RU133934U1

RU133934U1 - Установка исследования защитных свойств создаваемых оксидных покрытий на образцах из конструкционных сталей

Info

Publication number: RU133934U1
Application number: RU2012141015/02U
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Рачков; Владимир Степанович Харитонов; Наталья Константиновна Китаева; Сергей Михайлович Мерков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Обнинский Центр Науки и Технологий" (ООО "ОЦНТ")
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-10-27

Abstract

1. Установка для исследования защитных свойств создаваемых оксидных покрытий на образцах из конструкционных сталей, отличающаяся тем, что она содержит реакционную емкость с размещенным в ней штоком с образцами и шлюзовую камеру, при этом реакционная емкость выполнена с крышкой с фланцевым соединением для обеспечения возможности извлечения штока с образцами из реакционной емкости и возможностью размещения в ее полости стакана с жидкометаллическим расплавом, между шлюзовой камерой, предназначенной для отсадки и замены образцов, и реакционной емкостью размещен шаровой клапан, обеспечивающий перемещение штока с закрепленными на нем образцами, при этом к реакционной емкости и к шлюзовой камере подведены трубопроводы подачи и отвода инертного газа или газовой окислительной смеси.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что реакционная емкость включает средства контроля температурного режима и давления в газовой и жидкометаллических средах.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена техническими средствами приготовления и контроля реакционных газовых смесей.4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводах подвода и отвода инертного газа размещены средства контроля температурного режима и давления.5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что на трубопроводе подвода инертного газа размещен газовый коллектор с исходными газами.6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что на трубопроводе подвода инертного газа размещен увлажнитель газовых смесей.7. Установка по п.4, отличающаяся тем, что на трубопроводе подвода инертного газа размещен измеритель расхода.8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на труб

Description

Полезная модель относится к реакторостроению и может быть использована для создания на поверхности конструкционных сталей оксидных покрытий. Установка также относится к испытательной технике и может быть использована для испытаний покрытий, создаваемых на конструкционных сталях.

При создании новых реакторных установок, ориентированных на повышенные потребительские свойства, повышаются требования к используемым конструкционным сталям. Для защиты их поверхности создают специальные покрытия, которые должны удовлетворять как общим, так и специфическим требования:

- обладать высокой сопротивляемостью внешним воздействиям и устойчивостью относительно процессов, приводящих к его отслаиванию;

- обладать коррозионной стойкостью в расплавах свинца и свинца-висмута;

- быть устойчивыми к циклическим температурным воздействиям;

- обладать устойчивостью к механическому воздействию потока тяжелого теплоносителя;

- обладать свойством самозалечивания непосредственно в теплоносителе

Учитывая возросшие требования к использованию конструкционных сталей, задача создания соответствующих защитных покрытий и их тестирование становится все более актуальной.

Известна установка для термоциклических испытаний, содержащая камеру для размещения испытуемого объекта и систему подачи воздуха в камеру (Патент RU 2205388, G01N 25/58, 19.04.2001). Недостатком этой установки является отсутствие возможности исследования качества получаемых образцов в жидкометаллической среде.

Известно устройство для ввода образца в вакуумную камеру, включающее камеру с фиксатором, магнитный механизм перемещения, соединенный со штоком, выполненным с возможностью соединения с держателем образца, шлюзовую камеру (Патент RU 2389004, G01J 3/00, 11.01.2009). Недостатком является отсутствие возможности получения покрытий из газовых сред с заданными характеристиками и возможностью исследования их с качества.

Наиболее близким по технической сути к заявляемой установке является установка для исследования защитных свойств создаваемых оксидных покрытиях на образцах из конструкционных сталей (RU 2424506. G01N 25/00, 2011). Данное техническое решение принято за прототип. К недостаткам прототипа можно отнести низкое качество формируемых покрытий и высокую погрешность при определении характеристик защитных свойств покрытия.

Задачей настоящей модели является создание установки для создания оксидных покрытий на конструкционных сталях и их испытаний, лишенной указанных недостатков.

Техническим результатом является повышение качества формируемых покрытий и их испытаний.

