KR102081818B1 - 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치 - Google Patents

튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102081818B1
KR102081818B1 KR1020170125507A KR20170125507A KR102081818B1 KR 102081818 B1 KR102081818 B1 KR 102081818B1 KR 1020170125507 A KR1020170125507 A KR 1020170125507A KR 20170125507 A KR20170125507 A KR 20170125507A KR 102081818 B1 KR102081818 B1 KR 102081818B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tube
functional material
magnetic material
magnet
present
Prior art date
Application number
KR1020170125507A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190036377A (ko
Inventor
김준환
천진식
박정용
김성호
윤영수
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020170125507A priority Critical patent/KR102081818B1/ko
Publication of KR20190036377A publication Critical patent/KR20190036377A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102081818B1 publication Critical patent/KR102081818B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/046Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/28Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/28Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/06Casings; Jackets
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치에 관한 것으로, 상세하게는 자성 재료를 포함하는 기능성 물질을 튜브의 내측에 배치하는 단계; 상기 튜브의 외측에 자석을 배치하는 단계;및 상기 자석을 이용하여 상기 기능성 물질을 이동 또는 회전시켜, 상기 튜브의 내면에 상기 기능성 물질을 증착시키는 단계;를 포함하는 튜브 내면 코팅 방법에 관한 것이고, 또한 튜브; 상기 튜브의 내측에 배치된 자성 재료를 포함하는 기능성 물질;및 상기 튜브의 외측에 배치된 자석;을 포함하는 튜브 내면 코팅 장치에 관한 것이다.

Description

튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치 {Inner tube coating method and inner tube coating device}
본 발명은 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치에 관한 것이다.
플랜트의 경제성을 향상시키기 위하여 플랜트를 구성하는 각종 튜브의 내식성, 내열성 및 내마모성의 향상이 지속적으로 요구되고 있다. 이를 위해 내식성, 내열성 및 내마모성이 개선된 재질을 갖는 튜브를 선택하여야 하나 이런 경우 높은 가격 상승에 따른 경제성 저하를 가져올 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래의 재질을 갖는 튜브 표면에 내식성 및 내마모성을 갖는 기능성 물질을 코팅하는 기술이 제안되고 있다. 튜브 외면을 코팅하는 기술에 비하여 튜브 내면은 기하학적 형상의 제약으로 인하여 기능성 물질을 코팅하는데 어려움을 갖는다.
고속로에서 핵연료는 환형, 봉형 등의 다양한 형태로 설계되며, 핵연료 봉 내에는 핵반응을 하는 물질이 포함되어 있다. 핵반응을 하는 물질은 냉각재와 양립성이 우수하여 반응성 없고 열전달 특성이 우수한 용기, 즉 피복관에 밀봉된다. 이때 핵연료를 감싸는 피복관은 핵반응 물질과 냉각재 사이의 직접적인 접촉을 막아 화학적 상호 확산 반응이 일어나지 않도록 하여야 하며 핵분열 생성물의 누출을 방지해야 한다. 특히, 금속핵연료가 사용되는 고속로에 있어서 금속핵연료심의 구성 원소들(U, Pu, Th, MA, Zr, Mo 및 핵분열생성물 등)과 스테인레스강 피복관의 구성 원소들(Fe, Cr, W, Mo, V, Nb 등)이 확산에 의해 상호 침투하여, 금속핵연료심의 용융온도가 감소하거나 피복관의 강도가 저하되는 현상이 발생할 수 있으므로 고속로 금속핵연료의 최대 허용 연소도와 최대 허용 운전 온도를 제한할 수 있다[J. Nucl. Mater., 204 (1993) p.244-251 및 J.Nucl. Mater., 204 (1993) p. 141-147].아울러 금속핵연료를 사용하는 고속로에서는 피복관과 핵반응 물질 사이 상호 확산 반응도 억제하는 것이 핵연료의 안전성 및 경제성 측면에서 매우 유리하다.
