JPS6076288A - ジルコニウム基合金とハフニウムとの接合方法 - Google Patents
ジルコニウム基合金とハフニウムとの接合方法Info
- Publication number
- JPS6076288A JPS6076288A JP18262183A JP18262183A JPS6076288A JP S6076288 A JPS6076288 A JP S6076288A JP 18262183 A JP18262183 A JP 18262183A JP 18262183 A JP18262183 A JP 18262183A JP S6076288 A JPS6076288 A JP S6076288A
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- Japan
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- hafnium
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- rod
- based alloy
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本光明は、ハフニウム棒の表面にジルコニウム基合金全
彼侃した原子炉の制御棒の製造に利用されるジルコニウ
ム基合金とハフニウムと接合方法に関するものである。
彼侃した原子炉の制御棒の製造に利用されるジルコニウ
ム基合金とハフニウムと接合方法に関するものである。
従来、原子炉の１ｂｌＪ御棒としては、一般にステンレ
スチューブ内にＢ４Ｃ全封入したものが用いられている
が、この制御棒は中性子の繰り返し吸収能がないため、
ハフニウム全原子炉の制御棒として利用することが検討
されている。
スチューブ内にＢ４Ｃ全封入したものが用いられている
が、この制御棒は中性子の繰り返し吸収能がないため、
ハフニウム全原子炉の制御棒として利用することが検討
されている。
このハフニウムは中性子吸収断面積が比較的大きく、中
性子の繰り返し吸収能がある上、原子炉内環境に対する
耐食性に優れ、しかも構成材料として機械的特性全十分
に備えている。更に近年、軽水炉の発達と共に、ジルコ
ニウム生産の副産物としてのハフニウムの生産量も増加
してきている。
性子の繰り返し吸収能がある上、原子炉内環境に対する
耐食性に優れ、しかも構成材料として機械的特性全十分
に備えている。更に近年、軽水炉の発達と共に、ジルコ
ニウム生産の副産物としてのハフニウムの生産量も増加
してきている。
このような理由からハフニウムを原子炉の制御棒として
利用することが検討はれているが、ハフニウムを使用す
るに際して次の点が問題となっている。
利用することが検討はれているが、ハフニウムを使用す
るに際して次の点が問題となっている。
即ち）ハフニウムの原子炉水中での使用実績がなく、ま
たハフニウムはジルコニウム基合金と同等の耐食性を有
するが、もし酸化等により、酸化物等の形で遊離した場
合には、炉出力の低下をもたらす危惧がある。
たハフニウムはジルコニウム基合金と同等の耐食性を有
するが、もし酸化等により、酸化物等の形で遊離した場
合には、炉出力の低下をもたらす危惧がある。
このため原子炉内での使用実糾のあるゾルカロイ等のジ
ルコニウム基合金でハフニウム棒の表面′？！：被覆す
ることが研究されている。
ルコニウム基合金でハフニウム棒の表面′？！：被覆す
ることが研究されている。
しかしながら、ハフニウムの表面をジルコニウム基合金
で被覆する場合、両者は異称金属であること、並びに融
点がかなり異なることなどの理由により、両者の接合か
極めて難しく、通報の接合方法ではハフニウムとジルコ
ニウム基合金との間ｖｃ隙間が生じてしまう。またハフ
ニウムの中性子捕獲に伴う核変換反応の大半は（人、γ
）反ベリ、この反応に伴って発生する壊変熱は、被彼し
たジルコニウム基合金との間に１ｌＩ２間があると表面
に伝達しにくくなり、内部に蓄ｆＡキれてハフニウムの
劣化が促進される場合がある。
で被覆する場合、両者は異称金属であること、並びに融
点がかなり異なることなどの理由により、両者の接合か
極めて難しく、通報の接合方法ではハフニウムとジルコ
ニウム基合金との間ｖｃ隙間が生じてしまう。またハフ
ニウムの中性子捕獲に伴う核変換反応の大半は（人、γ
）反ベリ、この反応に伴って発生する壊変熱は、被彼し
たジルコニウム基合金との間に１ｌＩ２間があると表面
に伝達しにくくなり、内部に蓄ｆＡキれてハフニウムの
劣化が促進される場合がある。
このようなことから、ハフニウムの１カ］御棒を芙用化
するためにジルコニウム基合金とハフニウムとの密着性
の良い接合方法の開発が望まれていた。
するためにジルコニウム基合金とハフニウムとの密着性
の良い接合方法の開発が望まれていた。
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、密着性に優
