JPH11335807A - ジルコニウム基合金製部材への水素添加方法 - Google Patents

ジルコニウム基合金製部材への水素添加方法

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JPH11335807A JP10162874A JP16287498A JPH11335807A JP H11335807 A JPH11335807 A JP H11335807A JP 10162874 A JP10162874 A JP 10162874A JP 16287498 A JP16287498 A JP 16287498A JP H11335807 A JPH11335807 A JP H11335807A
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俊哉 木戸
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正明 小澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】適度な水素の濃度勾配をもったジルコニウム基
合金製部材の製作方法を提供すること 【解決手段】ジルコニウム基合金製部材の表面に水素透
過製金属であるニッケル、パラジウムまたはそれらを基
本とする合金等をメッキ等により薄膜状に固着させる処
理をした後、水素ガスまたは水素および不活性ガスの混
合ガス中にて同材料を高温にて保持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はジルコニウム基合金製
部材に水素を添加する方法に関するものである。ジルコ
ニウム基合金製の部品に水素を添加する必要がある場合
がある。例えば原子炉の燃料被覆管等の炉心構成要素を
ジルコニウム基合金で形成する場合に、ジルコニウム基
合金は中性子照射中に水素を吸収して組織が変化し、物
理的特性、例えば機械的な特性が変化する。そこで、水
素を吸収した燃料被覆管の機械的特性を測定すれば、新
たな燃料被覆管の設計に反映させることができ、また、
水素を吸収した燃料被覆管を模擬した試験片を入手する
ことができれば、そのような測定が容易になる。このよ
うなことから、水素を吸収したジルコニウム基合金製部
材を忠実に再現した試験片を製造することが必要とされ
ている。
【０００２】
【従来の技術】ジルコニウム基合金への水素添加方法に
ついては、これまでに３種類が報告されている。 （１）水素ガスまたは水素および不活性ガスの混合ガス
中にてジルコニウム基合金を高温に保持する方法（ガス
法） （２）水酸化リチウムを多量に添加した水中にジルコニ
ウム基合金を浸し、高温高圧に保持する方法（浸漬法） （３）電解質中にジルコニウム基合金を陰電極として保
持し、水の分解により生成される水素を吸収させる方法
（電解法）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の（１）または
（２）を用いた場合、ジルコニウム基合金に吸収された
水素はその合金の肉厚方向に均一に分布し、室温状態で
は水素化物として一様に分布する。また、上記（３）を
用いた場合は吸収された水素はジルコニウム基合金の極
く表面のみに水素化物の偏析層を形成する。
【０００４】これに対し、原子炉で使用するジルコニウ
ム基合金を用いた燃料被覆管では水素吸収による水素化
物は管外面側に近付くほど濃度（析出量）が増大する分
布を示すため、上記の（１）〜（３）の手法で製作され
た試験片では原子炉炉心内で中性子照射を受けて水素を
吸収したジルコニウム基合金の表面を忠実に再現するこ
とにはならないので、有効かつ現実的な結果を得るのは
困難である。
【０００５】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、適度な水素の濃度勾配をもったジルコ
ニウム基合金製部材の製作方法、例えば原子炉で使用す
るジルコニウム基合金の機械的特性を、その合金で製作
した試験片を使用して調べる方法において、実際に原子
炉で使用された場合の水素の分布状態を簡便に再現し、
より有効かつ現実的な測定結果を得るための試験片の製
作方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明のジルコニウム基合金製部材への水素の添加方法
は、その水素添加すべき外表面に水素透過性金属または
それらを基本とする合金を薄膜状に固着させた後、水素
を含む雰囲気中に高温にて保持することを特徴としてい
る。以下この発明の詳細を一実施例を示す図面について
説明する。
【０００７】この発明のジルコニウム基合金製部材の水
素添加方法は図１に示すように、薄膜形成過程２と水素
吸収過程３とを含んでいる。
【０００８】薄膜形成過程２はジルコニウム基合金製の
ワ−ク４の表面のうちの水素を吸収させようとする部位
に水素透過性金属の薄膜５を形成する過程である。水素
透過製金属としてはニッケル、パラジウム、鉄、コバル
ト、白金等が使用可能である。
【０００９】薄膜の形成方法としてはメッキ、プレ−テ
ィング等を使用することができる。この場合の薄膜の膜
厚は材料によっても相違するが、１〜５μ程度である。
【００１０】薄膜形成過程２が終了したワ−クは水素吸
収過程３に移される。水素吸収過程３では反応炉６内で
