JPH0428869A - Production of surface modified zirconium alloy - Google Patents

Production of surface modified zirconium alloy

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JPH0428869A
JPH0428869A JP2135689A JP13568990A JPH0428869A JP H0428869 A JPH0428869 A JP H0428869A JP 2135689 A JP2135689 A JP 2135689A JP 13568990 A JP13568990 A JP 13568990A JP H0428869 A JPH0428869 A JP H0428869A
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JP
Japan
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implanted
alloy
elements
zirconium alloy
ion implantation
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JP2135689A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Kimura
木村 利行
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Nuclear Fuel Industries Ltd
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Nuclear Fuel Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To produce a Zr alloy in which surface characteristics, such as corrosion resistance and wear resistance, are improved by implanting elements, such as Cr, on the surface of a Zr alloy by means of ion implantation, and carrying out heat treatment in a nonoxidizing atmosphere. CONSTITUTION:One or >=2 elements selected from Cr, Fe, Sn, Ni, Ti, Hf, C, N, Si, W, and Al are implanted by means of ion implantation on the surface of a Zr alloy (zircaloy-2, zircaloy-4, etc.) or in the vicinity of the above surface. At this time, the amount (concentration) of the implanted elements is about 10<13>-10<21>ions/cm<2> and the energy of the implanted ions is >= about several kiloelectron volts, and, by implanting ions while regulating acceleration energy to about several tens - hundreds kiloelectron volts, a concentrated layer of about 0.1mu depth where the concentration of the implanted elements is maximal is formed. By this method, the Zr alloy suitably usable, e.g. for fuel clad pipe material for light water reactor can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、表面改質ジルコニウム合金の製造方法に関し
、詳しくは、軽水炉の燃料被覆管材、チャンネルボック
ス、スペーサー、制御棒案内シンプル管、上・下部端栓
等の各種原子炉関連材料をはしめ1種々の利用分野に好
適に利用することかてき、特に高い耐食性、耐摩耗性等
の表面性能か要求される高性能のジルコニウム合金の製
造分野に好適に利用することかてきる表面改質ジルコニ
ウム合金の製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for manufacturing a surface-modified zirconium alloy, and more specifically, to a method for manufacturing a surface-modified zirconium alloy. It can be used to fit various nuclear reactor-related materials such as lower end plugs, etc. 1 It is suitable for use in various fields of application, especially in the field of manufacturing high-performance zirconium alloys that require surface properties such as high corrosion resistance and wear resistance. The present invention relates to a method for producing a surface-modified zirconium alloy that can be suitably used.

[従来の技術と発明か解決しようとする課題]ジルコニ
ウム合金は、熱中性子吸収断面積か著しく小さく、かつ
機械的強度および耐食性等にも優れていることから、沸
騰水型軽水炉(BWR)および加圧水型軽水炉(PWR
)における燃料被覆管材や炉心構造材等の原子炉プラン
ト分野をはじめとする各種の分野に広く利用されている
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Zirconium alloys have a significantly small thermal neutron absorption cross section and excellent mechanical strength and corrosion resistance, so they are used in boiling water reactors (BWRs) and pressurized water reactors. type light water reactor (PWR)
) is widely used in various fields including the nuclear reactor plant field, such as fuel cladding tube materials and reactor core structural materials.

ジルコニウム合金の代表的なものとして、第1表に示す
組成を有するジルカロイ−2およびジルカロイ−4など
か知られている。
Zircaloy-2 and Zircaloy-4 having the compositions shown in Table 1 are known as representative zirconium alloys.

このうち、ジルカロイ−2は主に沸騰水型軽水炉(BW
R)の燃料被覆管材や上・下部端栓等に使用されており
、一方、ジルカロイ−4は、BWRの燃料チャンネルボ
ックスや燃料スペーサー等に、また加圧水型軽水炉(P
WR)の燃料被覆管材、上・下部端栓、制御棒案内シン
プル管、炉内計装用案内管等に使用されている。
Of these, Zircaloy-2 is mainly used in boiling water reactors (BW).
On the other hand, Zircaloy-4 is used for fuel channel boxes, fuel spacers, etc. of BWRs, and for pressurized water reactors (PWRs).
It is used for fuel cladding tube materials, upper and lower end plugs, simple control rod guide tubes, and guide tubes for in-core instrumentation.

これらジルコニウム合金のBWR用構造部材においては
、ノシュラー腐食と呼ばれる斑点状の白色の腐食生成物
か表面に生成し、一方、PWR用部材では一様腐食が発
生するか、現在の実用原子炉の運転条件下ては、このよ
うな現象は問題にはなっておらず、いずれの部材をその
機能を十分に果たしている。
In these zirconium alloy BWR structural members, spotty white corrosion products called Noschler corrosion occur on the surface, while in PWR members uniform corrosion occurs, or in the current operation of practical nuclear reactors. Under these conditions, this phenomenon is not a problem and both components perform their functions satisfactorily.

しかしながら、今後、原子炉の長期運転、高燃焼度化等
に伴うこれらの部材の炉内滞在時間の長期化や使用条件
の過酷化に十分に対処したり、あるいは、熱中性子の経
済性等の向上のための構造部材の肉薄化といった厳しい
要請を実現するには、従来のジルカロイ等のジルコニウ
ム合金ては不十分てあり、それらの性能、特に耐食性等
の表面特性をより一層向上させる必要かある。
However, in the future, it will be necessary to adequately deal with the longer residence time of these components in the reactor and harsher usage conditions due to long-term operation of nuclear reactors, higher burnup, etc., or to improve the economic efficiency of thermal neutrons. Conventional zirconium alloys such as Zircaloy are insufficient to meet the strict demands of thinning structural members for improved performance, and there is a need to further improve their performance, especially their surface properties such as corrosion resistance. .

こうした原子炉部材分野の動向を考慮して、ジルカロイ
の組成調整、熱履歴処理による性能の改良技術、新ジル
コニウム合金の開発など種々の試みかなされてきている
In consideration of these trends in the field of nuclear reactor components, various attempts have been made to adjust the composition of Zircaloy, improve performance through thermal history treatment, and develop new zirconium alloys.