Указанный технический результат достигается тем, что установка позволяет:

(а) осуществлять отработку непосредственно технологических процессов создания покрытий на образцах конструкционных сталей;

(б) исследовать образцы покрытий в жидкометаллическом теплоносителе в контролируемых условиях.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается установка для исследования защитных свойств создаваемых оксидных покрытий на образцах из конструкционных сталей.

Отличительной особенностью предлагаемой установки является то, что она содержит реакционную емкость с размещенным в ней штоком с образцами и шлюзовую камеру, при этом реакционная емкость выполнена с крышкой с фланцевым соединением для обеспечения возможности извлечения штока с образцами из реакционной емкости и возможностью размещения в ее полости стакана с жидкометаллическим расплавом, между шлюзовой камерой, предназначенной для отсадки и замены образцов, и реакционной емкостью размещен шаровой клапан, обеспечивающий перемещение штока с закрепленными на нем образцами, при этом к реакционной емкости и к шлюзовой камере подведены трубопроводы подачи и отвода инертного газа или газовой окислительной смеси.

Дополнительно предлагается реакционную емкость оснастить средствами контроля температурного режима и давления в газовой и жидкометаллических средах.

Дополнительно предлагается установку снабдить техническими средствами приготовления и контроля реакционных газовых смесей.

Дополнительно предлагается на трубопроводах подвода и отвода инертного газа разместить средства контроля температурного режима и давления, например, на трубопроводе подвода инертного газа разместить газовый коллектор с исходными газами и/или увлажнитель газовых смесей и/или измеритель расхода, а на трубопроводах подвода и отвода инертного газа установить датчики водорода и кислорода.

Также дополнительно предлагается на трубопроводе отвода инертного газа разместить холодильник-конденсатор и/или хроматограф.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена установка для создания покрытий на конструкционных сталях и их испытания.

Основным элементом установки является реакционная емкость 7, в которой размещаются образцы 2 конструкционных сталей. Реакционная емкость снабжена шлюзовой камерой J, предназначенной для обеспечения отсадки и замены образцов без нарушения режима работы установки. Шлюзовая камера отделена от основного объема реакционной емкости шаровым клапаном 4, обеспечивающим беспрепятственное перемещение штока 5 с закрепленными на нем образцами. К верхней части шлюзовой камеры подведены трубопроводы подачи 6 и отвода инертного газа 7 для замены воздушной атмосферы после извлечения образцов.

Реакционная емкость имеет фланцевое соединение с крышкой 8, позволяющее после окончания экспериментов по созданию покрытий в газовых окислительных смесях разместить в полости реакционной емкости стакан с жидкометаллическим расплавом (на чертеже не показан) для проведения экспериментов по определению защитных свойств сформированных покрытий.

Реакционная емкость 7 также снабжена средствами контроля температурного режима 9, давления 10 и датчиками кислорода и водорода 11, соответственно в газовой и жидкометаллических средах.

В состав установки входят технические средства приготовления, контроля, подачи реакционных газовых смесей в реакционную емкость, а также их отвода из установки. Они состоят из газового коллектора 12 с исходными газами, увлажнителя газовых смесей 13, измерителя расхода 14, газовых датчиков водорода и кислорода на входе и на выходе из реакционной емкости, холодильника-конденсатора 15, хроматографа 16, газовых часов 17.

Установка в режиме формирования защитных покрытий на образцах конструкционных сталей работает следующим образом.

Устанавливают режим продувки реакционной емкости 7 заданной реакционной смесью. Для этого устанавливают необходимый расход аргона, либо аргоноводородной смеси через увлажнитель 13 и производят разогрев воды в увлажнителе 13 до требуемой температуры. Состав смеси контролируют датчиками кислорода и водорода 11. Для проверки показаний водородных датчиков периодически используют хроматограф 16.

Производят разогрев реакционной емкости 7 до температуры исследуемого режима окисления стали. Температура контролируют подвижной термопарой, установленной в реакционной емкости. Снимают температурное распределение по высоте реакционной емкости 7 и определяют область одинаковых температурных условий.

С помощью штока 2 исследуемые образцы 5 помещают в найденную область реакционной емкости. Температурный режим образцов контролируют по термопаре, установленной в штоке, в районе расположения образцов.

