は、基材２０２と直接接触し得る。中間層２０８は、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含み得る。特定の実施例では、中間層２０８は、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含み得る。例えば、中間層２０８は、ニオブ又はニオブ合金を含み得る。中間層２０８は、基材２０２及び第１の層２０４からの共晶合金の形成を最小化又は防止することができる。例えば、中間層２０８は、ジルコニウム及びクロムを含む共晶合金の形成を最小化又は防止するように構成され得る。中間層２０８は、基材２０２の酸化を抑制し、めっきされた原子燃料棒２００のより高い動作温度を可能にすることができる。例えば、めっきされた原子燃料棒２００は、ＰＷＲ内において、摂氏９００度超の温度で動作することができる。
中間層２０８は、例えば、少なくとも１ミクロン、少なくとも２ミクロン、少なくとも３ミクロン、少なくとも４ミクロン、又は少なくとも５ミクロンなど、少なくとも０．０１ミクロンの厚さｔ３を含み得る。厚さｔ３は、例えば、９ミクロン以下、７ミクロン以下、６ミクロン以下、５ミクロン以下、４ミクロン以下、又は３ミクロン以下など、１０ミクロン以下であってもよい。例えば、厚さｔ３は、例えば、１ミクロン～１０ミクロン、３ミクロン～７ミクロン、又は４ミクロン～６ミクロンなど、０．０１ミクロン～１０ミクロンの範囲内であってもよい。厚さｔ３は、基材２０２と第１の層２０４との間の共晶合金形成に対する所望の耐性を達成するように選択され得る。
めっきされた原子燃料棒２００は、基材２０２、第１の層２０４、第２の層２０６、並びに任意選択で、中間層２０８及び／又は他の層を備え得る。様々な実施例では、第１の層２０４は、基材２０２の上に直接堆積され、第２の層２０６は、第１の層２０４に直接電気めっきされる。他の実施例では、図２に示されるように、中間層２０８は、基材２０２の上に直接堆積され、第１の層２０４は、中間層２０８の上に直接堆積され、第２の層２０６は、第１の層２０４の上に直接堆積される。いくつかの実施例では、別の層（図示せず）が、基材２０２と中間層２０８との中間、及び／又は中間層２０８と第１の層２０４との中間に堆積される。
本開示による本発明の様々な態様は、以下の番号付けされた条項に列挙される態様を含むが、これらに限定されるものではない。
１．金属基材を加工するための方法であって、
物理蒸着を利用して、被膜された基材を作成するように金属基材の少なくとも一部分の上に第１の層を堆積させることであって、第１の層が、電気めっきされるように構成されている、堆積させることと、
めっきされた基材を作成するように、第１の層の少なくとも一部分の上に、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含む第２の層を電気めっきすることと、を含む、方法。
物理蒸着を利用して、被膜された基材を作成するように金属基材の少なくとも一部分の上に第１の層を堆積させることであって、第１の層が、電気めっきされるように構成されている、堆積させることと、
めっきされた基材を作成するように、第１の層の少なくとも一部分の上に、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含む第２の層を電気めっきすることと、を含む、方法。
２．物理蒸着が、イオンエッチングを含む、条項１に記載の方法。
３．第１の層が、クロム、クロム合金、鉄、鉄合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項１又は２に記載の方法。
４．第１の層が、０．１ミクロン～５ミクロンの範囲の厚さを備える、条項１～３のいずれか一項に記載の方法。
５．第１の層の前に、金属基材の上に中間層を堆積させることを更に含み、
中間層が、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項１～４のいずれか一項に記載の方法。
中間層が、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項１～４のいずれか一項に記載の方法。
６．中間層が、０．０１ミクロン～１０ミクロンの範囲の厚さを備える、条項５に記載の方法。
７．金属基材が、ジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒を含み、
中間層を堆積させることが、原子燃料棒の表面上の酸化ジルコニウムの少なくとも一部分を除去する、条項５又は６に記載の方法。
中間層を堆積させることが、原子燃料棒の表面上の酸化ジルコニウムの少なくとも一部分を除去する、条項５又は６に記載の方法。