れ、ジルコニウム基合金とハフニウムとの両特性を十分
に備えた制御棒の製造に好適なジルコニウム基合金とハ
フニウムとの接合方法全提供すること全目的とするもの
である。
れ、ジルコニウム基合金とハフニウムとの両特性を十分
に備えた制御棒の製造に好適なジルコニウム基合金とハ
フニウムとの接合方法全提供すること全目的とするもの
である。
本発明者等は、拡散接合処理温度と相状態とから相互の
密着性を研究したところ、ジルコニウム基合金に体心立
方格子が存在するβ相領域での密着性が特に優れている
ことを見い出し、この知見に基いてなされたものである
。
密着性を研究したところ、ジルコニウム基合金に体心立
方格子が存在するβ相領域での密着性が特に優れている
ことを見い出し、この知見に基いてなされたものである
。
即ち本発明はジルコニウム基合金とハフニウムと全ジル
コニウム基合金のβ相が存在する温度領域で拡散接合す
ること全特徴とするものである。
コニウム基合金のβ相が存在する温度領域で拡散接合す
ること全特徴とするものである。
本発明に用いるジルコニウム基合金としては、例えば重
量比でスズ１．２〜１．７％、鉄０．０７〜０．２０係
、クロム０．０５〜０．１５係、ニッケル０．０３〜０
．０８％、残部ジルコニウムよりなるジルカロイ−２と
呼称されているもの、スズ１２〜１．７φ、鉄０．１８
〜０．２４％、クロム０．０７〜０．１３％、残部ジル
コニウムよりなるジルカロイ−４と呼称されているもの
、あるいけジルコニウム−２，５％ニオブ系、ジルコニ
ウム−１％ニオブ系、またはオーゼナイトなどのジルコ
ニウム基合金に適用することができる。
量比でスズ１．２〜１．７％、鉄０．０７〜０．２０係
、クロム０．０５〜０．１５係、ニッケル０．０３〜０
．０８％、残部ジルコニウムよりなるジルカロイ−２と
呼称されているもの、スズ１２〜１．７φ、鉄０．１８
〜０．２４％、クロム０．０７〜０．１３％、残部ジル
コニウムよりなるジルカロイ−４と呼称されているもの
、あるいけジルコニウム−２，５％ニオブ系、ジルコニ
ウム−１％ニオブ系、またはオーゼナイトなどのジルコ
ニウム基合金に適用することができる。
本発明に用いられるハフニウムは、いわゆる原子力用ハ
フニウムと呼ばれるもので、ジルコニウム、鉄、タンタ
ル、りシムなどを不純物として含み、純度は９０数多の
ものである。また添加元素としては鉄、ニッケル、クロ
ム、スズ、ニオブなど全添加して耐食性を向上させたハ
フニウム基合金にも適用することができる。
フニウムと呼ばれるもので、ジルコニウム、鉄、タンタ
ル、りシムなどを不純物として含み、純度は９０数多の
ものである。また添加元素としては鉄、ニッケル、クロ
ム、スズ、ニオブなど全添加して耐食性を向上させたハ
フニウム基合金にも適用することができる。
またハフニウムの表面にジルコニウム基合金を被覆する
方法としてはハフニウムピレソトの表面にジルコニウム
基合金根音かぶせて、複合ビレットとし、これを押出加
工する方法、あるいはハフニウム俸の表面にジルコニウ
ム基合金全プラズマ溶射する方法など何れの方法でも良
いＯ 本発明におけるジルコニウム基合金とハフニウムとの拡
散接合温度はジルコニウム基合金のβ相が存在する温度
領域で行う。Ｆ！１１ちジルコニウム基合金は常温で六
方品格子のα相であるが、約８４０℃以上で体心立方格
子のβ相が出現しα＋β相となり、約８８０℃から融点
である１６００〜１８００℃の間でβ相のみとなる。
方法としてはハフニウムピレソトの表面にジルコニウム
基合金根音かぶせて、複合ビレットとし、これを押出加
工する方法、あるいはハフニウム俸の表面にジルコニウ
ム基合金全プラズマ溶射する方法など何れの方法でも良
いＯ 本発明におけるジルコニウム基合金とハフニウムとの拡
散接合温度はジルコニウム基合金のβ相が存在する温度
領域で行う。Ｆ！１１ちジルコニウム基合金は常温で六
方品格子のα相であるが、約８４０℃以上で体心立方格
子のβ相が出現しα＋β相となり、約８８０℃から融点
である１６００〜１８００℃の間でβ相のみとなる。
−万へフニウムは約１６００℃で六方品格子のα相から
体心立方格子のβ相に代る。
体心立方格子のβ相に代る。
従ってジルコニウム基合金にβ相が存在し、ハフニウム
がα相の状態で拡散接合することにより、十分に拡散し
て良好な密着性が得られる。
がα相の状態で拡散接合することにより、十分に拡散し
て良好な密着性が得られる。
更に本発明では拡散接合後、直ちに急冷することにより
、表面のジルコニウム基合金の耐食性が向上すると共に
、ハフニウムとの密着性が更に向上する。この理由につ
いては明らかではナイが、急冷することにより、ノルフ
ニ’ｙムＭ合金中に存在するβ相が常温まで持ち来なさ
れることにより耐食性が向上すると共にβ相からα相へ
の相変化に伴う大きな体積膨張差が低減され、ハフニウ
ムとの拡散接合面における歪が少なくなって密着性が向