Через заданное время экспозиции образцов осуществляется отсадка части образцов для дальнейших исследований. Для этого шток 5 с образцами перемещаются в верхнее положение, а шаровой клапан 4 закрывают. Верхнюю крышку 8 реакционной емкости открывают, шток 5 с образцами 2 извлекают из реакционной емкости и производят отсадку последних.

Шток 5 с оставшимися образцами 2 помешают в шлюзовую камеру 3, верхняя крышка 8 герметизируют, после чего воздушную атмосферу в камере замещают инертным газом или реакционной газовой смесью. Открывают шаровой клапан 4, и шток 5 с образцами 2 устанавливают в рабочее положение.

Исследования процессов формирования защитных покрытий проводят в температурном диапазоне 500-7500°С.

Диапазон исследуемых парциальных давлений кислорода с высокой стороны ограничивается давлением диссоциации чистого водяного пара, а с низкой стороны равновесными значениями для используемых пароводородных смесей.

Продолжительность экспозиции образцов 2 в газовых окислительных средах зависит от температуры и составляет от нескольких суток до нескольких десятков минут.

Расход окислительных газовых сред составляет 2-3 нл/ч.

В ходе проводимых испытаний исследуются три вида исходной подготовки поверхности образцов:

- в состоянии поставки (соответствующей отсутствию дополнительного воздействия на поверхность исследуемой стали);

- после обработки поверхности наждачной бумагой (дорнование);

- после ультразвуковой обработки.

Основными исследуемыми конструкционными сталями являются стали аустенитного класса ОХ18Н10Т и ЭП-302. В качестве дополнительного объекта исследований рассматривается сталь феррито-мартенситного класса ЭП-823.

Полученные на первом этапе образцы покрытий в дальнейшем подвергают металлофизическим исследованиям для определения состава, структуры, толщины и других характеристик покрытия.

Исследование защитных свойств созданных покрытий осуществляют в режиме экспозиции образцов 2 в расплаве свинца-висмута. Для этого на экспериментальной установке осуществляют размещение в реакционной емкости 7 стакана с жидкометаллическим расплавом и замену газовых датчиков на жидкометаллические.

Исследование защитных свойств покрытий осуществляют в следующем режиме работы установки.

Сначала отрабатывают режим ускоренных испытаний образцов по единой технологии.

При температуре жидкометаллического расплава 600 и 6500°С образцы в состоянии поставки экспонируют в течение заданного времени при предельном насыщении расплава кислородом с отсадкой образцов.

По результатам испытаний выбирают температуру и продолжительность ускоренных испытаний образцов с покрытиями.

В выбранных условиях проводят испытания кандидатных образцов покрытий на предмет выявления лучших защитных свойств.

Claims

1. Установка для исследования защитных свойств создаваемых оксидных покрытий на образцах из конструкционных сталей, отличающаяся тем, что она содержит реакционную емкость с размещенным в ней штоком с образцами и шлюзовую камеру, при этом реакционная емкость выполнена с крышкой с фланцевым соединением для обеспечения возможности извлечения штока с образцами из реакционной емкости и возможностью размещения в ее полости стакана с жидкометаллическим расплавом, между шлюзовой камерой, предназначенной для отсадки и замены образцов, и реакционной емкостью размещен шаровой клапан, обеспечивающий перемещение штока с закрепленными на нем образцами, при этом к реакционной емкости и к шлюзовой камере подведены трубопроводы подачи и отвода инертного газа или газовой окислительной смеси.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что реакционная емкость включает средства контроля температурного режима и давления в газовой и жидкометаллических средах.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена техническими средствами приготовления и контроля реакционных газовых смесей.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводах подвода и отвода инертного газа размещены средства контроля температурного режима и давления.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что на трубопроводе подвода инертного газа размещен газовый коллектор с исходными газами.

6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что на трубопроводе подвода инертного газа размещен увлажнитель газовых смесей.

7. Установка по п.4, отличающаяся тем, что на трубопроводе подвода инертного газа размещен измеритель расхода.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводах подвода и отвода инертного газа установлены датчики водорода и кислорода.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводе отвода инертного газа размещен холодильник-конденсатор.

10. Установка по п.1 или 9, отличающаяся тем, что на трубопроводе отвода инертного газа размещен хроматограф.