核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层及其制备方法
专利名称:核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及核控制棒驱动装置的加工领域，具体是一种核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，以及该表面防腐涂层的制备方法。
背景技术：
核反应堆控制方面是核电的重要核心技术之一，如果反应堆在运行时发生事故或出现某种紧急情况，则可利用控制系统迅速将控制棒插入反应堆中，约在2秒内就可以将反应堆关闭，确保反应堆的安全可靠。因此，核控制棒驱动装置(Control Rod Drive Mechanism，简称CRDM)在整个系统中起着非常重要的作用。控制棒驱动装置中的线圈室一旦安装完成后，将在湿度较大的空气中，服役长达30年左右之久，线圈室的基体材料为铸铁材料，在大气中很容易氧化，在其表面产生一层氧化物，发生锈蚀现象，该现象会影响控制棒驱动装置线圈的正常工作，更严重的是影响控制棒驱动装置整个系统的运行，这种现象在核电领域是决不允许出现的情况。因而，需要在线圈室表面制备一层防腐涂层，以防线圈室在长期工作中产生锈蚀现象，影响核控制棒驱动装置的有效运行。
目前，国外控制棒驱动装置制造商为了防止线圈室在长期工作中产生锈蚀现象， 采取的是在控制棒驱动装置线圈室表面制备一层锌涂层，以此为线圈室表面提供极好的阴极保护，即使在极其苛刻的腐蚀环境下，防腐涂层局部破损，锌涂层仍能具有长期牺牲其本身而对线圈室基体形成保护之效果，可有效防止线圈室产生锈蚀现象。然而，为了实现利益最大化以及对国家发展战略方面的考虑，国外制造商将该技术列为其核心的、且不可转让的技术。国内的核控制棒驱动装置制造商不得不花费高昂的价格从国外进口产品，这不仅制约了国内核控制棒驱动装置制造商的正常发展，更为严重的是关乎国家综合发展命脉的核电事业受制于人。
为打破技术垄断，形成自主知识产权，实现核控制棒驱动装置热喷涂涂层国产化， 进行核控制棒驱动装置线圈室喷涂锌防腐涂层国产化的研发意义重大。
发明内容
本发明的目的在于针对我国在核控制棒驱动装置线圈室防腐技术方面的空白， 打破国外控制棒驱动装置制造商的技术封锁及垄断，自主研发一种抗氧化性能好、线圈室不易产生锈蚀、能有效延长线圈室使用寿命的核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，以及该表面防腐涂层的制备方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案实现。
—种核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，所述表面防腐涂层是Si涂层，采用丝材火焰喷涂方法制得。
所述表面防腐涂层位于线圈室所有表面，所述所有表面包括外表面、内表面和内表面上小孔表面。
所述表面防腐涂层的厚度为0. 05 0. 13mm。[0010]优选的，所述表面防腐涂层的厚度为0. 09 0. 10mm。
一种上述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，包括下列顺序步骤
(1).使用清洗液清洁待喷涂的线圈室表面，并吹干；
(2).对待喷涂表面做喷砂预处理，去除表面钝化层，并净化表面，增加待喷涂表面的粗糙度；
(3).在大气环境下，使用送丝控制装置稳定输送ai丝，使用以丙烷和氧气为燃气的丝材火焰喷枪喷涂&丝，在线圈室表面沉积ai涂层。
步骤(3)中的喷涂具体参数是氧气压力为40 60PSI，氧气流量为60 85NLPM， 丙烷压力为30 50PSI，丙烷流量为6 20NLPM，压缩空气压力为60 80PSI，压缩空气流量为580 680NLPM，送丝速度为1. 5 4. Om/min，喷涂距离为100 180mm。
步骤(3)中的喷枪喷嘴内径为Φ3. 175 mm。
步骤(3)中的Si丝规格为Φ3. 17 mm，Si丝成分要求是标称Si为99. 995%， Pb、Cd、Fe、Sn、Cu和Al杂质元素之和< 0. 005% ；并且单个杂质元素的含量要求是 Pb 彡 0. 003%、Cd 彡 0. 003%、Fe 彡 0. 002%、Sn 彡 0. 001%、Cu 彡 0. 001%、Al 彡 0. 001%。
步骤(1)中的清洗液采用以3:1比例混合的丙酮和无水乙醇清洗液，使用超声波进行清洁处理。
步骤(1)中的吹干是以经过过滤器过滤和加热器加热的温度为20 50°C的干净、
干燥压缩空气吹干。
步骤(2)中的喷砂采用混合白刚玉，所述混合白刚玉是由M #白刚玉、46#白刚玉和60#白刚玉以6 3 1的比例混合而成。
步骤(2)中的喷砂具体参数是喷砂压力为0.3 0.6MPa，喷砂角度为15 75°， 喷砂距离为100 150mm。
本发明产生的有益效果是
本发明通过在核控制棒驱动装置的线圈室表面喷涂ai丝材形成防腐涂层，该防腐涂层对线圈室能起到长效防腐的保护作用，防止线圈室因氧化而产生锈蚀现象，延长了该部件的使用寿命，有效保证了控制棒驱动装置系统的稳定和正常运行；