경수로에서 피복관은 지르코늄 합금 튜브가 사용되며 중대 사고시 고온의 수증기 환경에서 지르코늄이 산화하여 수소기체가 발생하여 2차 폭발이 발생하는 것을 방지하기 위하여 지르코늄 외면에 산화방지 기능성 물질을 코팅한다. 이렇게 외면이 코팅된 지르코늄 피복관은 중대 사고시 온도의 증가에 따라 핵연료 내부의 핵분열 생성물 기체 압력이 증가하여 파열되며 이 경우, 코팅되지 않은 피복관 내면에 고온의 수증기가 접촉하여 내면 산화 현상이 발생하며 이를 방지하기 위하여 외면 외에 내면에 산화 방지 기능성 물질을 코팅하는 것이 필요하다.
기능성 물질을 내면에 적용하는 방안으로는 기능성 재료로 구성된 튜브와 하중 지지를 담당하는 튜브를 서로 접합 및 인발(drawing)하여 제조하는 방법(라이닝 방법), 전해도금법을 이용하여 기능성 물질을 내면에 코팅하는 방법, 증착법을 이용하여 기능성 물질을 코팅하는 방법을 들 수 있다.
상기의 상호 확산 반응을 방지하기 위해 제네럴 일렉트릭(GE)사는 지르코늄(Zr), 타이타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 중에 하나의 금속을 이용하여 약 50 ㎛ 두께의 라이너(liner) 또는 슬리브(sleeve)를 금속핵연료심과 피복관의 사이에 삽입하여 금속 연료심과 피복관의 상호 확산 반응을 억제하는 기술을 발표하였다. 상기 GE사의 기술은 추가적인 공정의 도입이 필수적이기 때문에 제조가 복잡해질 뿐만 아니라 적지 않은 추가비용이 소요되는 문제가 있다.
또한, D.C. Crawford 등은 고속로 핵연료에 발생하는 석영관 몰더 폐기물을 제거함과 동시에 금속핵연료심과 피복관 사이 화학반응(Fuel-cladding Chemical Interation, FCCI)을 억제하기 위하여 약 200 ㎛ 두께의 지르코늄 튜브에 용해 주조하여 그 결과를 보고하였으나, 원자로에서 연소 중에 지르코늄 튜브에 균열이 발생하는 문제가 있다.
특허문헌 1(대한민국 공개특허 제10-2009-0018396호)에서는 핵연료-피복관 상호 확산 반응을 억제하기 위하여 피복관 내면에 산화물 피막층이 형성된 고속로용 핵연료봉을 제안하였다. 구체적으로, 크롬 산화물, 바나듐 산화물 및 지르코늄 산화물을 사용해 산화법 및 고온산화법, 전해 산화법, 기상 증착법을 이용하여 피복관 내면에 부착시키는 개념을 제안하였다.
특허문헌 2(대한민국 공개특허 제10-2010-0114392호)에서는 핵연료-피복관 상호 확산 반응을 억제하고 핵연료 피복관의 성능 향상을 위하여 티타늄, 니켈, 크롬, 바나듐, 지르코늄 등과 같은 기능성 재료를 다층으로 증착하는 개념을 제안하였다.
특허문헌 3(대한민국 공개특허 제10-2010-0081961호)에서는 핵연료 피복관 내벽을 균일하게 도금하는 방법 및 질화처리 부가 공정을 통하여 도금층 표면에 질화층을 형성시키는 개념을 제안하였다.
특허문헌 4(일본 공개특허 제2012-237574호)에서는 고온 특성 및 발전 효율을 향상시킬 수 있는 피복관 및 이를 구비한 원자로를 제공하기 위해서, 연료를 수용가능하고, 철계 재료로 구성되는 통상의 본체부와; 상기 본체부의 내주면에 형성된 탄소계 재료로 구성되는 내층부를 구비하는 피복관 및 이를 구비한 원자로를 제공하고 있다.