例えば、ニオブ(Nb)を含有するジルコニウム合金で
あるオーゼナイト0.5、オーゼナイト1.0 、2 
r−2,5%Nb、Zr−1,0%Nb等は、上記のジ
ルカロイ−2やジルカロイ−4に比べて耐ノジユラー腐
食性か優れていることか炉内観察や炉外腐食試験の結果
から明らかにされている。このうちZr−Nb系合金で
あるZr−2,5%Nb合金はカナダのCANDU炉の
圧力管として使用されている。また、この材料の機械的
性質や照射成長を改善したものにEXCEL合金(Z 
r −2,5〜4.0%S n −0,5〜1.5%M
 o −0,5〜1.5%Nb)かある(特開昭51−
134:104号公報)。さらに、ジルカロイ合金より
耐食性か優れているといわれる5canuk (スカヌ
ーク)合金[Z r −0,25〜1.5%N b −
0,025〜0.20%S n −0,02〜1.0%
(Cr+Mo)、またはZ  r  −0,45〜1.
40%N b −0,04〜(1,1%Sn0.25〜
0.5  % (Cr+Mo)−0−7〜I−8%(N
b+Cr+Mo)]か知られている(特開昭50−14
8213号公報)、このほかに、zr−0,5〜5%N
b合金も知られている(特開昭47−42220号公報
)。
For example, Auzenite 0.5, Auzenite 1.0, 2 which is a zirconium alloy containing niobium (Nb)
r-2.5%Nb, Zr-1.0%Nb, etc. have superior nodular corrosion resistance compared to the above-mentioned Zircaloy-2 and Zircaloy-4.Results of in-furnace observation and out-of-furnace corrosion tests show that It has been revealed from. Among these, Zr-2,5%Nb alloy, which is a Zr-Nb based alloy, is used as pressure tubes in CANDU furnaces in Canada. In addition, EXCEL alloy (Z) is a material with improved mechanical properties and irradiation growth.
r -2,5~4.0%S n -0,5~1.5%M
o -0.5~1.5%Nb)
134:104). Furthermore, 5canuk alloy [Zr-0.25~1.5%Nb-] is said to have better corrosion resistance than Zircaloy alloy.
0,025~0.20% Sn -0,02~1.0%
(Cr+Mo), or Z r −0,45 to 1.
40%N b -0.04~(1.1%Sn0.25~
0.5% (Cr+Mo)-0-7~I-8%(N
b+Cr+Mo)] is known (Unexamined Japanese Patent Publication No. 50-14
8213), in addition, zr-0.5~5%N
B alloys are also known (Japanese Patent Application Laid-open No. 47-42220).

しかしながら、これらのNb含有ジルコニウム合金は、
前記Z r −2,5%Nb合金を除いては実績か少な
く、このZ r −2,5%Nb合金においてすら溶接
部の耐食性か低下しやすいという欠点かある。また、こ
うしたNb含有ジルコニウム合金においては、一般に、
■Nbは希少てあり、また、■材料全体におけるNb濃
度を高くすると、延性か低下し、製造(加工)がかなり
困難どなるなどの新たな問題が生じる。
However, these Nb-containing zirconium alloys
Other than the Zr-2,5%Nb alloy, there is little experience, and even this Zr-2,5%Nb alloy has the disadvantage that the corrosion resistance of the welded part tends to deteriorate. In addition, in such Nb-containing zirconium alloys, generally,
(2) Nb is rare, and (2) increasing the Nb concentration in the entire material causes new problems such as lower ductility and manufacturing (processing) difficulty.

こうした問題を緩和−する手段として、■ジルコニウム
合金の表面または表面近傍にイオン注入法や被覆/熱拡
散法等によりNbの濃化層を設けることか提案されてい
る(特開昭61−243175号公報) このように、材料全体ではなく、その表面もしくは表面
近傍の組成を調整するという方法は、基材自体のバルク
特性を悪化させることなく表面特性を改善することかて
き、しかも、用いる手法によっては、表面の所望の部分
の表面特性を容易に制御することかできるなどの点にお
いて極めて有効な方法と考えられる。
As a means of alleviating these problems, it has been proposed to provide a concentrated layer of Nb on or near the surface of the zirconium alloy by ion implantation, coating/thermal diffusion, etc. (Japanese Patent Laid-Open No. 61-243175). In this way, the method of adjusting the composition of the surface or near the surface of the material rather than the entire material can improve the surface properties without deteriorating the bulk properties of the base material itself, and moreover, depending on the method used, This method is considered to be an extremely effective method in that it is possible to easily control the surface characteristics of a desired portion of the surface.

実際、上記の■によると、延性を殆ど低下させることな
く、機械的強度に優れ、かつ耐ノジユラー腐食性か向上
した改良ジルコニウム合金か得られている。
In fact, according to item (1) above, an improved zirconium alloy with excellent mechanical strength and improved nodular corrosion resistance is obtained with almost no reduction in ductility.

しかしながら、このNbの添加による表面改質ジルコニ
ウム合金においては、Nbを表面層のみに用いてコスト
の低減を図ってはいるものの、前記■の問題は本質的に
解消されてはおらず、また、■表面組成の調整をNbの
使用に限定しているので、各種の原子炉構造材料等の材
料毎に固有の最適特性を満足させるようにすることか困
難てあり、利用範囲か制限されるなどの問題点かある。
However, in this surface-modified zirconium alloy by the addition of Nb, although Nb is used only in the surface layer to reduce costs, the above-mentioned problem (1) has not been essentially solved, and (1) Since the adjustment of the surface composition is limited to the use of Nb, it is difficult to satisfy the optimum characteristics unique to each material such as various nuclear reactor structural materials, and the range of use is limited. There are some problems.

一方、多様な元素成分を表面組成の調整に利用して、ジ
ルコニウム合金の表面特性を改善しようとする試みもあ
る。
On the other hand, there are also attempts to improve the surface properties of zirconium alloys by using various elemental components to adjust the surface composition.

例えば、■特開昭61−279675号公報には、窒素
および酸素を除く周期表Va、Vb、VIaおよび■b
族元素の中から選択された少なくとも1種の元素を含有
した酸素不足型酸化層を表面に有するジルコニウム合金
か開示されている。 また、■特開昭62−50485
号公報には、ジルコニウム合金の表面に、周期表の■、
■、■、■および■族の元素のうちの1,1!または2
種以上を原子%て0.1〜50%含有するジルコニウム
酸化皮膜を有するジルコニウム合金部材か開示されてい
る。
For example, ■Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-279675 describes the periodic table Va, Vb, VIa and ■b excluding nitrogen and oxygen.
A zirconium alloy having an oxygen-deficient oxide layer on its surface containing at least one element selected from group elements has been disclosed. Also, ■Japanese Patent Publication No. 62-50485
In the publication, the periodic table ■,
1, 1 of the elements of the ■, ■, ■, and ■ groups! or 2
A zirconium alloy member having a zirconium oxide film containing 0.1 to 50 atomic % of zirconium oxide is disclosed.