本发明的制备方法采用以丙烷和氧气为燃气的丝材火焰喷涂工艺，将ai防腐涂层成功应用到控制棒驱动装置的线圈室上，该方法在喷涂过程中线圈室的温度低于150°C，喷涂后无需后续热处理，线圈室不会变形；并且该ai防腐涂层表面无肉眼可见缺陷，没有裂纹、 起泡、结块或无涂层等有害缺陷，涂层表面颜色一致，涂层厚度均勻，涂层致密，孔隙率低， 涂层的附着力良好，经检测无涂层剥落情况。此外，在线圈室上制备ai防腐涂层也有效降低了生产控制棒驱动装置线圈室的成本，可保证线圈室长期稳定服役，保证核控制棒驱动装置稳定运行，经济效果显著。
本发明所制得的核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层性能优异，涂层表面外观、涂层厚度、涂层附着力均达到标准要求，详见表1。
表1核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的性能表
权利要求
1.一种核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，其特征在于，所述表面防腐涂层是ai 涂层，采用丝材火焰喷涂方法制得。
2.根据权利要求
1所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，其特征在于，所述表面防腐涂层位于线圈室所有表面，所述所有表面包括外表面、内表面和内表面上小孔表面。
3.根据权利要求
1或2所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，其特征在于，所述表面防腐涂层的厚度为0. 05 0. 13mm。
4.根据权利要求
3所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，其特征在于，所述表面防腐涂层的厚度为0. 09 0. 10mm。
5.一种权利要求
1所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，包括下列顺序步骤(1).使用清洗液清洁待喷涂的线圈室表面，并吹干；(2).对待喷涂表面做喷砂预处理，去除表面钝化层，并净化表面，增加待喷涂表面的粗糙度；(3).在大气环境下，使用送丝控制装置稳定输送ai丝，使用以丙烷和氧气为燃气的丝材火焰喷枪喷涂ai丝，在线圈室表面沉积ai涂层。
6.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的喷涂具体参数是氧气压力为40 60PSI，氧气流量为60 85NLPM，丙烷压力为30 50PSI，丙烷流量为6 20NLPM，压缩空气压力为60 80PSI，压缩空气流量为 580 680NLPM，送丝速度为1. 5 4. Om/min，喷涂距离为100 180mm。
7.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的喷枪喷嘴内径为Φ3. 175 mm。
8.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的Si丝规格为Φ3. 17 mm, Zn丝成分要求是标称Si为99. 995%，Pb、Cd、 Fe、Sn、Cu和Al杂质元素之和< 0. 005% ；并且单个杂质元素的含量要求是Pb ( 0. 003%、 Cd 彡 0. 003%、Fe 彡 0. 002%、Sn 彡 0. 001%、Cu 彡 0. 001%、Al 彡 0. 001%。
9.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的清洗液采用以3:1比例混合的丙酮和无水乙醇清洗液，使用超声波进行清洁处理。
10.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的吹干是以经过过滤器过滤和加热器加热的温度为20 50°C的干净、干燥压缩空气吹干。
11.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的喷砂采用混合白刚玉，所述混合白刚玉是由M #白刚玉、46#白刚玉和 60#白刚玉以6:3:1的比例混合而成。
12.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的喷砂具体参数是喷砂压力为0. 3 0. 6MPa，喷砂角度为15 75°，喷砂距离为100 150mm。
专利摘要
一种核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层及其制备方法，表面防腐涂层是Zn涂层，位于线圈室所有表面，厚度为0.05～0.13mm，采用丝材火焰喷涂方法制得。制备方法包括(1).使用清洗液清洁待喷涂的线圈室表面，并吹干；(2).对待喷涂表面做喷砂预处理，去除表面钝化层，并净化表面，增加待喷涂表面的粗糙度；(3).在大气环境下，使用送丝控制装置稳定输送Zn丝，使用以丙烷和氧气为燃气的火焰喷枪喷涂Zn丝，在线圈室表面沉积Zn涂层。它通过在核控制棒驱动装置线圈室表面喷涂Zn丝材形成防腐涂层，对线圈室能起到长效防腐的保护作用，防止线圈室因氧化而产生锈蚀现象，延长了该部件的使用寿命，有效保证了核控制棒驱动装置系统正常运行。
文档编号G21C7/12GKCN102436855SQ201110297283
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月29日
发明者何明义, 冯文, 向旭东, 张伟刚, 曹晓英, 李定骏, 李正超, 王伟, 胡维成 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
