RU2486285C2 - Method of metal surface modification - Google Patents

Method of metal surface modification Download PDF

Info

Publication number
RU2486285C2
RU2486285C2 RU2011129236/02A RU2011129236A RU2486285C2 RU 2486285 C2 RU2486285 C2 RU 2486285C2 RU 2011129236/02 A RU2011129236/02 A RU 2011129236/02A RU 2011129236 A RU2011129236 A RU 2011129236A RU 2486285 C2 RU2486285 C2 RU 2486285C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
working gap
powder
abrasive
treatment
Prior art date
Application number
RU2011129236/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011129236A (en
Inventor
Наталия Евгеньевна Некрасова
Игорь Алексеевич Шлепов
Алексей Александрович Климов
Сергей Сергеевич Кругликов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Priority to RU2011129236/02A priority Critical patent/RU2486285C2/en
Publication of RU2011129236A publication Critical patent/RU2011129236A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2486285C2 publication Critical patent/RU2486285C2/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method includes microalloying of a surface alloy layer with the help of magnetic and abrasive treatment with a magnetic and abrasive powder with particle size from 250 to 600 mcm, with linear speed of rotation of magnetic poles from 500 to 600 m/min and working gap value between poles 2 - 10 mm with formation of a protective layer of an oxide film. The magnetic and abrasive powder is a powder, containing α-ferromagnet matrix with content of molybdenum carbide of 50 - 55% in it. Magnetic and abrasive treatment is carried out in two stages: at the first of which the magnetic field intensity in the working gap is 1-1.5 T for 1-1.5 min, and at the second stage - the magnetic field intensity is 0.2-0.4 T for 1-0.5 min.
EFFECT: increase and stabilisation of breakthrough voltage value, which will improve reliability of operation of fuel elements of a nuclear reactor.
2 ex

Description

Изобретение относится к технологии финишной обработки поверхности сплавов циркония и может найти применение в атомной промышленности, реакторостроении и металлургии.The invention relates to the technology of surface finishing of zirconium alloys and can find application in the nuclear industry, reactor engineering and metallurgy.

Известен способ финишной обработки изделий из сплавов циркония, который заключается в снятии поверхностного слоя в смесях, содержащих плавиковую кислоту [Займовский А.С., Никулина А.В., Решетников Н.Г. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. - М.: Энергоиздат, 1981. - 231 с.]. Существенным недостатком такой операции является неизбежное загрязнение поверхности фторидами, что ведет к нежелательным изменениям структуры в кристаллической решетке при облучении, из-за чего такие изделия не выдерживают испытаний в аварийных условиях.There is a method of finishing processing products from zirconium alloys, which consists in removing the surface layer in mixtures containing hydrofluoric acid [Zaimovsky AS, Nikulina AV, Reshetnikov NG Zirconium alloys in nuclear energy. - M .: Energoizdat, 1981. - 231 p.]. A significant drawback of this operation is the inevitable contamination of the surface with fluorides, which leads to undesirable structural changes in the crystal lattice during irradiation, which is why such products cannot withstand tests in emergency conditions.

Наиболее близким по технической сущности является способ модификации поверхности металлов, заключающийся в микролегировании поверхностного слоя металлов с помощью магнитно-абразивной обработки порошками, содержащими карбиды переходных металлов IV-VI групп Периодической системы, при скорости магнитно-абразивного резания не менее 500 м/мин, напряженности магнитного поля в рабочем зазоре между полюсами 0,4-0,7 Тл и величине рабочего зазора 2-5 мм [Патент РФ №2200771, МПК C23C 26/00. Способ модификации поверхности металлов. / К.Н.Никитин, В.К.Орлов, ИА.Шлепов (РФ). - №2001114427/02; заявл. 30.05.2001; опубл. 20.03.2003. - С.4]. Этот способ выбран за прототип.The closest in technical essence is a method of modifying the surface of metals, which consists in microalloying the surface layer of metals using magnetic abrasive treatment with powders containing transition metal carbides of groups IV-VI of the Periodic system, at a speed of magnetic abrasive cutting of at least 500 m / min, tension magnetic field in the working gap between the poles of 0.4-0.7 T and the size of the working gap of 2-5 mm [RF Patent No. 2200771, IPC C23C 26/00. The method of surface modification of metals. / K.N. Nikitin, V.K.Orlov, I.A.Shlepov (RF). - No. 2001114427/02; declared 05/30/2001; publ. 03/20/2003. - C.4]. This method is selected for the prototype.