上するものと考えられる０ 〔発明の実施例〕 （実施例１） ハフニウム全溶解鍛造し、切削加工を施して、直径２０
０Ｍφ長さ４５０闇のビレット全作った。また３馴厚さ
のノルカロイ−４板材全内径２００陥φ、長き４５０ｍ
の管状に成型してシーム溶接し、これ全前記ハフニウム
ビレットの外側にかぶせ、複合ビレットきした。その後
、該成金ビレットの両端面のハフニウムとシルカ・イー
４板との境界面全真空中で−・クト誇゛−ム溶接して、
界面を密封した。次に一体化した複合ビレット全、通常
の押出し加工と、その後の複数回の圧延により、約８０
〜１００μｍ厚さのノルカロイ−４全表面に被覆した直
径４．８胴φのハフニウム棒が得られた。
、表面のジルコニウム基合金の耐食性が向上すると共に
、ハフニウムとの密着性が更に向上する。この理由につ
いては明らかではナイが、急冷することにより、ノルフ
ニ’ｙムＭ合金中に存在するβ相が常温まで持ち来なさ
れることにより耐食性が向上すると共にβ相からα相へ
の相変化に伴う大きな体積膨張差が低減され、ハフニウ
ムとの拡散接合面における歪が少なくなって密着性が向
上するものと考えられる０ 〔発明の実施例〕 （実施例１） ハフニウム全溶解鍛造し、切削加工を施して、直径２０
０Ｍφ長さ４５０闇のビレット全作った。また３馴厚さ
のノルカロイ−４板材全内径２００陥φ、長き４５０ｍ
の管状に成型してシーム溶接し、これ全前記ハフニウム
ビレットの外側にかぶせ、複合ビレットきした。その後
、該成金ビレットの両端面のハフニウムとシルカ・イー
４板との境界面全真空中で−・クト誇゛−ム溶接して、
界面を密封した。次に一体化した複合ビレット全、通常
の押出し加工と、その後の複数回の圧延により、約８０
〜１００μｍ厚さのノルカロイ−４全表面に被覆した直
径４．８胴φのハフニウム棒が得られた。
このジルカロイ−４全被覆したハフニウム棒を１０＋ｍ
ｎＨｇの真空中で９５０℃、３時間の拡散熱処理を施し
た後、強制空冷してハフニウム制御棒を製造した。
ｎＨｇの真空中で９５０℃、３時間の拡散熱処理を施し
た後、強制空冷してハフニウム制御棒を製造した。
このようにして得られた制御棒を、顕微鏡観察によりノ
ルカロイ−４とハフニウムとの界面を観察した所、両者
の密着性は極めて良好で、隙間は殆ど見られなかった。
ルカロイ−４とハフニウムとの界面を観察した所、両者
の密着性は極めて良好で、隙間は殆ど見られなかった。
また本発明と比蝦するために、８ｏｏ℃で拡散接合した
ハフニウム制御棒についても同様に顕微鏡観察したとこ
ろ、界面には多数の隙間が観察された。
ハフニウム制御棒についても同様に顕微鏡観察したとこ
ろ、界面には多数の隙間が観察された。
（実施例２）
長さ４ｍ、直径４．６胴φのハフニウム棒の表面をアル
ミナでサンドブラストして表面を利面化した後、この表
面に、約１５０〜３２５メツシユのジｈカロイー４粉末
を５０同Ｈｇのアルゴン中でプラズマ溶射した。プラズ
マ溶射は、電。
ミナでサンドブラストして表面を利面化した後、この表
面に、約１５０〜３２５メツシユのジｈカロイー４粉末
を５０同Ｈｇのアルゴン中でプラズマ溶射した。プラズ
マ溶射は、電。
圧３５ｖＸ電流８ｏｏＡの条件で、ハフニウム棒に回転
させながら、長軸方向に移動させて行った。ジルカロイ
−４の厚さが約０．１ｍｉになるまで溶射した後、ハフ
ニウムの露出した両端面についても約１ｍ厚さに溶射し
て、全面をジルカロイ−４の溶射層で波器した。なおこ
の場合の溶射層の緻密度は約９９．１％であった。
させながら、長軸方向に移動させて行った。ジルカロイ
−４の厚さが約０．１ｍｉになるまで溶射した後、ハフ
ニウムの露出した両端面についても約１ｍ厚さに溶射し
て、全面をジルカロイ−４の溶射層で波器した。なおこ
の場合の溶射層の緻密度は約９９．１％であった。
次にノルカロイ−４を全面に被Ｕしたハフニウム俸全、
アルゴンガス気流下で９８０℃、２５時間加熱して拡散
接合を施した後、アルコ゛ンガスの流量を増大して強制
空冷し、制御ｔ−！Ｊを製造した。
アルゴンガス気流下で９８０℃、２５時間加熱して拡散
接合を施した後、アルコ゛ンガスの流量を増大して強制
空冷し、制御ｔ−！Ｊを製造した。
このようにして得られた制御棒を、顕微鏡観察したとこ
ろ、ノルカロイ−４とハフニウムとの全界面に亘って隙
間は認められず、極めて密着性の良いことが確Ｊされた
。
ろ、ノルカロイ−４とハフニウムとの全界面に亘って隙
間は認められず、極めて密着性の良いことが確Ｊされた
。
以上説明した如く本発明に係るジルコニウム基合金とハ
フニウムとの接合方法（Ｃよれば、ジルコニウム基合金
のβ相が存在する温度で拡散接合することにより舒れた
密着性が得られ、原子炉の制御棒に適用した場合、ハフ
ニウムの（ル、γ）反応に伴う壊変熱が、容易に外部に
伝達されてハフニウムの劣化が抑制されると共ニ、ジル
コニウム基合金層によりハフニウム酸化物と隔離されて
いるので、ハフニウム酸化物等の遊離による炉出力の低
下の問題も全くなく、優れた性能全発揮することができ
る。
