JPH06256979A - 金属または合金製部材の高温アルゴン浄化および保護層被覆 - Google Patents
金属または合金製部材の高温アルゴン浄化および保護層被覆Info
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- JPH06256979A JPH06256979A JP5323032A JP32303293A JPH06256979A JP H06256979 A JPH06256979 A JP H06256979A JP 5323032 A JP5323032 A JP 5323032A JP 32303293 A JP32303293 A JP 32303293A JP H06256979 A JPH06256979 A JP H06256979A
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- C23C—COATING 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
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- C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
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- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属または合金製部材の表面を浄化しかつ保
護するための方法。 【構成】 金属または合金製部材の表面が、汚染物の除
去を容易にする温度を有する高速の不活性ガス流によっ
て浄化される。浄化操作と同時に、最適化された温度下
で動作する１種以上のゲッタ（５８）を含む独立のルー
プ（６）中において不純物が捕獲される。これらの浄化
およびゲッタ操作に続き、高温下において部材表面と反
応する汚染物をもはや実質的に含有しなくなった不活性
ガス流を加熱することによって部材が急速に昇温され
る。その後、処理すべき部材と反応するものと予測され
る特定の保護層形成剤を理想的な温度下で不活性ガス流
中に導入すれば、部材表面上に所定の保護層が形成され
る。
護するための方法。 【構成】 金属または合金製部材の表面が、汚染物の除
去を容易にする温度を有する高速の不活性ガス流によっ
て浄化される。浄化操作と同時に、最適化された温度下
で動作する１種以上のゲッタ（５８）を含む独立のルー
プ（６）中において不純物が捕獲される。これらの浄化
およびゲッタ操作に続き、高温下において部材表面と反
応する汚染物をもはや実質的に含有しなくなった不活性
ガス流を加熱することによって部材が急速に昇温され
る。その後、処理すべき部材と反応するものと予測され
る特定の保護層形成剤を理想的な温度下で不活性ガス流
中に導入すれば、部材表面上に所定の保護層が形成され
る。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、金属または合金製部材の表面
を浄化し、次いで汚染およびそれに原因する腐食を防止
するための保護層で浄化された表面を被覆するための方
法に関するものである。更に詳しく言えば、本発明はジ
ルコニウム基合金のごとき合金から製造された燃料被覆
管、燃料チャネルおよびその他の原子炉用部材の表面を
浄化しかつ保護するための方法に関する。
を浄化し、次いで汚染およびそれに原因する腐食を防止
するための保護層で浄化された表面を被覆するための方
法に関するものである。更に詳しく言えば、本発明はジ
ルコニウム基合金のごとき合金から製造された燃料被覆
管、燃料チャネルおよびその他の原子炉用部材の表面を
浄化しかつ保護するための方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】沸騰水型原子炉の核燃料物質は、通例、
耐食性、非反応性かつ熱伝導性の燃料被覆管内に封入さ
れている。かかる燃料被覆管は２つの主たる目的のため