Однако известно [Никитин К.Н., Балицкий В.Н., Н.Е.Некрасова. Влияние магнитно-абразивной обработки поверхности на коррозионные свойства оксидных пленок на сплаве циркония // «Современные аспекты твердотельной электрохимии». Сборник тезисов докладов. - М.: НИФХИ им. Л.Я,Карпова, октябрь-ноябрь, 2009, - с.153], что на сплаве, используемом в реакторостроении, Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe, обработанном таким способом, не формируется стабильный защитный оксидный слой, так как измерения напряжения пробоя показали, что оно колеблется в широком интервале 26-168 В. Такие защитные пленки не могут обеспечить высокую надежность эксплуатации тепловыделяющий сборок в условиях эксплуатации первого контура ядерного реактора.However, it is known [Nikitin K.N., Balitsky V.N., N.E. Nekrasova. The effect of magnetic abrasive surface treatment on the corrosion properties of oxide films on a zirconium alloy // "Modern aspects of solid-state electrochemistry." Collection of abstracts. - M .: NIFHI im. L. Ya, Karpova, October-November, 2009, p.153], that on the alloy used in reactor engineering, Zr-1% Nb-1,2% Sn-0,35% Fe treated in this way is not formed a stable protective oxide layer, since the breakdown voltage measurements showed that it fluctuates in a wide range of 26-168 V. Such protective films cannot provide high reliability for the operation of fuel assemblies in the conditions of operation of the primary circuit of a nuclear reactor.

Задачей данного изобретения является повышение и стабилизация величины напряжения пробоя, что повысит надежность эксплуатации тепловыделяющих элементов ядерного реактора, изготовленных из сплава Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe.The objective of the invention is to increase and stabilize the magnitude of the breakdown voltage, which will increase the reliability of operation of the fuel elements of a nuclear reactor made of an alloy Zr-1% Nb-1,2% Sn-0,35% Fe.

Поставленная задача решается тем, что повышение коррозионных характеристик защитного слоя оксидной пленки циркониевого сплава, характеризуемое напряжением пробоя, достигается микролегированием поверхностного слоя атомами металлов и окружающей атмосферы с помощью магнитно-абразивной обработки с размером частиц магнитно-абразивного порошка от 250 до 600 мкм, и скорости относительного перемещения детали и инструмента от 500 до 600 м/мин, и величине рабочего зазора между полюсами 2-10 мм, причем проводят магнитно-абразивную обработку сплава циркония Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe с использованием в качестве магнитно-абразивного порошка α-ферромагнитной матрицы, в которой содержится 50-55% карбида молибдена, а магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии: на первой стадии при напряженности магнитного поля в рабочем зазоре 1-1,5 Тл в течение 1-1,5 мин, и на второй стадии при напряженности магнитного поля 0,2-0,4 Тл в течение 1-0,5 мин.The problem is solved in that the increase in the corrosion characteristics of the protective layer of the zirconium alloy oxide film, characterized by the breakdown voltage, is achieved by microalloying the surface layer with metal atoms and the surrounding atmosphere using magnetically abrasive treatment with a particle size of magnetic abrasive powder from 250 to 600 microns, and speed the relative movement of the part and tool from 500 to 600 m / min, and the size of the working gap between the poles of 2-10 mm, and magnetic-abrasive processing of the qi alloy is carried out conium Zr-1% Nb-1.2% Sn-0.35% Fe using an α-ferromagnetic matrix as a magnetic abrasive powder, which contains 50-55% molybdenum carbide, and magnetic abrasive treatment is carried out in two stages : in the first stage with a magnetic field in the working gap of 1-1.5 T for 1-1.5 minutes, and in the second stage with a magnetic field of 0.2-0.4 T for 1-0.5 minutes .