これら■および■の表面に酸化層を有するジルコニウム
合金は、もともと特開昭57−234552号公報や同
57−110644号公報によって提案された酸化皮膜
や酸素拡散層を有するジルコニウム合金における酸化皮
膜や酸素拡散層の膜厚増大とこれによるノシュラー腐食
の助長という不都合を改善することを意図して提案され
たものてあり、前記■および■の公報の実施例にもみる
ように、ジルコニウム合金の表面にオートクレーブ処理
等の方法により酸化層を形成し、しかる後、該酸化層に
対して前記所定の元素をイオン注入法(■)や熱拡散法
(@)によって導入して組成を調整しその特性を改善し
ている。
These zirconium alloys with an oxide layer on the surface of This was proposed with the intention of improving the disadvantage of increasing the film thickness of the diffusion layer and promoting Noschler corrosion due to this. An oxide layer is formed by a method such as autoclave treatment, and then the predetermined element is introduced into the oxide layer by an ion implantation method (■) or a thermal diffusion method (@) to adjust the composition and improve its characteristics. It's improving.

これら■と@の組成を調整した酸化層を有するジルコニ
ウム合金においては、バルク性能を悪化させることなく
耐食性等の表面特性が改善てき、しかも、導入する添加
元素の種類や組み合わせによって用途に応して多様なジ
ルコニウム合金を提供することかてきるという利点はあ
る。
These zirconium alloys with oxide layers whose compositions of ■ and @ have been adjusted have improved surface properties such as corrosion resistance without deteriorating bulk performance. It is advantageous to be able to provide a variety of zirconium alloys.

しかしながら、これら■および■のジルコニウム合金に
おいては、■所定の添加元素を導入する前にジルコニウ
ム合金に酸化層を形成させる必要かあり、したかって、
製造工程か複雑となり、製造コストか高くなるなどの欠
点かある。
However, in these zirconium alloys (1) and (2), it is necessary to form an oxide layer on the zirconium alloy before introducing the predetermined additive elements.
There are disadvantages such as the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high.

ところて、BWR用の燃料被覆管材としては一般に、表
面に酸化層を設けたジルコニウム合金か多用されており
、一方、PWR用のものには、酸化層を特に設けないジ
ルコニウム合金のみか使用されている。これは、内炉管
の冷却材に対する防食の考え方の違いなどによるもので
ある。
By the way, zirconium alloys with an oxide layer on the surface are generally used as fuel cladding materials for BWRs, while for PWRs only zirconium alloys without any oxide layers are used. There is. This is due to differences in the approach to corrosion protection for the coolant in the inner furnace tube.

したかって、酸化層を有しないジルコニウム合金材を対
象とする場合には、上記の■および■の技術を適用する
ことばてきないし、また、酸化層を形成しなくても、所
望の性能か満足されるならば、製造工程の簡単さや製造
コストの面などから、あえて酸化層を設けないてその耐
食性等の表面特性を改善する方が有利となる。
Therefore, when dealing with a zirconium alloy material that does not have an oxide layer, it is not possible to apply the techniques (1) and (2) above, and the desired performance cannot be achieved even without forming an oxide layer. If so, it would be advantageous to improve the surface properties such as corrosion resistance without providing an oxide layer from the viewpoint of simplifying the manufacturing process and reducing manufacturing costs.

そこて、酸化層の形成処理を施していないジルコニウム
合金基材および酸化層の形成処理を施したもののいずれ
にも適用でき、特に前者に対して好適に適用することの
できる表面改質(表層組成の調整)の方法、それもNb
以外の多様な元素の注入による表面改質方法か開発され
たならば、前工程々の問題点か解決され、前記各種の原
料炉関連材料等のそれぞれの用途に有利な高性能のジル
コニウム合金を得ることかてきるものと考えられる。
Therefore, surface modification (surface layer composition adjustment method), that is also Nb
If a method of surface modification by injection of various elements other than those mentioned above could be developed, the problems of the previous steps would be solved, and high-performance zirconium alloys could be produced which are advantageous for various uses such as materials related to raw material reactors. It can be thought that what you get is what you get.

本発明は、前記の事情を鑑みてなされたものてる。The present invention has been made in view of the above circumstances.

本発明の目的は、従来の各種のジルコニウム合金の耐食
性、耐摩耗性等の表面特性、特に軽水炉の炉心環境であ
る中性子照射下、高温高圧の木および水蒸気中ての耐ノ
シュラー腐食性、耐−様腐食性といった耐食性等の表面
特性を、バルク特性を損なうことなく、十分に改善され
た表面改質ジルコニウム合金の製造方法を提供すること
にある。
The purpose of the present invention is to improve the corrosion resistance, wear resistance, and other surface properties of various conventional zirconium alloys, particularly the Noschler corrosion resistance and - The object of the present invention is to provide a method for producing a surface-modified zirconium alloy in which surface properties such as corrosion resistance such as corrosion resistance are sufficiently improved without impairing bulk properties.

[課題を解決するための手段] 本発明者は、前記問題点を解決すべく、各種のジルコニ
ウム合金(特に酸化層を設けるための処理を行っていな
いジルコニウム合金)を基材として用い、その基材の表
面もしくは表面近傍に、特定の元素をイオン注入法によ
り注入した後、非酸化性雰囲気中て熱処理を施すという
方法によりジルコニウム合金基材のバルク特性を損なう
ことなく、その耐食性、耐摩耗性等の表面特性を有効に
改善することかてきることを見出して本発明を完成する
に至った。
[Means for Solving the Problem] In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor uses various zirconium alloys (particularly zirconium alloys that have not been treated to provide an oxidized layer) as a base material, and The corrosion and wear resistance of the zirconium alloy base material is improved without impairing the bulk properties of the zirconium alloy base material by injecting specific elements into the surface or near the surface of the material using ion implantation, followed by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere. The present invention was completed based on the discovery that it is possible to effectively improve the surface properties such as the following.

すなわち、本発明は、ジルコニウム合金の表面もしくは
表面近傍に、Cr、Fe、Sn、Ni、Ti、Hf、C
,N、Si、W、およびA文から選ばれる1種または2
種以上の元素を、イオン注入法によって柱入し、イオン
注入後のジルコニウム合金を非酸化性雰囲気中て熱処理
することを特徴とする表面改質ジルコニウム合金の製造
方法である。
That is, the present invention provides Cr, Fe, Sn, Ni, Ti, Hf, C on the surface or near the surface of the zirconium alloy.
, N, Si, W, and one or two types selected from A sentence.
The present invention is a method for producing a surface-modified zirconium alloy, which is characterized in that more than one element is implanted into columns by an ion implantation method, and the zirconium alloy after the ion implantation is heat treated in a non-oxidizing atmosphere.