に役立つ。第１は、核燃料と冷却材または（減速材の存
在時には）減速材あるいはそれら両者との接触および化
学反応を防止することである。第２は、気体状のものを
含む放射性の強い核分裂生成物が核燃料から冷却材また
は減速材あるいはそれら両者中に放出されるのを防止す
ることである。かかる燃料被覆管を構成する通常の被覆
材は、ステンレス鋼、アルミニウムおよびその合金、ジ
ルコニウムおよびその合金、ニオブ、ある種のマグネシ
ウム合金などである。核燃料中におけるガス圧または温
度の上昇のために被覆管が破損した場合には、冷却材ま
たは減速材および関連系統が放射性の強い長寿命の核分
裂生成物で汚染され、そのために発電所の運転が妨げら
れることがある。
耐食性、非反応性かつ熱伝導性の燃料被覆管内に封入さ
れている。かかる燃料被覆管は２つの主たる目的のため
に役立つ。第１は、核燃料と冷却材または（減速材の存
在時には）減速材あるいはそれら両者との接触および化
学反応を防止することである。第２は、気体状のものを
含む放射性の強い核分裂生成物が核燃料から冷却材また
は減速材あるいはそれら両者中に放出されるのを防止す
ることである。かかる燃料被覆管を構成する通常の被覆
材は、ステンレス鋼、アルミニウムおよびその合金、ジ
ルコニウムおよびその合金、ニオブ、ある種のマグネシ
ウム合金などである。核燃料中におけるガス圧または温
度の上昇のために被覆管が破損した場合には、冷却材ま
たは減速材および関連系統が放射性の強い長寿命の核分
裂生成物で汚染され、そのために発電所の運転が妨げら
れることがある。
【０００３】ある種の金属および合金を被覆材として使
用する燃料要素の製造および使用に際しては、ある種の
情況下においてこれらの被覆材が反応性を示すことに原
因する問題が認められた。通常の情況下では、ジルコニ
ウムおよびその合金（たとえば、ジルカロイ−２やジル
カロイ−４）は核燃料被覆材としての使用に適する優れ
た材料である。なぜなら、それらは小さい中性子吸収断
面積を有すると共に、約７５０°Ｆより低い温度におい
ては原子炉の冷却材兼減速材として通例使用される脱イ
オン水または蒸気の存在下でも強固で延性に富む極めて
安定かつ非反応性の材料を成すからである。ジルカロイ
は少量の鉄、スズおよびその他の合金元素を含有するジ
ルコニウム合金である。特に、ジルカロイ−２は約１．
５％のスズ、０．１５％の鉄、０．１％のクロム、０．
０５％のニッケルおよび０．１％の酸素を含有している
一方、ジルカロイ−４はジルカロイ−２に類似している
が、実質的にニッケルを含有せずかつ約０．２％の鉄を
含有する点で異なっている。
用する燃料要素の製造および使用に際しては、ある種の
情況下においてこれらの被覆材が反応性を示すことに原
因する問題が認められた。通常の情況下では、ジルコニ
ウムおよびその合金（たとえば、ジルカロイ−２やジル
カロイ−４）は核燃料被覆材としての使用に適する優れ
た材料である。なぜなら、それらは小さい中性子吸収断
面積を有すると共に、約７５０°Ｆより低い温度におい
ては原子炉の冷却材兼減速材として通例使用される脱イ
オン水または蒸気の存在下でも強固で延性に富む極めて
安定かつ非反応性の材料を成すからである。ジルカロイ
は少量の鉄、スズおよびその他の合金元素を含有するジ
ルコニウム合金である。特に、ジルカロイ−２は約１．
５％のスズ、０．１５％の鉄、０．１％のクロム、０．
０５％のニッケルおよび０．１％の酸素を含有している
一方、ジルカロイ−４はジルカロイ−２に類似している
が、実質的にニッケルを含有せずかつ約０．２％の鉄を
含有する点で異なっている。
【０００４】しかるに、密封された燃料棒の内部では、
被覆管と残留水との緩徐な反応によって生成される水素
ガスが蓄積する結果、ある種の条件下では合金の局部的
な水素化が起こり、それに伴って合金の機械的性質の劣
化が生じることがある。ジルカロイ製の被覆管はまた、
あらゆる原子炉運転温度下において酸素、窒素、一酸化
炭素および二酸化炭素のごときガスによる悪影響を受け
る。これらのガスはジルカロイおよびその他の合金と反