Изобратание иллюстрируется следующими примерами:The invention is illustrated by the following examples:

Пример 1. Трубчатые образцы из сплава Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe обрабатывают на установке для магнитно-абразивной обработки, с помощью магнитно-абразивного порошка, содержащего α-ферромагнитную матрицу Fe+55% Mo2C с фракцией 300-600 мкм без смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), при величине рабочего зазора 2 мм и линейной скорости вращения магнитных полюсов 500 м/мин. Магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии. На первой стадии магнитную индукцию в рабочем зазоре увеличивают до 1,5 Тл и обработку проводят в течение 1 мин. На второй стадии магнитную индукцию в рабочем зазоре уменьшают до 0,4 Тл и обработку проводят в течение 0,5 мин. Поверхность образцов после магнитно-абразивной обработки в таком режиме, в отличие от обычной серебристо-матовой, выглядит слегка загорелой и более матовой.Example 1. Tubular samples of alloy Zr-1% Nb-1.2% Sn-0.35% Fe are treated in a magnetic abrasive treatment apparatus using a magnetic abrasive powder containing an α-ferromagnetic matrix Fe + 55% Mo 2 C with a fraction of 300-600 microns without cutting fluid (coolant), with a working gap of 2 mm and a linear speed of rotation of the magnetic poles of 500 m / min. Magnetic abrasive treatment is carried out in two stages. At the first stage, the magnetic induction in the working gap is increased to 1.5 T and the treatment is carried out for 1 min. In the second stage, the magnetic induction in the working gap is reduced to 0.4 T and the treatment is carried out for 0.5 min. The surface of the samples after magnetic abrasive treatment in this mode, in contrast to the usual silver-matte, looks slightly tanned and more matte.

Образующийся модифицированный слой заметно изменяет электрофизические и коррозионные свойства сплава. При коррозионных испытаниях в воде при 350°C и давлении 200 атм через 2000 час привес составляет 25,0 мг/дм2, сравнимый с привесом 27,0 мг/дм2 для образцов после обычного травления во фтористоводородной ванне и сравнимый с привесом 26,0 мг/дм2 после магнитно-абразивной обработки, проводимой в одну стадию при использовании того же магнитно-абразивного порошка.The resulting modified layer significantly changes the electrophysical and corrosion properties of the alloy. In corrosion tests in water at 350 ° C and a pressure of 200 atm after 2000 hours, the gain is 25.0 mg / dm 2 , comparable to that of 27.0 mg / dm 2 for samples after conventional etching in a fluoride bath and comparable to that of 26, 0 mg / dm 2 after magnetic abrasive treatment carried out in one stage using the same magnetic abrasive powder.

Напряжение пробоя слоя оксида после 2000 ч испытаний в автоклаве, характеризующее толщину защитного слоя оксидной пленки, для образцов после двустадийной магнитно-абразивной обработки достигает величины 210 В, что много выше напряжения пробоя 76 В для образцов после обычного травления во фтористоводородной ванне после тех же испытаний и выше чем напряжение пробоя 122 В для образцов после одностадийной магнитно-абразивной обработки после тех же испытаний.The breakdown voltage of the oxide layer after 2000 h of autoclave tests, which characterizes the thickness of the protective layer of the oxide film, reaches 210 V for samples after two-stage magnetic abrasive treatment, which is much higher than the breakdown voltage of 76 V for samples after ordinary etching in a hydrogen fluoride bath after the same tests and higher than the breakdown voltage of 122 V for samples after a single-stage magnetic abrasive treatment after the same tests.

Пример 2. Трубчатые образцы из сплава Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe обрабатывают на установке для магнитно-абразивной обработки, с помощью магнитно-абразивного порошка, содержащего α-ферромагнитную матрицу Fe+50% Mo2C с фракцией 250-500 мкм без смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). При величине рабочего зазора 10 мм и линейной скорости вращения магнитных полюсов 600 м/мин. В отличие от обычного одностадийного режима магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии. На первой стадии магнитную индукцию в рабочем зазоре увеличивают до 1 Тл и обработку проводят в течение 1,5 мин. На второй стадии магнитную индукцию в рабочем зазоре уменьшают до 0,2 Тл и обработку проводят в течение 1 мин. Поверхность образцов после магнитно-абразивной обработки в таком режиме, в отличие от обычной серебристо-матовой, выглядит слегка загорелой и более матовой.Example 2. Tubular samples of alloy Zr-1% Nb-1.2% Sn-0.35% Fe are treated in a magnetic abrasive treatment apparatus using a magnetic abrasive powder containing an α-ferromagnetic matrix Fe + 50% Mo 2 C with a fraction of 250-500 microns without cutting fluid (coolant). With a working gap of 10 mm and a linear speed of rotation of the magnetic poles of 600 m / min. In contrast to the usual single-stage mode, magnetic abrasive treatment is carried out in two stages. At the first stage, the magnetic induction in the working gap is increased to 1 T and the treatment is carried out for 1.5 minutes. In the second stage, the magnetic induction in the working gap is reduced to 0.2 T and the treatment is carried out for 1 min. The surface of the samples after magnetic abrasive treatment in this mode, in contrast to the usual silver-matte, looks slightly tanned and more matte.