本発明の方法において、その原料基材として使用する、
すなわち、表面特性の改善処理の一工程であるイオン注
入法に供するジルコニウム合金(以下、この原料基材と
して用いられるジルコニウム合金を、本発明の表面特性
か改善されたジルコニウム合金と区別するために、ジル
コニウム合金基材または基材と称すことかある。)とし
ては、公知のジルコニウム合金等の各種の組成のジルコ
ニウム合金を使用することかできる。代表的には、5n
(1〜2重量%) 、 F e (0,05〜0.:1
重量%) 、Cr (0〜0.2重量%)、Ni (0
〜0.1重量%)、および残部か実質的にZrからなる
組成のものを挙げることかてき、具体的には前記ジルカ
ロイ−2、ジルカロイ−4などを例示することかてきる
。また、これらのほかに、各種Z r −2,5%Nb
系のもの、各種Zr−1%Nb系のもの、各種EXCE
L合金、各種5canuk合金、あるいはジルコニウム
素地の機械的強度等を確保するため、Mo (0,1〜
21重量%)、Mn (0,1〜6.4重量%) 、 
Nb (0,1〜17.5重量%)、A文(0,1〜2
6重量%)、Fe(0,1〜6.4重量%)のうちから
少なくとも1種以上を含有するジルコニウム合金をマル
テンサイト化したものやオーゼナイトなどを例示するこ
とかてきる。
In the method of the present invention, used as the raw material base material,
That is, in order to distinguish the zirconium alloy used as the raw material base material from the zirconium alloy subjected to the ion implantation method, which is a step of surface property improvement treatment, from the zirconium alloy with improved surface properties of the present invention, As the zirconium alloy base material (sometimes referred to as the base material), zirconium alloys having various compositions such as known zirconium alloys can be used. Typically, 5n
(1-2% by weight), F e (0.05-0.:1
(wt%), Cr (0-0.2wt%), Ni (0
Zircaloy-2, Zircaloy-4 and the like can be specifically exemplified. In addition to these, various Z r -2,5%Nb
type, various Zr-1%Nb type, various EXCE
In order to ensure the mechanical strength of L alloy, various 5canuk alloys, or zirconium base, Mo (0,1~
21% by weight), Mn (0.1-6.4% by weight),
Nb (0.1~17.5% by weight), A text (0.1~2
Examples include martensitic zirconium alloys containing at least one of Fe (0.1 to 6.4% by weight) and Auzenite.

こうした各種の組成のジルコニウム合金のうち、どれを
基材として用いるかは、本発明のジルコニウム合金の用
途やコストなどを考慮して適宜選択すればよいのである
か、コスト面からみればNb等の高価な元素を含有しな
いか、あるいは含有していてもコスト上問題にならない
程度の含有量であるものか好適に使用される。
Among these zirconium alloys with various compositions, which one to use as the base material should be selected appropriately by considering the use and cost of the zirconium alloy of the present invention. It is preferable to use a material that does not contain expensive elements, or even if it does contain it, the content is such that it does not pose a cost problem.

基材として特に好適に使用することかてきるものとして
、たとえば、ジルカロイ−2、ジルカロイ−4などを挙
げることかてきる。
Examples of materials that can be particularly suitably used as the base material include Zircaloy-2 and Zircaloy-4.

こうしたジルコニウム合金基材は、予め酸化層の形成処
理を施すことにより表面もしくは表面近傍に酸化層か設
けられているものなど1表面処理か施されているものて
あってよいか、通常、製造工程の簡単さおよび製造コス
トなどの点からあえて酸化層の形成処理を施していない
ものか好適に使用することかてきる。
These zirconium alloy base materials may be subjected to a surface treatment, such as one in which an oxide layer is formed on or near the surface by performing an oxide layer formation treatment in advance, or the manufacturing process is normally carried out. From the viewpoint of simplicity and manufacturing cost, it is preferable to use a material that is not subjected to an oxidation layer formation treatment.

ところて、ジルコニウム合金の表面は、あえて酸化層の
形成処理を施さなくても、空気中常態において常に酸化
皮膜を有している。本発明においては、もちろん、その
ような酸化層の形成処理を施さずに常態て生している酸
化皮膜を有するジルコニウム合金基材を前記イオン柱入
に供するジルコニウム合金基材として好適に使用するこ
とかてきる。
By the way, the surface of a zirconium alloy always has an oxide film in the air even if no oxide layer formation treatment is performed. In the present invention, of course, a zirconium alloy base material having an oxide film that is normally formed without undergoing such an oxide layer forming treatment is suitably used as the zirconium alloy base material to be subjected to the ion implantation. It comes.

言換えれば、本発明においては、前記イオン注入処理を
行う前にジルコニウム合金基材に対して、例えば、特開
昭61−279675号公報や同62−50485号公
報にあるようにオートクレーン処理やその他の方法て酸
化層(酸素不足型酸化層、酸素拡散層や酸化皮膜)を形
成するといった酸化層の形成処理を必ずしも施さないて
もよく、むしろ、前記したようにコスト面などから、こ
うした酸化層の形成処理を施していないものを基材とし
て使用するのか好ましい。
In other words, in the present invention, before performing the ion implantation process, the zirconium alloy base material is subjected to an autocrane process or the like as described in, for example, JP-A-61-279675 and JP-A-62-50485. It is not always necessary to form an oxide layer by other methods (oxygen-deficient oxide layer, oxygen diffusion layer, or oxide film); rather, as mentioned above, such oxidation It is preferable to use a substrate that has not been subjected to layer formation treatment.

なお、必要に応して、前記常態で生成している酸化皮膜
等の酸化層を、任意の手段て除去したものを基材として
使用してもよい。
Note that, if necessary, the base material may be obtained by removing the oxidized layer such as the oxide film that is normally formed as described above by any means.

使用に供する基材の形状としては、特に制限はなく、成
形加工を施していない原材、あるいは加工途上にある中
間材料、原料炉用部材等の加工を施しである部材、さら
には、原料炉等の構!?le!にすてに設置しである部
材などいずれのものも基材として使用することかてきる
There are no particular restrictions on the shape of the base material used, and raw materials that have not been subjected to forming processing, intermediate materials that are in the process of being processed, processed parts such as materials for raw material furnaces, and even raw materials that have undergone processing such as materials for raw material furnaces, etc. Such a structure! ? le! Any material that has already been installed can be used as a base material.

本発明の改善方法においては、前記各種の基材の全体も
しくは所望の部分(たとえば、特に使用環境か厳しい箇
所など)の表面からイオン注入法によって、Cr、Fe
、Sn、Ti、Hf、C1Si、Ni、W、A文および
Nから選ばれる1種または2種以上の元素を注入し、そ
の後、非酸化性雰囲気中て熱処理を施すことによって、
基材の耐食性、耐摩耗性等の表面特性を改善する。
In the improvement method of the present invention, Cr, Fe, or
By implanting one or more elements selected from , Sn, Ti, Hf, C1Si, Ni, W, A, and N, and then performing heat treatment in a non-oxidizing atmosphere,
Improves surface properties such as corrosion resistance and abrasion resistance of base materials.