８．金属基材が、ジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒を含み、
第１の層を堆積させることが、原子燃料棒の表面上の酸化ジルコニウムの少なくとも一部分を除去する、条項１～４のいずれか一項に記載の方法。
第１の層を堆積させることが、原子燃料棒の表面上の酸化ジルコニウムの少なくとも一部分を除去する、条項１～４のいずれか一項に記載の方法。
９．第２の層が、０．１ミクロン～５０ミクロンの範囲の厚さを含む、条項１～８のいずれか一項に記載の方法。
１０．第１の層が、３ミクロン～５ミクロンの範囲の厚さを備え、
第２の層が、１５ミクロン超の厚さを備える、条項１～９のいずれか一項に記載の方法。
第２の層が、１５ミクロン超の厚さを備える、条項１～９のいずれか一項に記載の方法。
１１．金属基材が、原子燃料棒を含み、
原子燃料棒が、ジルコニウム合金組成物を含み、
ジルコニウム合金組成物が、すべてジルコニウム合金の総重量に基づいて、
０．５％～２．０％のニオブと、
０．７％～１．５％のスズと、
０．０７％～０．１４％の鉄と、
最大０．０３％の炭素と、
最大０．２％の酸素と、
残部のジルコニウム及び不可避不純物と、を含む、条項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
原子燃料棒が、ジルコニウム合金組成物を含み、
ジルコニウム合金組成物が、すべてジルコニウム合金の総重量に基づいて、
０．５％～２．０％のニオブと、
０．７％～１．５％のスズと、
０．０７％～０．１４％の鉄と、
最大０．０３％の炭素と、
最大０．２％の酸素と、
残部のジルコニウム及び不可避不純物と、を含む、条項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
１２．めっきされた基材が、加圧水型原子炉での使用に適している、条項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
１３．第２の層が、第１の層が堆積される速度よりも少なくとも１０倍速い速度で電気めっきされる、条項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
１４．めっきされた原子燃料棒であって、
ジルコニウム又はジルコニウム合金を含む基材と、
基材の上に物理蒸着によって堆積された第１の層であって、第１の層の厚さが、０．１ミクロン～５ミクロンの範囲内である、第１の層と、
電気めっきすることによって堆積された第２の層であって、第２の層が、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含み、第２の層の厚さが、０．１ミクロン～５０ミクロンの範囲内である、第２の層と、を備える、めっきされた原子燃料棒。
ジルコニウム又はジルコニウム合金を含む基材と、
基材の上に物理蒸着によって堆積された第１の層であって、第１の層の厚さが、０．１ミクロン～５ミクロンの範囲内である、第１の層と、
電気めっきすることによって堆積された第２の層であって、第２の層が、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含み、第２の層の厚さが、０．１ミクロン～５０ミクロンの範囲内である、第２の層と、を備える、めっきされた原子燃料棒。
１５．第１の層が、クロム、クロム合金、鉄、鉄合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項１４に記載のめっきされた原子燃料棒。
１６．基材と第１の層との中間にある中間層を更に備え、
中間層が、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項１４又は１５に記載のめっきされた原子燃料棒。
中間層が、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項１４又は１５に記載のめっきされた原子燃料棒。
１７．中間層が、０．０１ミクロン～１０ミクロンの範囲の厚さを備える、条項１６に記載のめっきされた原子燃料棒。
１８．第１の層が、３ミクロン～５ミクロンの範囲の厚さを備え、
第２の層が、１５ミクロン超の厚さを備える、条項１４～１７のいずれか一項に記載のめっきされた原子燃料棒。
第２の層が、１５ミクロン超の厚さを備える、条項１４～１７のいずれか一項に記載のめっきされた原子燃料棒。
１９．基材が、ジルコニウム合金組成物を含み、
ジルコニウム合金組成物が、すべてジルコニウム合金の総重量に基づいて、
０．５％～２．０％のニオブと、
０．７％～１．５％のスズと、
０．０７％～０．１４％の鉄と、
最大０．３％の炭素と、
最大０．２％の酸素と、
残部のジルコニウム及び不可避不純物と、を含む、条項１４～１８のいずれか一項に記載のめっきされた原子燃料棒。