라이닝 방법은 기능성 소재가 튜브 안쪽에 기계적으로 부착되어 사용자가 원하는 성능을 직관적으로 달성할 수 있으나 사용자가 원하는 기능성 소재 및 제원을 갖는 튜브를 수급하는데 제약을 가질 수 있다. 전해도금법의 경우, 타 기술 대비 적은 비용으로 목적을 달성할 수 있으나 전해도금에 사용되는 기능성 소재가 제한되는 한계를 갖는다. 증착법의 경우, 물리적 또는 화학적 방법을 이용하여 기능성 소재를 모재에 부착하는 방법으로 타 기술에 비하여 다양한 재료를 코팅할 수 있는 장점이 존재하나 튜브 내면에 균일하게 증착 분위기를 조성하기 어려운 한계를 갖는다. 종래 튜브 내면에 증착시키기 위한 방법으로 튜브 내면에 기능성 물질을 위치시킨 후 기능성 물질에 연결된 샤프트(shaft)를 이용하여 기능성 물질을 회전 및 이동시켜 레이져(laser)를 이용하여 티타늄과 같은 기능성 물질을 기화시켜 고속로 핵연료 피복관인HT9 및 경수로 핵연료 피복관인 지르칼로이-4 튜브 내면에 티타늄 질화물을 증착시키는 방법이 제안되었다. [J. Nucl. Mater., 429 (2012) p.143-148 및 J.Nucl. Mater., 451 (2014) p. 346-351]. 그러나 이의 경우, 튜브 길이가 길어질수록 샤프트(shaft)의 길이도 증가함에 따라 회전에 대한 떨림 및 진동이 증가하여 기능성 물질을 안정적으로 회전 및 이동시키기 어려운 단점을 갖는다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0018396호 대한민국 공개특허 제10-2010-0114392호 대한민국 공개특허 제10-2010-0081961호 일본 공개특허 제2012-237574호
본 발명의 목적은 플랜트의 경제성 향상을 위한 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치를 제공하는 것이다.
또한, 튜브 내면 증착에 필요한 기능성 물질을 외측의 자석을 이용하여 회전, 이동시켜 튜브 내면에 안정적으로 코팅함으로서 튜브의 내식성 및 내마모성을 증가시키는 튜브 내면 코팅 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 튜브 내면 코팅 방법은 자성 재료를 포함하는 기능성 물질을 튜브의 내측에 배치하는 단계; 상기 튜브의 외측에 자석을 배치하는 단계;및 상기 자석을 이용하여 상기 기능성 물질을 이동 또는 회전시켜, 상기 튜브의 내면에 상기 기능성 물질을 증착시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예를 따르는 튜브 내면 코팅 장치는 튜브; 상기 튜브의 내측에 배치된 자성 재료를 포함하는 기능성 물질;및 상기 튜브의 외측에 배치된 자석;을 포함한다.
본 발명의 실시 예를 따르는 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치에 따르면, 긴 길이의 튜브에 대하여 다양한 종류의 재료를 내면에 안정적으로 코팅시킬 수 있어 적은 비용으로도 튜브의 내식성 및 내열성, 내마모성과 같은 표면 개질을 달성할 수 있어서 플랜트의 경제성을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 튜브 내면 코팅 방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 튜브 내면 코팅 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예를 따르는 기능성 물질을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 기능성 물질을 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 기능성 물질을 나타낸 그림이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.  또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.  따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은, 튜브의 외측에 배치된 자석을 이용하여 기능성 물질을 회전 및 이동시켜 연속적으로 튜브의 내면을 코팅함으로써 길이가 긴 튜브에 대하여 다양한 종류의 재료를 튜브 내면에 안정적으로 코팅할 수 있는 특징이 있다.
튜브 내면 코팅 방법
이하 본 발명을 각 단계별로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 튜브 내면 코팅 방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따르는 튜브 내면 코팅 방법은 자성 재료를 포함하는 기능성 물질을 튜브의 내측에 배치하는 단계; 상기 튜브의 외측에 자석을 배치하는 단계;및 상기 자석을 이용하여 상기 기능성 물질을 이동 또는 회전시켜, 상기 튜브의 내면에 상기 기능성 물질을 증착시키는 단계;를 포함한다.
상기 튜브는 핵연료 피복관일 수 있다.
핵연료 피복관은 원자로에서 핵연료를 감싸는 부품으로 핵분열 시 발생하는 열을 효과적으로 전달함과 동시에 핵분열 시 발생하는 방사성 물질을 효과적으로 가두는 역할을 한다. 이때, 핵연료 피복관은 원자로가 가동되는 온도인 약 650 ℃ 이상에서 핵연료 물질인 금속 우라늄과 상호확산 및 반응하여 점차 두께가 얇아지고, 이에 따라 핵연료 피복관의 수명이 짧아지는 문제가 있다. 이를 방지하기 위한 다양한 수단이 연구되고 있으나, 핵연료 피복관 내면에 기능성 물질을 코팅하면 금속 우라늄과 핵연료 피복관이 상호확산 및 반응하는 것을 방지할 수 있다.