ここてイオン注入する元素として、一般にジルカロイ類
の組成成分として使用されているCr、Fe、Snおよ
びNi、Zrと同族てZrと固溶しゃすいTiおよびH
f、非金属元素てあり、般に超硬材料の成分として有効
なCおよびN、あるいは一般に不純物成分とみなされる
Si、W。
The elements to be ion-implanted here include Cr, Fe, Sn, and Ni, which are generally used as compositional components of Zircaloys, and Ti and H, which are homologous to Zr and have a solid solution with Zr.
f. C and N, which are nonmetallic elements and are generally effective as components of superhard materials, or Si and W, which are generally regarded as impurity components.

Anという多様な元素およびそれらの多様な組合せか利
用てきることに注目すべきである。こうした元素の種類
および組合せ、またイオン注入量等を適宜選択すること
によって、それぞれの用途に最適な表面特性を有するジ
ルコニウム合金か実現可能なのである。
It should be noted that a variety of elements such as An and a variety of combinations thereof may be utilized. By appropriately selecting the types and combinations of these elements, the amount of ion implantation, etc., it is possible to create a zirconium alloy with surface characteristics optimal for each application.

注入する元素の種類および組合せ、また、イオン注入量
は、使用する基材の種類に応して適宜選定するのが望ま
しい。たとえば、特開昭61279675号公報の実施
例にある第1表中には比較例として、酸化層の形成処理
を施した基材の表面からNをイオン注入法によって注入
しても耐食性の向上か不十分であることか示されている
か、そのような場合、Nの注入は酸化層の形成処理を施
していない基材の表面から行えばよく、こうすることに
よって、耐食性および表面硬度(耐摩耗性)等の表面特
性をNの注入によっても十分に改善することかてきるの
である。
The types and combinations of elements to be implanted, as well as the amount of ions to be implanted, are desirably selected appropriately depending on the type of base material used. For example, Table 1 in the Examples of JP-A No. 61279675 states as a comparative example that corrosion resistance can be improved even if N is implanted by ion implantation into the surface of a base material that has been subjected to oxide layer formation treatment. In such cases, the N injection can be carried out from the surface of the substrate which has not been treated to form an oxide layer, thereby improving corrosion resistance and surface hardness (wear resistance). The surface properties such as surface properties can also be sufficiently improved by implanting N.

本発明において、前記各種の注入元素のtても特に好ま
しいものとして、Cr、Ti、N等を挙げることかてき
る。
In the present invention, Cr, Ti, N, etc. can be mentioned as particularly preferable among the various implanted elements.

注入する前記元素の量(濃度)は、使用する基材の組成
、注入する元素の種類や組合せ、得られるジルコニウム
合金の用途等に応して異なるのて一律に定めることかて
きないか、一般的には、たとえば、 10′3〜10”
1ons/cm2程度、好ましくは106〜10”1o
ns/cm2程度の範囲とするのか適当である。
The amount (concentration) of the above-mentioned elements to be implanted varies depending on the composition of the base material used, the type and combination of elements to be implanted, the use of the resulting zirconium alloy, etc., so it is not possible to set it uniformly. For example, 10'3~10''
About 1oz/cm2, preferably 106 to 10"1o
It is appropriate to set the range to about ns/cm2.

前記イオン注入に際して使用する装置および方法として
も、特に制限はなく、たとえば、コツククロフト・ワル
トン型加速器等のコツククロフト型加速器、ハンプグラ
フ型加速器、タンデム型加速器等の各種のイオン加速器
等のイオン注入装置を用いて、公知のイオン注入法等の
各種のイオン注入法によって行うことかてきる。
There are no particular limitations on the equipment and method used for the ion implantation, and for example, ion implantation equipment such as various ion accelerators such as Kotscroft accelerators such as Kotscroft-Walton accelerators, Humpgraph accelerators, and tandem accelerators may be used. The ion implantation can be performed using various ion implantation methods such as the well-known ion implantation method.

前記した元素(イオン)の柱入量や注入した元素の基材
深さ方向の分布もしくは該元素の濃化層の厚みは、イオ
ン加速器の加速電圧の選定等による注入イオンのエネル
ギーおよび注入時間等によって適宜調整することかてき
る。
The amount of the above-described element (ion) in the column, the distribution of the implanted element in the depth direction of the base material, or the thickness of the concentrated layer of the element are determined by the energy of the implanted ions, the implantation time, etc., depending on the selection of the acceleration voltage of the ion accelerator, etc. You can adjust it accordingly.

加速電圧(注入イオンのエネルギー)および注入時間は
、上記の点を考慮して適宜選定すればよく、特に限定さ
れるものてはないか、一般的に言えば、注入イオンのエ
ネルギーは、通常、数keV程度以上、好ましくは数十
keV〜数M e V程度の範囲から適宜選択するのか
よい。
The acceleration voltage (the energy of the implanted ions) and the implantation time may be selected appropriately in consideration of the above points, and are not particularly limited. Generally speaking, the energy of the implanted ions is usually It may be selected as appropriate from the range of several keV or more, preferably from several tens of keV to several M eV.

すなわち、前記元素の中から、目的に応して選択した元
素をイオン化し、該イオンを十分な真空中で適当なエネ
ルギーに加速し、基材の所定の表面に衝突させ、基材の
表面付近に注入添加する。
That is, an element selected from the above elements according to the purpose is ionized, the ion is accelerated to an appropriate energy in a sufficient vacuum, and is caused to collide with a predetermined surface of the base material, so that the ion is ionized near the surface of the base material. Inject and add to.

その際、加速エネルギーを数十keVから数百keVの
範囲にしてイオンを注入することによって、基材の深さ
方向において、たとえば、注入元素の濃度か最大となる
深さか0.1 gm程度となるガウス分布もしくはそれ
に近い分布の注入元素の濃化層を形成させることかでき
る。こうした最大濃度深さは、注入するイオン種や加速
電圧等によって適宜変化させることかてきる。また、加
速電圧に時間変化を与えること等によって注入元素の分
布を制御することもてきる。たとえば、MeVオーダー
の高加速ては、最大濃度深さを、通常、数gmにまて増
加させることかてきる。
At that time, by implanting ions with acceleration energy in the range of several tens of keV to several hundred keV, the concentration of the implanted element is at a maximum depth of about 0.1 gm in the depth direction of the base material, for example. It is possible to form a concentrated layer of implanted elements having a Gaussian distribution or a distribution close to it. The maximum concentration depth can be changed as appropriate depending on the type of ions to be implanted, the accelerating voltage, and the like. Furthermore, the distribution of the implanted elements can be controlled by changing the accelerating voltage over time. For example, high accelerations on the order of MeV can increase the maximum concentration depth, typically by several gm.