応して腐食を生じるが、これは長い運転期間のうちには
被覆管の健全性を損なうことがある。
被覆管と残留水との緩徐な反応によって生成される水素
ガスが蓄積する結果、ある種の条件下では合金の局部的
な水素化が起こり、それに伴って合金の機械的性質の劣
化が生じることがある。ジルカロイ製の被覆管はまた、
あらゆる原子炉運転温度下において酸素、窒素、一酸化
炭素および二酸化炭素のごときガスによる悪影響を受け
る。これらのガスはジルカロイおよびその他の合金と反
応して腐食を生じるが、これは長い運転期間のうちには
被覆管の健全性を損なうことがある。
【０００５】燃料要素のジルカロイ製被覆管は、原子炉
内における照射に際し、上記のごときガスの１種以上に
暴露される。核燃料として使用される二酸化ウランなど
のごとき耐熱性の焼結セラミック組成物は、たとえば燃
料要素の製造時や（とりわけ）照射時において加熱され
ると上記のごときガスをかなりの量で放出する。これら
のガスとジルカロイとの反応は被覆管の脆化をもたら
し、そして燃料要素の健全性を危うくすることがある。
水および水蒸気が直接に反応してこのような結果をもた
らすことはないかも知れないが、高温下では水蒸気がジ
ルコニウムおよびジルコニウム合金と反応して水素を生
成し、この水素が更に局部的にジルコニウムおよびジル
コニウム合金と反応して脆化を引起こす。
内における照射に際し、上記のごときガスの１種以上に
暴露される。核燃料として使用される二酸化ウランなど
のごとき耐熱性の焼結セラミック組成物は、たとえば燃
料要素の製造時や（とりわけ）照射時において加熱され
ると上記のごときガスをかなりの量で放出する。これら
のガスとジルカロイとの反応は被覆管の脆化をもたら
し、そして燃料要素の健全性を危うくすることがある。
水および水蒸気が直接に反応してこのような結果をもた
らすことはないかも知れないが、高温下では水蒸気がジ
ルコニウムおよびジルコニウム合金と反応して水素を生
成し、この水素が更に局部的にジルコニウムおよびジル
コニウム合金と反応して脆化を引起こす。
【０００６】上記の説明からわかる通り、被覆管の製造
に際しては、周囲の雰囲気から水、水蒸気、およびジル
カロイと反応する各種のガスをできるだけ排除すること
が望ましい。また、局部的な腐食を引起こすことのある
残留汚染物（たとえば、炭化水素を基剤とする潤滑剤）
をジルカロイ製被覆管の表面から除去することも望まし
い。このことは原子炉用のその他のジルカロイ製部材
（たとえば、燃料チャネル）についても当てはまるし、
またジルコニウム基合金以外の合金から製造された部材
についても当てはまる。
に際しては、周囲の雰囲気から水、水蒸気、およびジル
カロイと反応する各種のガスをできるだけ排除すること
が望ましい。また、局部的な腐食を引起こすことのある
残留汚染物（たとえば、炭化水素を基剤とする潤滑剤）
をジルカロイ製被覆管の表面から除去することも望まし
い。このことは原子炉用のその他のジルカロイ製部材
（たとえば、燃料チャネル）についても当てはまるし、
またジルコニウム基合金以外の合金から製造された部材
についても当てはまる。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、燃料被覆管や燃料チャネルの
ごとき金属または合金製部材の表面を浄化し、次いで腐
食を防止するために汚染物を実質的に透過しない保護層
で浄化された表面を被覆するための方法に関する。本発
明に基づく浄化工程は、処理室を通って循環する高速の
不活性ガス流を使用することにより、浄化すべき部材表
面から残留汚染物（たとえば、炭化水素を基剤とする潤
滑剤）を除去するというものである。部材表面に沿って
高速で流れる不活性ガス流の力は該表面から残留物（た
とえば油膜）を持上げる。かかる残留物は気化して不活
性ガス流中に入り、そして処理室から流出する。
ごとき金属または合金製部材の表面を浄化し、次いで腐
食を防止するために汚染物を実質的に透過しない保護層
で浄化された表面を被覆するための方法に関する。本発
明に基づく浄化工程は、処理室を通って循環する高速の