技术领域：
本发明涉及核控制棒驱动装置的加工领域，具体是一种核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，以及该表面防腐涂层的制备方法。
背景技术：
核反应堆控制方面是核电的重要核心技术之一，如果反应堆在运行时发生事故或出现某种紧急情况，则可利用控制系统迅速将控制棒插入反应堆中，约在2秒内就可以将反应堆关闭，确保反应堆的安全可靠。因此，核控制棒驱动装置(Control Rod Drive Mechanism，简称CRDM)在整个系统中起着非常重要的作用。控制棒驱动装置中的线圈室一旦安装完成后，将在湿度较大的空气中，服役长达30年左右之久，线圈室的基体材料为铸铁材料，在大气中很容易氧化，在其表面产生一层氧化物，发生锈蚀现象，该现象会影响控制棒驱动装置线圈的正常工作，更严重的是影响控制棒驱动装置整个系统的运行，这种现象在核电领域是决不允许出现的情况。因而，需要在线圈室表面制备一层防腐涂层，以防线圈室在长期工作中产生锈蚀现象，影响核控制棒驱动装置的有效运行。
目前，国外控制棒驱动装置制造商为了防止线圈室在长期工作中产生锈蚀现象， 采取的是在控制棒驱动装置线圈室表面制备一层锌涂层，以此为线圈室表面提供极好的阴极保护，即使在极其苛刻的腐蚀环境下，防腐涂层局部破损，锌涂层仍能具有长期牺牲其本身而对线圈室基体形成保护之效果，可有效防止线圈室产生锈蚀现象。然而，为了实现利益最大化以及对国家发展战略方面的考虑，国外制造商将该技术列为其核心的、且不可转让的技术。国内的核控制棒驱动装置制造商不得不花费高昂的价格从国外进口产品，这不仅制约了国内核控制棒驱动装置制造商的正常发展，更为严重的是关乎国家综合发展命脉的核电事业受制于人。
为打破技术垄断，形成自主知识产权，实现核控制棒驱动装置热喷涂涂层国产化， 进行核控制棒驱动装置线圈室喷涂锌防腐涂层国产化的研发意义重大。
发明内容
本发明的目的在于针对我国在核控制棒驱动装置线圈室防腐技术方面的空白， 打破国外控制棒驱动装置制造商的技术封锁及垄断，自主研发一种抗氧化性能好、线圈室不易产生锈蚀、能有效延长线圈室使用寿命的核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，以及该表面防腐涂层的制备方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案实现。
—种核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，所述表面防腐涂层是Si涂层，采用丝材火焰喷涂方法制得。
所述表面防腐涂层位于线圈室所有表面，所述所有表面包括外表面、内表面和内表面上小孔表面。
所述表面防腐涂层的厚度为0. 05 0. 13mm。[0010]优选的，所述表面防腐涂层的厚度为0. 09 0. 10mm。
一种上述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，包括下列顺序步骤
(1).使用清洗液清洁待喷涂的线圈室表面，并吹干；
(2).对待喷涂表面做喷砂预处理，去除表面钝化层，并净化表面，增加待喷涂表面的粗糙度；
(3).在大气环境下，使用送丝控制装置稳定输送ai丝，使用以丙烷和氧气为燃气的丝材火焰喷枪喷涂&丝，在线圈室表面沉积ai涂层。
步骤(3)中的喷涂具体参数是氧气压力为40 60PSI，氧气流量为60 85NLPM， 丙烷压力为30 50PSI，丙烷流量为6 20NLPM，压缩空气压力为60 80PSI，压缩空气流量为580 680NLPM，送丝速度为1. 5 4. Om/min，喷涂距离为100 180mm。
步骤(3)中的喷枪喷嘴内径为Φ3. 175 mm。
步骤(3)中的Si丝规格为Φ3. 17 mm，Si丝成分要求是标称Si为99. 995%， Pb、Cd、Fe、Sn、Cu和Al杂质元素之和< 0. 005% ；并且单个杂质元素的含量要求是 Pb 彡 0. 003%、Cd 彡 0. 003%、Fe 彡 0. 002%、Sn 彡 0. 001%、Cu 彡 0. 001%、Al 彡 0. 001%。
步骤(1)中的清洗液采用以3:1比例混合的丙酮和无水乙醇清洗液，使用超声波进行清洁处理。
步骤(1)中的吹干是以经过过滤器过滤和加热器加热的温度为20 50°C的干净、
干燥压缩空气吹干。
步骤(2)中的喷砂采用混合白刚玉，所述混合白刚玉是由M #白刚玉、46#白刚玉和60#白刚玉以6 3 1的比例混合而成。
步骤(2)中的喷砂具体参数是喷砂压力为0.3 0.6MPa，喷砂角度为15 75°， 喷砂距离为100 150mm。
本发明产生的有益效果是
本发明通过在核控制棒驱动装置的线圈室表面喷涂ai丝材形成防腐涂层，该防腐涂层对线圈室能起到长效防腐的保护作用，防止线圈室因氧化而产生锈蚀现象，延长了该部件的使用寿命，有效保证了控制棒驱动装置系统的稳定和正常运行；
本发明的制备方法采用以丙烷和氧气为燃气的丝材火焰喷涂工艺，将ai防腐涂层成功应用到控制棒驱动装置的线圈室上，该方法在喷涂过程中线圈室的温度低于150°C，喷涂后无需后续热处理，线圈室不会变形；并且该ai防腐涂层表面无肉眼可见缺陷，没有裂纹、 起泡、结块或无涂层等有害缺陷，涂层表面颜色一致，涂层厚度均勻，涂层致密，孔隙率低， 涂层的附着力良好，经检测无涂层剥落情况。此外，在线圈室上制备ai防腐涂层也有效降低了生产控制棒驱动装置线圈室的成本，可保证线圈室长期稳定服役，保证核控制棒驱动装置稳定运行，经济效果显著。