フニウムとの接合方法（Ｃよれば、ジルコニウム基合金
のβ相が存在する温度で拡散接合することにより舒れた
密着性が得られ、原子炉の制御棒に適用した場合、ハフ
ニウムの（ル、γ）反応に伴う壊変熱が、容易に外部に
伝達されてハフニウムの劣化が抑制されると共ニ、ジル
コニウム基合金層によりハフニウム酸化物と隔離されて
いるので、ハフニウム酸化物等の遊離による炉出力の低
下の問題も全くなく、優れた性能全発揮することができ
る。
Claims (2)
- （１） ノｙｖコニウム基台金々ハフニウムと全、ジル
コニウム基合金のβ相か存在する温度領域で拡散接合す
ること全特徴とするジルコニウム基合金とハフニウムと
の接合方法。 - （２） 拡散接合後、直ちに急冷すること全特徴とする
特許請求の’＋ａ４ ｌ、！Ｊｌａ １項記載のノルコ
ニウム基合金とハフニウムにの接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18262183A JPS6076288A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | ジルコニウム基合金とハフニウムとの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18262183A JPS6076288A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | ジルコニウム基合金とハフニウムとの接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6076288A true JPS6076288A (ja) | 1985-04-30 |
Family
ID=16121486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18262183A Pending JPS6076288A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | ジルコニウム基合金とハフニウムとの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6076288A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080205574A1 (en) * | 2007-02-22 | 2008-08-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Control rod for nuclear reactor and method of manufacturing control rod |
| JP2011069761A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Toshiba Corp | 原子炉制御棒用複合材、その複合材の製造方法およびその複合材を使用した原子炉制御棒 |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP18262183A patent/JPS6076288A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080205574A1 (en) * | 2007-02-22 | 2008-08-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Control rod for nuclear reactor and method of manufacturing control rod |
| US20140098925A1 (en) * | 2007-02-22 | 2014-04-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Control rod for nuclear reactor and method of manufacturing control rod |
| US8699652B2 (en) * | 2007-02-22 | 2014-04-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Control rod for nuclear reactor and method of manufacturing control rod |
| JP2011069761A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Toshiba Corp | 原子炉制御棒用複合材、その複合材の製造方法およびその複合材を使用した原子炉制御棒 |
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