なお、2種以上の元素イオンを注入する場合これらを同
時に照射して注入してもよいし、あるいは段階的(逐次
的)に照射して注入してもよいし、それらの組合せによ
ってもよい。
Note that when two or more types of element ions are implanted, they may be irradiated and implanted at the same time, or they may be irradiated and implanted in stages (sequentially), or a combination thereof may be used.

このようにして注入されたイオン(元素)はジルコニウ
ム合金基材の表層に化合物や組成物あるいは析出物を形
成させたり、その表層を固溶体化、非晶質化あるいは相
変態させるなどして1表面および表面近傍を改質せしめ
る。たとえば、注入する元素としてTiおよび/または
Hfを用いた場合、これらはZrに固溶されやすい元素
であるため、通常、表層中に容易にその固溶体を形成す
る。T1およびHfの熱中性子断面積はZrのそれより
大きいか、注入される絶対量は基材全体に比べて極少量
でよいのて実質的に問題にならない。注入されたCは、
通常、Zr等の表層にある元素との化合物(炭化物)や
析出物を形成しやすい。また、注入されたNは、主とし
てZrと窒化物を形成する。なお、Cr、Fe、Snお
よびNiは、通常、基材全体の組成成分としても常用さ
れる元素であるか、本発明のジルコニウム合金に8いて
は、イオン注入に供する基材中にそれらか有る無しにか
かわらず、表層に濃化される。
The ions (elements) implanted in this way form compounds, compositions, or precipitates on the surface layer of the zirconium alloy base material, or cause the surface layer to become a solid solution, become amorphous, or undergo phase transformation. and modify the vicinity of the surface. For example, when Ti and/or Hf are used as elements to be implanted, since these elements are easily dissolved in Zr, a solid solution thereof is usually easily formed in the surface layer. The thermal neutron cross section of T1 and Hf is larger than that of Zr, or the absolute amount to be implanted is only a very small amount compared to the entire base material, so there is no substantial problem. The injected C is
Normally, compounds (carbides) and precipitates are likely to be formed with elements such as Zr in the surface layer. Further, the implanted N mainly forms nitride with Zr. Note that Cr, Fe, Sn, and Ni are elements that are commonly used as compositional components of the entire base material, or, in the case of the zirconium alloy of the present invention, they are present in the base material subjected to ion implantation. Regardless of whether it is present or not, it is concentrated on the surface layer.

本発明の改善方法においては、以上のようにして所定の
元素をイオン住人した後、得られた基材(イオン注入基
材)に対して、非酸化性雰囲気中て熱処理を行う。
In the improvement method of the present invention, after the predetermined elements are ionized as described above, the obtained base material (ion-implanted base material) is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere.

この非酸化性雰囲気中ての熱処理は、イオン注入の直後
から行ってもよく、あるいは適当な時間をおいた後に行
ってもよい。
This heat treatment in a non-oxidizing atmosphere may be performed immediately after ion implantation, or after an appropriate period of time.

ここで、非酸化性雰囲気とは、十分な真空度の真空ある
いは不活性ガス等の不活性雰囲気、還元性ガス雰囲気な
どの基材もしくはその表面に対して実質的に酸化による
支障を与えないような雰囲気をいう。したかって、その
雰囲気中には、極微量の酸素や水分等の酸化性ガスが含
有していてもよい。
Here, a non-oxidizing atmosphere refers to a vacuum with a sufficient degree of vacuum, an inert atmosphere such as an inert gas, or a reducing gas atmosphere that does not substantially cause any oxidation damage to the base material or its surface. It refers to the atmosphere. Therefore, the atmosphere may contain trace amounts of oxidizing gases such as oxygen and moisture.

前記不活性ガスとしては、たとえば、ヘリウム、アルゴ
ン、ネオン等の第0族ガス、窒素ガス等を挙げることが
てきる。
Examples of the inert gas include Group 0 gases such as helium, argon, and neon, nitrogen gas, and the like.

前記真空は1通常、1O−2Torr以下、好ましくは
10−’Torr以下の真空度とするのか適当である。
The degree of vacuum is usually 10-2 Torr or less, preferably 10-'Torr or less.

前記非酸化性雰囲気は、前記種々の雰囲気として達成す
ることかできるか、通常は、真空による非酸化性雰囲気
か好適に採用され、一般には、イオン注入か実行された
真空度の真空中において続けて前記熱処理を行う方式か
好適に採用される。
The non-oxidizing atmosphere can be achieved as any of the various atmospheres mentioned above, but is usually preferably a non-oxidizing atmosphere under vacuum, and generally continues in a vacuum at the level of vacuum at which the ion implantation is performed. A method in which the heat treatment is performed is preferably employed.

前記熱処理の温度は、通常、20[1〜l 、ODD℃
程度の範囲、好ましくは300〜800°C程度の範囲
から選択するのかよい。
The temperature of the heat treatment is usually 20 [1~l, ODD°C
The temperature may be selected from a range of temperatures, preferably from about 300 to 800°C.

こうした条件て熱処理を行うことによって、イオン注入
層における析出、注入元素の熱拡散、照射欠陥の消滅や
成長などの基材表層の構造の変性か助長されて、結果的
に耐食性、耐摩耗性等の表面特性の改善か増促される。
By performing heat treatment under these conditions, modification of the structure of the surface layer of the base material such as precipitation in the ion implantation layer, thermal diffusion of implanted elements, disappearance and growth of irradiation defects is promoted, and as a result, corrosion resistance, wear resistance, etc. improvement or enhancement of surface properties.

以上のように、ジルコニウム合金基材に、前記所定の元
素をイオン注入した後に、前記熱処理を行うことによっ
て、用いた基材の耐食性、耐摩耗性等の表面特性を容易
にかつ有効に改善することかてきる。
As described above, by performing the heat treatment after ion-implanting the predetermined element into the zirconium alloy base material, the surface properties such as corrosion resistance and abrasion resistance of the base material used can be easily and effectively improved. Something comes up.

こうしたイオン注入法および熱処理によれば、基材目体
のバルク組成を変えることなく、表層の組成のみを有効
に調整することかできる。
According to such ion implantation method and heat treatment, only the composition of the surface layer can be effectively adjusted without changing the bulk composition of the base material.