ジルコニウム合金組成物が、すべてジルコニウム合金の総重量に基づいて、
０．５％～２．０％のニオブと、
０．７％～１．５％のスズと、
０．０７％～０．１４％の鉄と、
最大０．３％の炭素と、
最大０．２％の酸素と、
残部のジルコニウム及び不可避不純物と、を含む、条項１４～１８のいずれか一項に記載のめっきされた原子燃料棒。
２０．原子燃料棒が、加圧水型原子炉での使用に適している、条項１４～１９のいずれか一項に記載のめっきされた原子燃料棒。
当業者であれば、本明細書に記載の組成物、物品、方法、及びこれらに付随する考察が、概念を明確にするための実施例として使用されること、並びに様々な構成の修正例が企図されることを認識されよう。したがって、本明細書で使用される場合、記載される特定の実施例及び付随する考察は、これらの実施例のより全般的なクラスを表すことを意図するものである。概して、任意の特定の実施例の使用は、そのクラスを表すことを意図するものであり、特定の構成要素（例えば、動作）、デバイス、及び物体が含まれていないことは、限定するものとして見なされるべきではない。
開示される組成物、被膜、及び方法を含む、本発明の組成物、構造、製造、機能、及び／又は動作の理解を提供するために、様々な特徴及び特性を本明細書において説明する。本明細書に記載される本発明の様々な特徴及び特性は、かかる特徴及び特性が本明細書において組み合わせて明示的に記載されているかどうかにかかわらず、任意の好適な様式で組み合わせられ得ることが理解される。発明者ら及び出願人は、かかる特徴及び特性の組み合わせが、本明細書に記載される本発明の範囲内に含まれることを明示的に意図する。このように、特許請求の範囲は、本明細書に明示的に若しくは本来記載されているか、又は別の方法で明示的に若しくは本来サポートされている任意の特徴及び特性を任意の組み合わせで列挙するように補正され得る。更に、出願人は、これらの特徴及び特性が本明細書に明示的に記載されていない場合であっても、先行技術に存在する可能性のある特徴及び特性を積極的に権利放棄するように特許請求の範囲を補正する権利を留保する。したがって、任意のかかる補正は、本明細書又は特許請求の範囲に新たな事項を追加せず、記載の説明、説明の十分性、及び追加事項の要件に従うことになる。
添付の特許請求の範囲に関して、当業者は、その中に列挙された動作が概して任意の順序で実施され得ることを理解するであろう。また、様々な動作フロー図が配列で提示されているが、様々な動作は、例示されているもの以外の他の順序で実施され得るか、又は同時に実施され得ることが理解されるべきである。そのような代替的な順序付けの例としては、文脈が別途指示しない限り、重複、交互配置、中断、再順序付け、増分、予備、補足、同時、逆、又は他の様々な順序付けが挙げられ得る。更に、文脈が別途指示しない限り、「に応答する」、「に関連する」、又は他の過去形形容詞などの用語は、概して、そのような変形を除外することを意図していない。
本明細書に記載の本発明は、本明細書に記載される様々な特徴及び特性を含み得るか、該特徴及び特性からなり得るか、又は該特徴及び特性から本質的になり得る。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」（並びに「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などのｃｏｍｐｒｉｓｅの任意の形態）、「有する（ｈａｖｅ）」（並びに「ｈａｓ」及び「ｈａｖｉｎｇ」などのｈａｖｅの任意の形態）、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」（並びに「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」及び「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」などのｉｎｃｌｕｄｅの任意の形態）、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」（並びに「ｃｏｎｔａｉｎｓ」及び「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」などのｃｏｎｔａｉｎの任意の形態）という用語は、オープンエンドの連結動詞である。したがって、特徴及び／又は特性を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、又は「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」組成物、原子燃料棒、又は方法は、これらの特徴及び／又は特性を持つが、これらの特徴及び／又は特性のみを持つように限定されるものではない。同様に、特徴及び／又は特性を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、又は「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」組成物の要素、被膜、又は加工は、これらの特徴及び／又は特性を持つが、これらの特徴及び／又は特性のみを持つように限定されるものではなく、追加の特徴及び／又は特性を持つ場合がある。