本发明所制得的核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层性能优异，涂层表面外观、涂层厚度、涂层附着力均达到标准要求，详见表1。
表1核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的性能表
权利要求
1.一种核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，其特征在于，所述表面防腐涂层是ai 涂层，采用丝材火焰喷涂方法制得。
2.根据权利要求
1所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，其特征在于，所述表面防腐涂层位于线圈室所有表面，所述所有表面包括外表面、内表面和内表面上小孔表面。
3.根据权利要求
1或2所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，其特征在于，所述表面防腐涂层的厚度为0. 05 0. 13mm。
4.根据权利要求
3所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层，其特征在于，所述表面防腐涂层的厚度为0. 09 0. 10mm。
5.一种权利要求
1所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，包括下列顺序步骤(1).使用清洗液清洁待喷涂的线圈室表面，并吹干；(2).对待喷涂表面做喷砂预处理，去除表面钝化层，并净化表面，增加待喷涂表面的粗糙度；(3).在大气环境下，使用送丝控制装置稳定输送ai丝，使用以丙烷和氧气为燃气的丝材火焰喷枪喷涂ai丝，在线圈室表面沉积ai涂层。
6.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的喷涂具体参数是氧气压力为40 60PSI，氧气流量为60 85NLPM，丙烷压力为30 50PSI，丙烷流量为6 20NLPM，压缩空气压力为60 80PSI，压缩空气流量为 580 680NLPM，送丝速度为1. 5 4. Om/min，喷涂距离为100 180mm。
7.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的喷枪喷嘴内径为Φ3. 175 mm。
8.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的Si丝规格为Φ3. 17 mm, Zn丝成分要求是标称Si为99. 995%，Pb、Cd、 Fe、Sn、Cu和Al杂质元素之和< 0. 005% ；并且单个杂质元素的含量要求是Pb ( 0. 003%、 Cd 彡 0. 003%、Fe 彡 0. 002%、Sn 彡 0. 001%、Cu 彡 0. 001%、Al 彡 0. 001%。
9.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的清洗液采用以3:1比例混合的丙酮和无水乙醇清洗液，使用超声波进行清洁处理。
10.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的吹干是以经过过滤器过滤和加热器加热的温度为20 50°C的干净、干燥压缩空气吹干。
11.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的喷砂采用混合白刚玉，所述混合白刚玉是由M #白刚玉、46#白刚玉和 60#白刚玉以6:3:1的比例混合而成。
12.根据权利要求
5所述核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的喷砂具体参数是喷砂压力为0. 3 0. 6MPa，喷砂角度为15 75°，喷砂距离为100 150mm。
专利摘要
一种核控制棒驱动装置线圈室表面防腐涂层及其制备方法，表面防腐涂层是Zn涂层，位于线圈室所有表面，厚度为0.05～0.13mm，采用丝材火焰喷涂方法制得。制备方法包括(1).使用清洗液清洁待喷涂的线圈室表面，并吹干；(2).对待喷涂表面做喷砂预处理，去除表面钝化层，并净化表面，增加待喷涂表面的粗糙度；(3).在大气环境下，使用送丝控制装置稳定输送Zn丝，使用以丙烷和氧气为燃气的火焰喷枪喷涂Zn丝，在线圈室表面沉积Zn涂层。它通过在核控制棒驱动装置线圈室表面喷涂Zn丝材形成防腐涂层，对线圈室能起到长效防腐的保护作用，防止线圈室因氧化而产生锈蚀现象，延长了该部件的使用寿命，有效保证了核控制棒驱动装置系统正常运行。
文档编号G21C7/12GKCN102436855SQ201110297283
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月29日
发明者何明义, 冯文, 向旭东, 张伟刚, 曹晓英, 李定骏, 李正超, 王伟, 胡维成 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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