不活性ガス流を使用することにより、浄化すべき部材表
面から残留汚染物（たとえば、炭化水素を基剤とする潤
滑剤）を除去するというものである。部材表面に沿って
高速で流れる不活性ガス流の力は該表面から残留物（た
とえば油膜）を持上げる。かかる残留物は気化して不活
性ガス流中に入り、そして処理室から流出する。
【０００８】気化した汚染物を含有しながら再循環する
不活性ガス流の一部分は、１種以上のゲッタを含むゲッ
タループに分流させられる。各々のゲッタは、適当なゲ
ッタ物質との反応および（または）適当なゲッタ物質に
よる吸着によって気体または蒸気状の特定の汚染物を捕
獲するように設計されている。かかるゲッタ物質は、分
流した不活性ガスから目標とする汚染物の実質的に全部
を除去するのに十分な表面積／体積比を有している。
不活性ガス流の一部分は、１種以上のゲッタを含むゲッ
タループに分流させられる。各々のゲッタは、適当なゲ
ッタ物質との反応および（または）適当なゲッタ物質に
よる吸着によって気体または蒸気状の特定の汚染物を捕
獲するように設計されている。かかるゲッタ物質は、分
流した不活性ガスから目標とする汚染物の実質的に全部
を除去するのに十分な表面積／体積比を有している。
【０００９】浄化工程は、浄化すべき表面が反応性ガス
に対して感受性を示すような温度より低い温度に主たる
不活性ガス流を維持しながら実施される。それに対して
ゲッタループは、浄化すべき表面が反応性ガスに対して
感受性を示し、従って目標とするそれぞれの汚染物の捕
獲が容易となるような温度下で運転される。ゲッタルー
プには、主たる不活性ガス流の一部分のみが分流させら
れる。分流部分の比率は、ゲッタループによって主たる
不活性ガス流から目標とする汚染物の実質的に全部を除
去するために必要な時間内において、加熱された分流部
分が部材表面を増感して汚染物と反応させる程度にまで
主たる不活性ガス流の温度を上昇させることがないよう
に選定される。
に対して感受性を示すような温度より低い温度に主たる
不活性ガス流を維持しながら実施される。それに対して
ゲッタループは、浄化すべき表面が反応性ガスに対して
感受性を示し、従って目標とするそれぞれの汚染物の捕
獲が容易となるような温度下で運転される。ゲッタルー
プには、主たる不活性ガス流の一部分のみが分流させら
れる。分流部分の比率は、ゲッタループによって主たる
不活性ガス流から目標とする汚染物の実質的に全部を除
去するために必要な時間内において、加熱された分流部
分が部材表面を増感して汚染物と反応させる程度にまで
主たる不活性ガス流の温度を上昇させることがないよう
に選定される。
【００１０】本発明の好適な実施の態様に従えば、目標
とするガス汚染物のレベルがガス汚染物測定装置によっ
て監視される。この装置が許容し得るガス純度レベルを
検出した場合には、主たる不活性ガス流はその中に保護
層形成剤を注入することによって浄化された部材表面に
一様な保護表面状態を容易に付与し得るような温度にま
で加熱される。好適な保護層形成剤としては、酸化剤
（たとえば、水蒸気またはＯ2 ）および窒化剤（たとえ
ば、Ｎ2 ）が挙げられる。
とするガス汚染物のレベルがガス汚染物測定装置によっ
て監視される。この装置が許容し得るガス純度レベルを
検出した場合には、主たる不活性ガス流はその中に保護
層形成剤を注入することによって浄化された部材表面に
一様な保護表面状態を容易に付与し得るような温度にま
で加熱される。好適な保護層形成剤としては、酸化剤
（たとえば、水蒸気またはＯ2 ）および窒化剤（たとえ
ば、Ｎ2 ）が挙げられる。
【００１１】不活性ガス流が早い速度および高い温度を
有するため、保護層形成剤は撹乱および拡散によって不
活性ガス流中に一様に分散する。たとえば、アルゴンガ
ス流中に酸化剤が注入された場合、処理すべき部材表面
はアルゴンと酸化剤との高速混合ガス中に浸されること
になる。その結果、ジルカロイ製の部材の場合には、処
理すべき部材表面上に一様な「黒色」の酸化物被膜から
成る保護層が急速に形成される。あるいはまた、不活性
ガス流中に添加された別種の保護層形成剤と部材表面と