特許請求の範囲を含む本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」といった文法上の冠詞は、別段の記載がない限り、「少なくとも１つ」又は「１つ以上」を含むことを意図するものである。したがって、冠詞は、本明細書において、冠詞の文法上の目的語のうちの１つ又は２つ以上（すなわち、「少なくとも１つ」）を指すために使用される。一例として、「構成要素（ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」とは、１つ以上の構成要素を意味し、かつそれゆえ、場合によっては、２つ以上の構成要素が企図され、記載される組成物、被膜、及び加工の実装例において、採用又は使用され得る。それにもかかわらず、いくつかの事例では「少なくとも１つ」又は「１つ以上」という用語を使用し、その他の事例では使用しない場合、これらの用語を使用しないと、文法上の冠詞「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の目的語が１つだけに限定されるという解釈にはならないことになることが理解される。更に、使用される文脈において別段の要求がない限り、単数形名詞の使用には複数形が含まれ、複数形名詞の使用には単数形が含まれる。
本明細書において、別段の記載がない限り、すべての数値パラメータは、すべての場合において、数値パラメータが、パラメータの数値を判断するために使用される基礎となる測定技法の固有の変動特性を持つ、「約」という用語によって、前書き及び修正されるものとして理解されるべきである。少なくとも、均等論の適用を特許請求の範囲に限定する試みとしてではなく、本明細書に記載される各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効桁数に照らして、かつ通常の丸め技法を適用することによって、解釈されるべきである。
本明細書に列挙される任意の数値範囲は、列挙される範囲内に包含されるすべての部分範囲を含む。例えば、「１～１０」の範囲とは、列挙された最小値１と、列挙された最大値１０との間（境界値を含む）のすべての部分範囲、つまり、最小値が１以上、及び最大値が１０以下のすべての部分範囲を含む。また、本明細書で列挙されるすべての範囲は、列挙された範囲の端点を含む。例えば、「１～１０」の範囲とは、端点１及び１０を含む。本明細書に列挙される任意の最大数値限定は、範囲内に包含されるすべてのより低い数値限定を含むことを意図するものであり、本明細書に列挙される任意の最小数値限定は、範囲内に包含されるすべてのより高い数値限定を含むことを意図するものである。したがって、出願人は、明示的に列挙された範囲内に包含される任意の部分範囲を明示的に列挙するように、特許請求の範囲を含む、本明細書を補正する権利を留保する。すべてのかかる範囲は、本明細書に本来記載されている。
本明細書で識別される任意の特許、刊行物、又はその他の文献は、別段の記載がない限り、その全体が参照により本明細書に組み込まれるが、組み込まれる資料が、本明細書に明示的に記載される既存の説明、定義、記述、例示、又はその他の開示資料と矛盾しない範囲のみである。したがって、かつ必要な範囲において、本明細書に明示的に記載される開示は、参照により組み込まれる任意の矛盾する資料に優先する。参照により本明細書に組み込まれるが、既存の定義、記述、又は本明細書に記載される他の開示資料と矛盾する、任意の資料又はその一部分は、その組み込まれる資料と既存の開示資料との間に矛盾がない範囲でのみ組み込まれる。出願人は、参照により組み込まれる任意の主題又はその一部分を明示的に列挙するように、本明細書を補正する権利を留保する。かかる組み込まれる主題を追加するための本明細書の補正は、記載の説明、説明の十分性、及び追加事項の要件に従うことになる。
本発明の特定の実施例が例示の目的で上述されているが、本発明の詳細の数多くの変形例が、添付の特許請求の範囲に定義される本発明から逸脱することなく行われ得ることが当業者には明らかであろう。
Claims (20)
- 金属基材を加工するための方法であって、
物理蒸着を利用して、被膜された基材を作成するように前記金属基材の少なくとも一部分の上に第１の層を堆積させることであって、前記第１の層が、電気めっきされるように構成されている、前記堆積させることと、