水素を含む雰囲気中で所定の温度で所定時間保持され
る。雰囲気は水素または水素と不活性ガスとの混合体を
使用する。雰囲気中の水素濃度は１％以上、好ましくは
安全ガスの範囲または純水素までである。
【００１１】炉の温度は１００℃〜１０００℃、特に２
００℃〜５００℃が好ましい。保持時間は雰囲気の成分
との関係によって決定されるが２４０時間程度が好まし
い。ワ−クはその後室温まで徐冷される。
【００１２】以上の過程によるジルコニウム基合金製部
材への水素添加方法においては、ワ−クの表面に水素透
過性の高いニッケル、パラジウム等の薄膜を生成するこ
とで、水素の表面での解離反応を助長することにより、
解離・吸収された水素のジルコニウム合金内での拡散反
応を上回る速度で水素を吸収させ、表面近傍での水素濃
度を上昇させる。
【００１３】
【実験例】図２は、原子炉で使用するジルカロイ−４燃
料被覆管の表面に１〜５μｍのニッケルをメッキした
後、水素を５０分の１気圧、アルゴンを５０分の４９気
圧とした環境中で、３００℃、１００時間保持した結果
得られた材料の横断面の金相写真である。図３に示す従
来の高温法、図４に示す従来の浸漬法によるものに比べ
て水素化物８が適度にジルコニウム基合金７の表面近傍
に分布をもって析出した材料が得られることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よれば、適度な水素の濃度勾配を持ったジルコニウム基
合金材料の製作が可能となり、従来、得ることができな
かった原子炉で使用するジルコニウム基合金の機械的特
性評価用の試験片が容易に取得可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のジルコニウム基合金製部材の水素添
加方法の過程を示すブロック図
【図２】本発明の実施例により得られたジルコニウム基
合金材料の顕微鏡写真
【図３】従来の技術（ガス法）により製作されたジルコ
ニウム基合金材料の顕微鏡写真
【図４】従来の技術（電解法）により製作されたジルコ
ニウム集合金材料の顕微鏡写真
【符号の説明】
２ 薄膜形成過程 ３ 水素吸収過程 ４ ワ−ク ５ 薄膜 ６ 反応炉 ７ ジルコニウム基合金被覆管（横断面） ８ 水素化物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 諭 茨城県那珂郡東海村大字舟石川622番地12 ニュ−クリア・デベロップメント株式会 社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ジルコニウム基合金製部材への水素添加
    において、その水素添加すべき外表面に水素透過性金属
    またはその合金を薄膜状に固着させた後、水素を含む雰
    囲気中に高温にて保持することを特徴とするジルコニウ
    ム基合金製部材への水素添加方法。
  2. 【請求項２】 前記水素透過性金属はニッケル、パラジ
    ウム、鉄、コバルト、白金等またはそれらの合金である
    ことを特徴とする請求項１記載のジルコニウム基合金製
    部材への水素添加方法。
  3. 【請求項３】 前記水素透過性金属を前記ジルコニウム
    基合金製部材にメッキ、プレ−ティング、スパッタリン
    グその他の金属薄膜形成法で固着させることを特徴とす
    る請求項１記載のジルコニウム基合金製部材の水素添加
    方法。
  4. 【請求項４】 前記雰囲気中における水素濃度は安全ガ
    スの範囲または純水素であることを特徴とする請求項１
    記載のジルコニウム基合金製部材の水素添加方法。
  5. 【請求項５】 前記加熱の温度は２００〜５００℃であ
    ることを特徴とする請求項１記載のジルコニウム基合金
    製部材の水素添加方法。
  6. 【請求項６】 前記雰囲気中における保持時間は１時間
    〜２０日間であることを特徴とする請求項１記載のジル
    コニウム基合金製部材の水素添加方法。
  7. 【請求項７】 前記ジルコニウム基合金製部材は原子炉
    構成材の試験片であることを特徴とする請求項１記載の
    ジルコニウム基合金製部材の水素添加方法。
  8. 【請求項８】 ジルコニウム基合金製部材への水素添加
    において、その水素添加すべき外表面に水素透過性金属
    またはその合金を薄膜状に固着させた後、水素を含む雰
    囲気中に高温にて保持するジルコニウム基合金製部材へ
    の水素添加方法であって、前記水素透過性金属はニッケ
    ル、パラジウム、鉄、コバルト、白金等またはそれらの
    合金であり、前記水素透過性金属を前記ジルコニウム基
    合金製部材にメッキ、プレ−ティング、スパッタリング
    その他の金属薄膜形成法で固着させ、前記雰囲気中にお
    ける水素濃度は安全ガスの範囲または純水素であり、前
    記加熱の温度は２００〜５００℃であり、前記雰囲気中
    における保持時間は１時間〜２０日間であり、前記ジル
    コニウム基合金製部材は原子炉構成材の試験片であるこ
    とを特徴とするジルコニウム基合金製部材の水素添加方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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