Напряжение пробоя электрической емкости барьерного слоя оксида после 2000 ч испытаний в автоклаве, характеризующее толщину защитного слоя оксидной пленки, для образцов после двустадийной магнитно-абразивной обработки достигает величины 221 В, что много выше напряжения пробоя 76 В для образцов после обычного травления во фтористоводородной ванне после тех же испытаний и выше чем напряжение пробоя 168 В для образцов после одностадийной магнитно-абразивной обработки после тех же испытаний.The breakdown voltage of the electric capacity of the oxide barrier layer after 2000 h of autoclave tests, which characterizes the thickness of the protective layer of the oxide film, reaches 221 V for samples after two-stage magnetic abrasive treatment, which is much higher than the breakdown voltage of 76 V for samples after conventional etching in a hydrogen fluoride bath after the same tests and higher than the breakdown voltage of 168 V for samples after a single-stage magnetic abrasive treatment after the same tests.

Как видно из приведенных примеров, при обработке поверхности сплава Zr-1%Nb-1,2%Sn-0,35%Fe по предложенному способу напряжение пробоя оксидной пленки поле испытаний в условиях, моделирующих ядерный реактор, составляет 210-221 В, что значительно превосходит соответствующие значения, полученные при использовании известных способов, - травление в HF (53-76 В) и магнитно-абразивной обработки в одну стадию (26-168 В). Таким образом, использование предлагаемого способа позволит увеличить надежность эксплуатации тепловыделяющих сборок АЭС.As can be seen from the above examples, when treating the surface of the Zr-1% Nb-1.2% Sn-0.35% Fe alloy according to the proposed method, the breakdown voltage of the oxide film, the test field under conditions simulating a nuclear reactor, is 210-221 V, which significantly exceeds the corresponding values obtained using known methods, etching in HF (53-76 V) and magnetic abrasive treatment in one stage (26-168 V). Thus, the use of the proposed method will increase the reliability of operation of fuel assemblies of nuclear power plants.

Claims (1)

Способ модификации поверхности циркониевого сплава, включающий микролегирование поверхностного слоя сплава с помощью магнитно-абразивной обработки магнитно-абразивным порошком с размером частиц от 250 до 600 мкм, с линейной скоростью вращения магнитных полюсов от 500 до 600 м/мин и величиной рабочего зазора между полюсами 2-10 мм с образованием защитного слоя оксидной пленки, отличающийся тем, что в качестве магнитно-абразивного порошка используют порошок, содержащий α-ферромагнитную матрицу с содержанием в ней 50-55% карбида молибдена, при этом магнитно-абразивную обработку проводят в две стадии, на первой из которых напряженность магнитного поля в рабочем зазоре 1-1,5 Тл в течение 1-1,5 мин, и на второй стадии - напряженность магнитного поля 0,2-0,4 Тл в течение 1-0,5 мин. A method of modifying the surface of a zirconium alloy, including microalloying the surface layer of the alloy using magnetically abrasive treatment with magnetic abrasive powder with a particle size of 250 to 600 μm, with a linear speed of rotation of the magnetic poles of 500 to 600 m / min and a working gap between the poles of 2 -10 mm with the formation of a protective layer of an oxide film, characterized in that as a magnetic abrasive powder using a powder containing α-ferromagnetic matrix containing 50-55% of molybdenum carbide, while Magnetic abrasive treatment is carried out in two stages, at the first of which the magnetic field strength in the working gap is 1-1.5 T for 1-1.5 minutes, and at the second stage the magnetic field strength is 0.2-0.4 T within 1-0.5 minutes
RU2011129236/02A 2011-07-14 2011-07-14 Method of metal surface modification RU2486285C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011129236/02A RU2486285C2 (en) 2011-07-14 2011-07-14 Method of metal surface modification