상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 레늄(Re) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 물질들은 일반적인 핵연료 피복관에서 가장 큰 비중을 차지하는 스테인리스강의 주원소인 철(Fe)보다 낮은 확산속도를 나타내며, 이로 인하여 핵연료 피복관과 우라늄 원소의 상호확산을 방지할 수 있다.
상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질의 형태는 상기 튜브와 같은 원통형일 수 있으며, 일측면은 경사진 형태일 수 있다. 또한, 상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질의 길이는 상기 자석과 동일한 길이일 수 있다.
상기 자성재료는 경질자성재료, 반경질자성재료, 연질자성재료 또는 영구자성재료 일 수 있으며 본 발명은 이를 특별히 한정하지 않는다.
상기 자성재료를 포함하는 기능성 물질은 튜브의 내측에 배치될 수 있으며, 상기 튜브의 외측에 배치된 자석과 상호간의 인력으로 인해 이동 또는 회전할 수 있다.
상기 자석은 영구자석 또는 전자석일 수 있다. 상기 자석을 이용하여 상기 기능성 물질을 이동 또는 회전시키는 것은 종래의 기능성 물질에 연결된 샤프트(shaft)를 이용하여 기능성 물질을 이동 또는 회전시키는 기술에 비해 안정적으로 이동 또는 회전이 가능한 장점이 있다.
보다 구체적으로, 튜브의 길이가 길어질수록 샤프트의 길이 또한 증가함에 따라 회전에 대한 떨림 및 진동이 증가하여 기능성 물질을 안정적으로 이동 또는 회전시키기 어려운 반면, 자석을 이용하여 기능성 물질을 이동 또는 회전시 진동을 방지할 수 있는 바 결과적으로 튜브 내면을 평활하게 코팅할 수 있다.
상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질의 형태는 튜브와 같은 원통형일 수 있으며, 일측면은 경사진 형태일 수 있는 바, 상기 튜브의 내면을 코팅시 상기 기능성 물질을 회전시켜야 상기 튜브의 내부면을 전체적으로 코팅이 가능하다.
상기 튜브의 내면에 상기 기능성 물질을 증착시키는 단계에서, 상기 기능성 물질을 증착시키는 방법으로 기상증착법을 이용하며, 보다 구체적으로 레이져, 전자빔 및 플라즈마로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 증착 분위기는 금속 물질 외에 산화물, 또는 질화물의 증착을 위하여 진공, 아르곤, 질소, 산소 및 이들의 혼합기체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종으로 수행될 수 있다.
상기 기능성 물질의 경사진 일측면에 레이져, 전자빔 또는 플라즈마로 조사하여 상기 튜브의 외측면에 코팅이 되도록 할 수 있다. 상기 기능성 물질은 상기 자석으로 인해 이동 또는 회전하는 바 상기 튜브의 일단에서 타단으로 이동하면서 상기 튜브의 내면을 고르게 코팅할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라 코팅되는 코팅층의 두께는 0.5 μm 내지 100 μm인 것이 바람직하다. 상기 코팅층의 두께가 0.5 μm 미만인 경우에는 튜브의 상호반응 현상을 충분히 억제하지 못하는 문제가 있고, 기능성 소재층의 두께가 100 μm를 초과하는 경우에는 기능성 소재층이 과도한 두께로 형성됨에 따라 튜브의 열전도도가 감소하는 문제가 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예를 따르는 기능성 물질을 나타낸 그림이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 튜브 내면 코팅 방법은, 상기 기능성 물질은 일측면에 자성 재료가 부착되어 있는 튜브 내면 코팅 방법일 수 있다.
상기 기능성 물질이 비자성 재료인 경우, 상기 튜브 외측에 배치된 자석의 움직임에 대응하기 위하여 기능성 물질에 자성 처리를 실시한다. 자성 처리의 방법으로 상기 기능성 물질의 후면에 상기 자성 재료를 부착할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 기능성 물질을 나타낸 그림이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 튜브 내면 코팅 방법은, 상기 기능성 물질은 외면에 자성 재료가 코팅되어 있는 튜브 내면 코팅 방법일 수 있다.
상기 원통형의 기능성 물질의 외면 전체에 상기 자성 재료 코팅은 증착(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 이온 플레이팅(Ion Plating)의 방법으로 수행될 수 있으며 본 발명은 이를 특별히 한정하지 않는다.