したかって、基材本来のバルク特性(たとえば、機械的
強度、延性など)を損なうことなくその表面特性、特に
耐食性や耐摩耗性(表面硬度)を有効に改善することか
てき、バルク特性と表面特性を独立に最適化することか
できるという利点かある。その際、所望の表面特性の最
適化は、前記したように注入する元素の種類や組合せの
選定、イオン注入の条件等、さらには後述の熱処理の条
件の選定による注入元素の濃度、分布、濃化層の厚みの
調整等によって表層の組成や構成を制御することによっ
て容易になすことかできる。
Therefore, it is possible to effectively improve the surface properties, especially corrosion resistance and abrasion resistance (surface hardness), without impairing the inherent bulk properties (e.g., mechanical strength, ductility, etc.) of the base material. It has the advantage that characteristics can be optimized independently. At that time, optimization of the desired surface properties is achieved by selecting the type and combination of implanted elements, ion implantation conditions, etc., as described above, and also by selecting the heat treatment conditions described later. This can be easily achieved by controlling the composition and structure of the surface layer by adjusting the thickness of the layer.

特に、本発明における表面改質ジルコニウム合金におい
ては、注入される元素の種類か豊富であるのて、その選
定および組合せによって、表層に、前記したように、た
とえば化合物、固溶体、組成物あるいは析出物といった
多様な組成からなる構成を容易に実現することかてき、
しかも、イオン住人後に行われる熱処理によって、イオ
ン住人により生成した組成の分布や金属間化合物等の化
合物や組成物のタイプやサイズといった構造を変性もし
くは再構成によって制御することかてきるのて、用途に
応したバルク特性および表面特性の最適化か極めて容易
であるという利点もある。
In particular, in the surface-modified zirconium alloy of the present invention, since there are a wide variety of implanted elements, depending on their selection and combination, the surface layer may contain, for example, compounds, solid solutions, compositions, or precipitates, as described above. It is possible to easily realize configurations with various compositions such as
Moreover, the heat treatment performed after ionization can control the composition distribution generated by ionization and the structure, such as the type and size of compounds and compositions such as intermetallic compounds, by modification or rearrangement. Another advantage is that it is extremely easy to optimize the bulk properties and surface properties depending on the situation.

また、イオン注入する元素として特に高価なNbを用い
ないてもよいという利点もある。
Another advantage is that it is not necessary to use particularly expensive Nb as the element to be ion-implanted.

さらに、本発明の方法においては、イオン注入の前に特
に酸化層の形成処理を施さないでもよいのて、この点か
ら製造コストを大幅に低減することもてきる。
Furthermore, in the method of the present invention, there is no need to perform any particular oxide layer formation treatment before ion implantation, which can significantly reduce manufacturing costs.

したかって、本発明の方法によれば、耐食性、耐摩耗性
等の表面特性を有利に改善することかでき、この方法を
用いて、用途に応して、多様な高性能のジルコニウム合
金を製造することかできる。
Therefore, according to the method of the present invention, surface properties such as corrosion resistance and wear resistance can be advantageously improved, and this method can be used to manufacture a variety of high-performance zirconium alloys depending on the application. I can do something.

本発明の方法によれば、従来の原子炉(特に、軽水炉)
の炉心環境において使用される、高温高圧下の水や水蒸
気での耐ノシュラー腐食性、耐−様腐食性等の高い耐食
性か要求される各種ジルコニウム合金のそういった耐食
性を、その機械的強度、延性等のバルク特性を損なわず
に、より一層改善することかてきる。その際、本発明の
方法は、未だ部材として加工していない原材、すてに所
定の原料炉材料として加工しである部材(たとえば、軽
水炉の燃料被覆管材、チャンネルボックス、スペーサー
、制御棒案内シンプル管、上・下部端栓等の各種原子炉
関連材料)、あるいはすてに原料炉に設置もしくは組み
込まれたそれらの部材のいずれに対しても容易に適用す
ることかできる。
According to the method of the invention, conventional nuclear reactors (especially light water reactors)
The mechanical strength, ductility, etc. of various zirconium alloys that are used in the reactor core environment and are required to have high corrosion resistance such as Noschler corrosion resistance and -like corrosion resistance in water and steam under high temperature and high pressure. It is possible to further improve the bulk properties of the material without impairing them. At that time, the method of the present invention can be applied to raw materials that have not yet been processed into parts, and parts that have already been processed as predetermined raw material reactor materials (for example, fuel cladding tube materials for light water reactors, channel boxes, spacers, control rod guides, etc.). It can be easily applied to various reactor-related materials such as simple pipes, upper and lower end plugs, etc., or to any of those components already installed or incorporated in the raw material reactor.

もちろん、本発明の方法は、前記以外の用途と目的とし
た各種のジルコニウム合金基材の耐食性、耐摩耗性等の
表面特性の改善にも適用することがてきる。
Of course, the method of the present invention can also be applied to improving the surface properties such as corrosion resistance and wear resistance of various zirconium alloy base materials for uses and purposes other than those mentioned above.

本発明における表面改質のジルコニウム合金は、所望の
前記基材に対して、前記した本発明の方法を適用するこ
とによって製造することがてきる。
The surface-modified zirconium alloy of the present invention can be produced by applying the above-described method of the present invention to the desired base material.

この製造に際して、本発明の目的に支障のない範囲て、
前記イオン注入および非酸化性雰囲気中ての熱処理以外
の工程を適宜付加することかてきる。
During this production, within the scope that does not impede the purpose of the present invention,
Processes other than the ion implantation and heat treatment in a non-oxidizing atmosphere may be added as appropriate.

本発明の方法を適用して製造された表面改質ジルコニウ
ム合金は、前記したように、製造上、コスト面、バルク
および表面特性の最適設計上などからの種々の利点を有
しており、しかも主として本発明の方法によってその耐
食性、耐摩耗性等の表面特性か十分に改善されており、
特に、従来の原子炉(特に、軽水炉)の炉心環境である
高温高圧下の水や水蒸気での耐ノシュラー腐食性、耐−
様腐食性といった耐食性が著しく改善されているのて、
前記各種の原料炉材料をはじめとする種々のジルコニウ
ム合金利用分野、特に高い耐食性および/または耐摩耗
性等の表面性能が要求されるジルコニウム合金利用分野
に有利に利用することかてきる。
As mentioned above, the surface-modified zirconium alloy produced by applying the method of the present invention has various advantages in terms of manufacturing, cost, and optimal design of bulk and surface properties. Mainly by the method of the present invention, its surface properties such as corrosion resistance and abrasion resistance are sufficiently improved.
In particular, Noschler corrosion resistance and -
Corrosion resistance such as corrosion resistance has been significantly improved.
It can be advantageously used in various fields of application of zirconium alloys, including the various raw material furnace materials mentioned above, particularly in fields of application of zirconium alloys that require surface performance such as high corrosion resistance and/or wear resistance.