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011129236/02A RU2486285C2 (en) 2011-07-14 2011-07-14 Method of metal surface modification

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011129236A RU2011129236A (en) 2013-01-20
RU2486285C2 true RU2486285C2 (en) 2013-06-27

Family

ID=48702512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011129236/02A RU2486285C2 (en) 2011-07-14 2011-07-14 Method of metal surface modification

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2486285C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797987C1 (en) * 2022-06-01 2023-06-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Powder for magnetic-abrasive treatment of the surface of a tubular shell of a fuel rod made of ferritic-martensitic steel and a method for modifying the surface using it

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2735231A (en) * 1953-05-22 1956-02-21 Reflectone Corp simjian
RU2153202C2 (en) * 1998-04-14 2000-07-20 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Method for treatment of zirconium-clad fuel elements
RU2200771C2 (en) * 2001-05-30 2003-03-20 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Metal surface modifying method
RU2298049C2 (en) * 2005-04-26 2007-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт реакторных материалов" Zirconium alloys treatment process

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2735231A (en) * 1953-05-22 1956-02-21 Reflectone Corp simjian
RU2153202C2 (en) * 1998-04-14 2000-07-20 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Method for treatment of zirconium-clad fuel elements
RU2200771C2 (en) * 2001-05-30 2003-03-20 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Metal surface modifying method
RU2298049C2 (en) * 2005-04-26 2007-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт реакторных материалов" Zirconium alloys treatment process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797987C1 (en) * 2022-06-01 2023-06-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Powder for magnetic-abrasive treatment of the surface of a tubular shell of a fuel rod made of ferritic-martensitic steel and a method for modifying the surface using it

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011129236A (en) 2013-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fukuda et al. Effects of Re content and fabrication process on microstructural changes and hardening in neutron irradiated tungsten
RU2373306C2 (en) Method of multistage electrolyte-plasma polishing of products made of titanium and titanium alloys
Ping et al. Effect of Sn on microstructure and electrochemical properties of Mg alloy anode materials
Zhang et al. Sulphuric acid corrosion of ultrafine-grained mild steel processed by equal-channel angular pressing
RU2552203C2 (en) Method of grinding parts made from titanium alloys
Jin et al. Microstructural evolution of P92 ferritic/martensitic steel under Ar+ ion irradiation at elevated temperature
CN111421144B (en) Water corrosion resistant refractory metal molybdenum surface treatment method
Takagawa et al. Improvement in Mechanical Properties of a Cu–2.0 mass% Ni–0.5 mass% Si–0.1 mass% Zr Alloy by Combining Both Accumulative Roll-Bonding and Cryo-Rolling with Aging
Son et al. Effect of equal-channel angular pressing on pitting corrosion of pure aluminum
Jeon et al. Effects of copper addition on the passivity and corrosion behavior of 27Cr-7Ni hyper duplex stainless steels in sulfuric acid solution
CN101845653A (en) Preparation method of micro-arc oxidation film layer under effect of magnetic field
RU2486285C2 (en) Method of metal surface modification
Mohammadi et al. High strength and high ductility of a severely deformed high-entropy alloy in the presence of hydrogen
Lim et al. Measurements of hydrogen permeation and absorption in zirconium oxide scales
Liang et al. In-situ aging treatment by preheating to obtain high-strength ZK60 Mg alloy processed by laser powder bed fusion
Chen et al. Effect of addition of Ni and Si on the microstructure and mechanical properties of Cu–Zn alloys
Filippov et al. Mössbauer spectroscopy of zirconium alloys
Kawai et al. Development of advanced materials for spallation neutron sources and radiation damage simulation based on multi-scale models
ZHANG et al. Effect of copper ion implantation on corrosion morphology and corrosion behavior of LaFe11. 6Si1. 4 alloy
JP2008075174A (en) Copper-titanium-hydrogen alloy and its manufacturing method
Chen et al. In situ creep under helium implantation of titanium–aluminium alloy
Nikitin et al. Interaction between U-Mo alloys and alloys Al-Be
Syugaev et al. The influence of the ultrafine-grained structure on passivation of copper
CN112626432B (en) Surface alloying method for improving water corrosion resistance of refractory metal molybdenum
CN115821114B (en) High-strength and high-toughness corrosion-resistant zirconium-silver binary alloy and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140715