の反応によって形成された別種の被膜（たとえば、Ｎ2
のごとき窒化剤の添加によって形成された窒化物被膜）
から成る保護層を使用することもできる。
有するため、保護層形成剤は撹乱および拡散によって不
活性ガス流中に一様に分散する。たとえば、アルゴンガ
ス流中に酸化剤が注入された場合、処理すべき部材表面
はアルゴンと酸化剤との高速混合ガス中に浸されること
になる。その結果、ジルカロイ製の部材の場合には、処
理すべき部材表面上に一様な「黒色」の酸化物被膜から
成る保護層が急速に形成される。あるいはまた、不活性
ガス流中に添加された別種の保護層形成剤と部材表面と
の反応によって形成された別種の被膜（たとえば、Ｎ2
のごとき窒化剤の添加によって形成された窒化物被膜）
から成る保護層を使用することもできる。
【００１２】本発明の方法によれば、改善された耐食性
を有する金属または合金製の部材が得られる。汚染物の
除去を容易にする温度下でアルゴンまたはその他の不活
性ガスから成る高速ガス流中に部材を配置することによ
る部材表面の浄化は、金属または合金材料の表面を化学
的に変化させることがない。かかる浄化操作と同時に、
最適化された温度下で動作する１種以上のゲッタを含む
独立のループ中において不純物が捕獲される。これらの
浄化およびゲッタ操作に続き、高温下において部材表面
と反応する汚染物を実質的に含有しなくなった不活性ガ
ス流を加熱することによって部材が急速に昇温される。
その後、処理すべき部材と反応してそれの表面上に所定
の一様な保護層を形成するものと予測し得る特定の保護
層形成剤が理想的な温度下で不活性ガス流中に注入され
る。部材表面と注入された保護層形成剤との反応が完了
したならば、こうして得られた一様な保護表面状態が通
常の環境条件への暴露によって影響を受けないような温
度にまで部材が急速に冷却される。
を有する金属または合金製の部材が得られる。汚染物の
除去を容易にする温度下でアルゴンまたはその他の不活
性ガスから成る高速ガス流中に部材を配置することによ
る部材表面の浄化は、金属または合金材料の表面を化学
的に変化させることがない。かかる浄化操作と同時に、
最適化された温度下で動作する１種以上のゲッタを含む
独立のループ中において不純物が捕獲される。これらの
浄化およびゲッタ操作に続き、高温下において部材表面
と反応する汚染物を実質的に含有しなくなった不活性ガ
ス流を加熱することによって部材が急速に昇温される。
その後、処理すべき部材と反応してそれの表面上に所定
の一様な保護層を形成するものと予測し得る特定の保護
層形成剤が理想的な温度下で不活性ガス流中に注入され
る。部材表面と注入された保護層形成剤との反応が完了
したならば、こうして得られた一様な保護表面状態が通
常の環境条件への暴露によって影響を受けないような温
度にまで部材が急速に冷却される。
【００１３】本発明の方法はジルカロイ製部材の浄化お
よび処理のために理想的に適しているが、それはその他
の合金（たとえば、アルミニウム合金、マグネシウム合
金、チタン合金、ニッケル合金およびステンレス鋼）か
ら製造された部材の浄化および処理のためにも有用であ
る。高速ガス流は優れた熱的性能および輸送性能を有す
るから、本発明方法の諸工程は迅速に実施することがで
き、従って金属または合金表面を浄化しかつ処理するた
めの現行の方法に比べて改善された生産性を有する金属
または合金製部材の処理方法が実現されるのである。
よび処理のために理想的に適しているが、それはその他
の合金（たとえば、アルミニウム合金、マグネシウム合
金、チタン合金、ニッケル合金およびステンレス鋼）か
ら製造された部材の浄化および処理のためにも有用であ
る。高速ガス流は優れた熱的性能および輸送性能を有す
るから、本発明方法の諸工程は迅速に実施することがで
き、従って金属または合金表面を浄化しかつ処理するた
めの現行の方法に比べて改善された生産性を有する金属
または合金製部材の処理方法が実現されるのである。
【００１４】以下、添付の図面を参照しながら本発明の
好適な実施の態様を詳細に説明しよう。
好適な実施の態様を詳細に説明しよう。