めっきされた基材を作成するように、前記第１の層の少なくとも一部分の上に、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含む第２の層を電気めっきすることと、を含む、方法。 - 前記物理蒸着が、イオンエッチングを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の層が、クロム、クロム合金、鉄、鉄合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の層が、０．１ミクロン～５ミクロンの範囲の厚さを備える、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の層の前に、前記金属基材の上に中間層を堆積させることを更に含み、
前記中間層が、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。 - 前記中間層が、０．０１ミクロン～１０ミクロンの範囲の厚さを備える、請求項５に記載の方法。
- 前記金属基材が、ジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒を含み、
前記中間層を前記堆積させることが、前記原子燃料棒の表面上の酸化ジルコニウムの少なくとも一部分を除去する、請求項５に記載の方法。 - 前記金属基材が、ジルコニウム又はジルコニウム合金の原子燃料棒を含み、
前記第１の層を前記堆積させることが、前記原子燃料棒の表面上の酸化ジルコニウムの少なくとも一部分を除去する、請求項１に記載の方法。 - 前記第２の層が、０．１ミクロン～５０ミクロンの範囲の厚さを備える、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の層が、３ミクロン～５ミクロンの範囲の厚さを備え、
前記第２の層が、１５ミクロン超の厚さを備える、請求項１に記載の方法。 - 前記金属基材が、原子燃料棒を含み、
前記原子燃料棒が、ジルコニウム合金組成物を含み、
前記ジルコニウム合金組成物が、すべて前記ジルコニウム合金の総重量に基づいて、
０．５％～２．０％のニオブと、
０．７％～１．５％のスズと、
０．０７％～０．１４％の鉄と、
最大０．０３％の炭素と、
最大０．２％の酸素と、
残部のジルコニウム及び不可避不純物と、を含む、請求項１に記載の方法。 - 前記めっきされた基材が、加圧水型原子炉での使用に適している、請求項１に記載の方法。
- 前記第２の層が、前記第１の層が堆積される速度よりも少なくとも１０倍速い速度で電気めっきされる、請求項１に記載の方法。
- めっきされた原子燃料棒であって、
ジルコニウム又はジルコニウム合金を含む基材と、
前記基材の上に物理蒸着によって堆積された第１の層であって、前記第１の層の厚さが、０．１ミクロン～５ミクロンの範囲内である、前記第１の層と、
電気めっきすることによって堆積された第２の層であって、前記第２の層が、クロム、クロム合金、又はこれらの組み合わせを含み、前記第２の層の厚さが、０．１ミクロン～５０ミクロンの範囲内である、前記第２の層と、を備える、めっきされた原子燃料棒。 - 前記第１の層が、クロム、クロム合金、鉄、鉄合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１４に記載のめっきされた原子燃料棒。
- 前記基材と前記第１の層との中間にある中間層を更に備え、
前記中間層が、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、ニオブ、ニオブ合金、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１４に記載のめっきされた原子燃料棒。 - 前記中間層が、０．０１ミクロン～１０ミクロンの範囲の厚さを備える、請求項１６に記載のめっきされた原子燃料棒。
- 前記第１の層が、３ミクロン～５ミクロンの範囲の厚さを備え、
前記第２の層が、１５ミクロン超の厚さを備える、請求項１４に記載のめっきされた原子燃料棒。 - 前記基材が、ジルコニウム合金組成物を含み、
前記ジルコニウム合金組成物が、すべて前記ジルコニウム合金の総重量に基づいて、
０．５％～２．０％のニオブと、
０．７％～１．５％のスズと、
０．０７％～０．１４％の鉄と、
最大０．３％の炭素と、
最大０．２％の酸素と、
残部のジルコニウム及び不可避不純物と、を含む、請求項１４に記載のめっきされた原子燃料棒。 - 前記原子燃料棒が、加圧水型原子炉での使用に適している、請求項１４に記載のめっきされた原子燃料棒。
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