[実施例] 次に、本発明を実施例および比較例によってさらに具体
的に説明するか、本発明はこれらの実施例に限定される
ものてはなく1本発明の思想を逸脱しない範囲て、種々
の変形および応用か可能である。
[Examples] Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to these Examples, and the present invention will be described without departing from the spirit of the present invention. Various variations and applications are possible.

(実施例1〜22および比較例1〜3)基材として従来
の代表的なジルコニウム合金であるジルカロイ−4を用
い、その表面から11種類、即ちCr、Fe、Sn、N
i、Ti  Hf、C,N、S i、w、Anをそれぞ
れイオン柱入法によって注入した後、それぞれのイオン
注入材について、10−’Torrの真空中において熱
処理として、450および650℃の2つの温度て30
分間加熱し、全部て22種類の表層組成を調整・制御し
た所望のジルコニウム合金を得た。
(Examples 1 to 22 and Comparative Examples 1 to 3) Zircaloy-4, which is a typical conventional zirconium alloy, was used as the base material, and 11 types were selected from the surface, namely Cr, Fe, Sn, N
After implanting Ti, TiHf, C, N, Si, w, and An by the ion column implantation method, each ion implantation material was subjected to heat treatment at 450 and 650°C in a vacuum of 10-'Torr. temperature of 30
After heating for 1 minute, a desired zirconium alloy with a total of 22 kinds of surface layer compositions adjusted and controlled was obtained.

なお、イオン注入における加速電圧(注入イオンのエネ
ルギー)はいずれの場合も160keVとし、注入イオ
ン量は、N (N’として注入)については1xlO”
1ons/cs+2、その他の元素(−価の陽イオンと
して注入)については3xlO17ions/cm2と
した。
The acceleration voltage (energy of implanted ions) in ion implantation was 160 keV in all cases, and the amount of implanted ions was 1xlO" for N (implanted as N').
1 ons/cs+2, and 3xlO17 ions/cm2 for other elements (implanted as negative cations).

以上て得られた22種類のジルコニウム合金(本発明の
ジルコニウム合金)および比較例として前記熱処理のみ
を行わなかったそれぞれのイオン注入ジルコニウム合金
について、腐食試験をオートクレーブ内、純水中て、4
00’C1105%圧、72時間と500°C1105
気圧、24時間のそれぞれの条件て実施し、その際の腐
食増加量によって耐食性を評価した。
The 22 types of zirconium alloys obtained above (the zirconium alloys of the present invention) and each of the ion-implanted zirconium alloys that were not subjected to the heat treatment as a comparative example were subjected to a corrosion test in an autoclave in pure water for 4 days.
00'C1105% pressure, 72 hours and 500°C1105
Testing was carried out under atmospheric pressure and for 24 hours, and corrosion resistance was evaluated based on the amount of increase in corrosion at that time.

結果は、第2表に示す。The results are shown in Table 2.

同表かられかるように、注入イオンの種類、熱処理温度
や腐食試験温度によって異なるか、はとんどの場合、熱
処理を実施した試料は、熱処理を施さなかった対応する
試料よりも、腐食試験による腐食増量か低減しており、
熱処理による耐食性の改善増強効果か認められた。
As can be seen from the table, in most cases, heat-treated samples show better corrosion test results than their unheat-treated counterparts, depending on the type of implanted ions, heat treatment temperature, and corrosion test temperature. Corrosion increases or decreases,
The effect of heat treatment on improving corrosion resistance was observed.

第 表 (f%F =ci!叶L74島閥訓420.’1XWk
118〜22 [mg/dm”1[発明の効果] 本発明によると、ジルコニウム合金基材の表面もしくは
表面近傍に、特定の元素をイオン注入法によって注入し
た後、非酸化性雰囲気中て熱処理を行うという特定の方
法を採用しているのて、基材の全体または所望の部分の
表層の組成や構造を容易にかつ有効に制御することかて
き、これによって、従来のジルコニウム合金基材(原材
等の未加工品や部材等の加工品)の所望の箇所の耐食性
、耐摩耗性等の表面特性、特に、軽水炉の炉心環境であ
る中性子照射下、高温高圧の水および水蒸気中ての耐ノ
シュラー腐食性、耐−様腐食性といった耐食性等の表面
特性を、基材本来の機械的強度、延性等のバルク特性を
損なわずに、有利に改善することかてきる表面改質ジル
コニウム合金の製造方法を提供することかてきる。
Table (f%F = ci! Kano L74 Shimabatsukun 420.'1XWk
118-22 [mg/dm"1 [Effects of the Invention] According to the present invention, after a specific element is implanted into the surface or near the surface of a zirconium alloy base material by an ion implantation method, heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere. By employing a specific method of oxidation, it is possible to easily and effectively control the composition and structure of the surface layer of the entire substrate or a desired portion of the substrate. Surface properties such as corrosion resistance and abrasion resistance of desired parts of unprocessed products such as materials and processed products such as parts, especially under neutron irradiation, which is the core environment of light water reactors, and in high-temperature and high-pressure water and steam. Production of a surface-modified zirconium alloy that can advantageously improve surface properties such as Noschler corrosion resistance and -like corrosion resistance without impairing bulk properties such as mechanical strength and ductility inherent in the base material. I can provide a method.

また、この方法により製造された表面改質ジルコニウム
合金は、たとえば、軽水炉の燃料被覆管材、チャンネル
ボックス、スペーサー、制御棒案内シンプル管、上・下
部端栓なと各種原料炉関連材料等に使用することかてき
る。
In addition, the surface-modified zirconium alloy produced by this method can be used, for example, in fuel cladding materials for light water reactors, channel boxes, spacers, control rod guide simple tubes, upper and lower end plugs, and various raw material reactor-related materials. Something comes up.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ジルコニウム合金の表面もしくは表面近傍に、C
r、Fe、Sn、Ni、Ti、Hf、C、N、Si、W
およびAlから選ばれる1種または2種以上の元素を、
イオン注入法によって注入し、イオン注入後のジルコニ
ウム合金を非酸化性雰囲気中て熱処理することを特徴と
する表面改質ジルコニウム合金の製造方法。
(1) C on the surface or near the surface of the zirconium alloy
r, Fe, Sn, Ni, Ti, Hf, C, N, Si, W
and one or more elements selected from Al,
A method for producing a surface-modified zirconium alloy, which comprises implanting the zirconium alloy by an ion implantation method, and heat-treating the zirconium alloy after the ion implantation in a non-oxidizing atmosphere.
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