도 5는 본 발명의 실시 예를 따르는 기능성 물질을 나타낸 그림이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 튜브 내면 코팅 방법은, 상기 기능성 물질은 내측에 자성 재료가 삽입되어 있는 튜브 내면 코팅 방법일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르는 튜브 내면 코팅 방법은, 상기 튜브와 상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질 사이에 윤활 수단을 배치하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 튜브의 내부 코팅 중 발생할 수 있는 상기 기능성 물질과 상기 튜브간의 마찰에 의한 긁힘 현상을 방지하기 위하여 상기 기능성 물질과 상기 튜브 사이에 윤활 수단을 설치할 수 있다. 상기 윤활 수단은 판, 선, 입자, 또는 분말상태로 존재할 수 있으며, 이동 또는 회전하는 상기 기능성 물질과 정지한 상기 튜브 사이를 완충시키는 역할을 할 수 있다.
튜브 내면 코팅 장치
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 튜브 내면 코팅 장치(100)를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 튜브 내면 코팅 장치는, 튜브; 상기 튜브의 내측에 배치된 자성 재료를 포함하는 기능성 물질; 및 상기 튜브의 외측에 배치된 자석;을 포함한다.
상기 튜브(110)는 스테인레스강, 지르코늄 합금, 탄소강, 구리 재질일 수 있으며, 반응성이 없고 열전달 특성이 우수한 특성을 가질 수 있다.
상기 튜브의 내측에는 상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질(120)이 배치될 수 있으며, 상기 튜브(110)의 외측에 배치된 자석(130)은 상기 내측에 배치된 기능성 물질(120)을 이동 또는 회전시키기 위해 상기 튜브(110)의 외측에 배치될 수 있다.
상기 튜브(110)의 내측에 배치된 기능성 물질(120)과 상기 튜브(110)의 외측에 배치된 자석(130)은 상호 인력으로 인해 상기 기능성 물질(120)을 이동 또는 회전이 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르는 튜브 내면 코팅 장치(100)는, 상기 튜브(110)와 상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질(120) 사이에 배치된 윤활 수단;를 더 포함할 수 있다.
상기 튜브(110)의 내부 코팅 중 발생할 수 있는 상기 기능성 물질(120)과 상기 튜브(110)간의 마찰에 의한 긁힘 현상을 방지하기 위하여 상기 기능성 물질(120)과 상기 튜브(110) 사이에 윤활 수단을 설치할 수 있다. 상기 윤활 수단은 판, 선, 입자, 또는 분말상태로 존재할 수 있으며, 이동 또는 회전하는 상기 기능성 물질(120)과 정지한 상기 튜브(110) 사이를 완충시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 튜브 내면 코팅 장치
110: 튜브
120: 기능성 물질
130: 자석

Claims (10)

  1. 일 말단에 자성 재료부를 포함하고, 이와 상접하여 기능성 물질을 포함하는 타겟을 튜브의 내측에 배치하는 단계;
    상기 튜브의 외측에 상기 자성 재료부와 상호 인력을 갖는 자석을 배치하는 단계;및
    상기 자석을 이용하여 상기 기능성 물질을 포함하는 타겟을 이동 또는 회전시키면서, 상기 타겟의 기능성 물질에 대하여 레이져, 전자빔 및 플라즈마로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 조사를 수행하여, 상기 튜브의 내면에 상기 기능성 물질을 증착시키는 단계;를 포함하는 튜브 내면 코팅 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 물질은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 레늄(Re) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 튜브 내면 코팅 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 증착시키는 단계의 증착 분위기는 진공, 아르곤, 질소, 산소 및 이들의 혼합기체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종으로 수행되는 튜브 내면 코팅 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 튜브와 상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질 사이에 윤활 수단을 배치하는 단계;를 더 포함하는 튜브 내면 코팅 방법.
  9. 튜브;
    상기 튜브의 내측에 배치되고, 일 말단에 자성 재료부를 포함하고, 이와 상접하여 배치되며, 레이져, 전자빔 및 플라즈마로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종에 의하여 조사되는 기능성 물질을 포함하는 타겟; 및
    상기 튜브의 외측에 배치되고, 상기 자성 재료부와 상호 인력을 갖는 자석;을 포함하는 튜브 내면 코팅 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 튜브와 상기 자성 재료를 포함하는 기능성 물질 사이에 배치된 윤활 수단;를 더 포함하는 튜브 내면 코팅 장치.
KR1020170125507A 2017-09-27 2017-09-27 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치 KR102081818B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170125507A KR102081818B1 (ko) 2017-09-27 2017-09-27 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170125507A KR102081818B1 (ko) 2017-09-27 2017-09-27 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190036377A KR20190036377A (ko) 2019-04-04
KR102081818B1 true KR102081818B1 (ko) 2020-02-27

Family

ID=66105810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170125507A KR102081818B1 (ko) 2017-09-27 2017-09-27 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102081818B1 (ko)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6270578A (ja) * 1985-09-24 1987-04-01 Sumitomo Electric Ind Ltd パイプ内面のコ−テイング方法
JP2905589B2 (ja) * 1990-10-26 1999-06-14 浜松ホトニクス株式会社 成膜装置
KR100915602B1 (ko) 2007-08-17 2009-09-07 한국원자력연구원 피복관 내면에 산화물 피막층이 형성된 고속로용 핵연료봉 및 그 제조 방법
KR101032480B1 (ko) 2009-01-07 2011-05-03 한국수력원자력 주식회사 핵연료 피복관 내벽의 도금 방법 및 이에 의하여 제조되는 핵연료 피복관
KR101038106B1 (ko) 2009-04-15 2011-06-01 한국수력원자력 주식회사 고속로용 핵연료 피복관 상에 기능성 다층 박막을 저온에서 증착하는 방법
JP2012237574A (ja) 2011-05-10 2012-12-06 Yuji Uenohara 被覆管及び原子炉
KR102064247B1 (ko) * 2018-01-30 2020-02-11 엘에스산전 주식회사 인버터 및 이의 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190036377A (ko) 2019-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101210290B (zh) 用于高活性合金的物品
KR102134939B1 (ko) 핵연료 요소
US7582133B2 (en) Methods for reducing carbon contamination when melting highly reactive alloys
US20200075182A1 (en) Nuclear fuel rod for fast reactors including metallic fuel slug coated with protective coating layer and fabrication method thereof
CN108290387A (zh) 具有高温密封性和容灾性的多层复合燃料包壳系统
CN101507354A (zh) 使用石墨熔化容器的熔化方法
Kim et al. Oxidation-resistant coating of FeCrAl on Zr-alloy tubes using 3D printing direct energy deposition
Johnson Coatings for fast breeder reactor components
US11598008B2 (en) Methods for manufacturing nanostructured and compositionally-tailored tubes and components by low temperature, solid-state cold spray powder deposition
KR102081818B1 (ko) 튜브 내면 코팅 방법 및 튜브 내면 코팅 장치
CN107841714A (zh) 一种用于改善等离子体壁条件的实时锂化壁处理系统
Yeom et al. Recent Advances of Cold Spray Technologies in Nuclear Energy Applications
US20200063243A1 (en) Transition metal-based materials for use in high temperature and corrosive environments
CN104769148B (zh) 用于在遮掩部分的同时热化学处理部件的方法及相应掩模
KR101527804B1 (ko) 보호피막으로 코팅된 금속핵연료심을 포함하는 고속로용 핵연료봉 및 이의 제조방법
JP3913165B2 (ja) キャスク及び金属ガスケット
JP2015158260A (ja) 弁装置及び弁装置の製造方法
US20110052441A1 (en) Method and device for hot isostatic pressing of alloyed materials
KR101554641B1 (ko) 금속 코팅층이 형성된 금속핵연료심 및 이를 포함하는 고속로용 핵연료봉
US20230386689A1 (en) Nuclear fuel rod and manufacturing method
KR101539344B1 (ko) 금속핵연료심 및 피복관 사이에 형성된 금속 차단층을 포함하는 핵연료봉 및 이의 제조방법
WO2023064534A1 (en) Methods of manufacturing structures from coated metal grain materials, such as for use in nuclear reactor systems, and related structures and systems
Maskrey et al. A Torus for the Arc-testing of Materials
Pober et al. Arc plasma spraying as a manufacturing process for ceramic components
Porcayo-Calderon et al. Performance of heat-resistant silicon based coatings on plain carbon steel components in corrosive environments

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right