【００１５】
【好適な実施の態様の詳細な説明】図１に示されるごと
く、本発明の好適な実施の態様に基づく処理装置は処理
室２、流体再循環回路４およびゲッタサブシステム６か
ら成っている。処理室２は、処理すべき部材の導入およ
び取出しのために役立つ適当な出入口手段（図示せず）
を具備した気密のハウジング８から成っている。ハウジ
ング８は、流体再循環回路４の入口と連通した出口１０
および流体再循環回路４の出口と連通した入口１２を有
している。ハウジング８内には、入口１２を通して不活
性ガスがポンプ輸送される。ハウジング８内の部材の表
面が不活性ガスによって浄化された後、部材の表面から
除去された汚染物を含有する不活性ガスは出口１０を通
ってハウジング８から流出する。
く、本発明の好適な実施の態様に基づく処理装置は処理
室２、流体再循環回路４およびゲッタサブシステム６か
ら成っている。処理室２は、処理すべき部材の導入およ
び取出しのために役立つ適当な出入口手段（図示せず）
を具備した気密のハウジング８から成っている。ハウジ
ング８は、流体再循環回路４の入口と連通した出口１０
および流体再循環回路４の出口と連通した入口１２を有
している。ハウジング８内には、入口１２を通して不活
性ガスがポンプ輸送される。ハウジング８内の部材の表
面が不活性ガスによって浄化された後、部材の表面から
除去された汚染物を含有する不活性ガスは出口１０を通
ってハウジング８から流出する。
【００１６】処理室２内における不活性ガスの流れは、
ハウジング８の内部に固定状態で取付けられた剛性の導
流構造物１４によって制御される。導流構造物１４は水
平に配置された環状の上部支持体１４ａを含んでいて、
それの外周がハウジング８の壁体に溶接されることによ
り、導流構造物１４はハウジング８の内部に固定状態で
取付けられている。導流構造物１４はまた、直立状態で
配置されかつ上部支持体１４ａによって強固に支持され
た円筒形の下部導流管１４ｂおよび上部導流管１４ｃを
も含んでいる。最後に、水平に配置された環状の下部支
持体１４ｄの外周が下部導流管１４ｂの底部に溶接さ
れ、それによって強固に支持されている。上部支持体１
４ａおよび下部支持体１４ｄのそれぞれに設けられた円
形の開口内には直立状態で配置された円筒形の風洞１６
が収容されていて、この風洞１６は両支持体に溶接され
ることによって強固に支持されている。
ハウジング８の内部に固定状態で取付けられた剛性の導
流構造物１４によって制御される。導流構造物１４は水
平に配置された環状の上部支持体１４ａを含んでいて、
それの外周がハウジング８の壁体に溶接されることによ
り、導流構造物１４はハウジング８の内部に固定状態で
取付けられている。導流構造物１４はまた、直立状態で
配置されかつ上部支持体１４ａによって強固に支持され
た円筒形の下部導流管１４ｂおよび上部導流管１４ｃを
も含んでいる。最後に、水平に配置された環状の下部支
持体１４ｄの外周が下部導流管１４ｂの底部に溶接さ
れ、それによって強固に支持されている。上部支持体１
４ａおよび下部支持体１４ｄのそれぞれに設けられた円
形の開口内には直立状態で配置された円筒形の風洞１６
が収容されていて、この風洞１６は両支持体に溶接され
ることによって強固に支持されている。
【００１７】処理すべき部材が通常のジルカロイ製燃料
被覆管である場合には、風洞１６は燃料被覆管の外径よ
り大きい直径を有する円筒管である。燃料被覆管は任意
適宜の手段によって処理室２の頂部から吊下げられ、そ
れによって風洞１６の内部に同心的に配置される。自明
のことながら、風洞１６の幾何学的形状および寸法は処
理すべき部材の幾何学的形状および寸法に応じて変化す
るが、その際の目標は風洞１６内における不活性ガスの
流量をできるだけ小さくすることにある。
被覆管である場合には、風洞１６は燃料被覆管の外径よ
り大きい直径を有する円筒管である。燃料被覆管は任意
適宜の手段によって処理室２の頂部から吊下げられ、そ
れによって風洞１６の内部に同心的に配置される。自明
のことながら、風洞１６の幾何学的形状および寸法は処
理すべき部材の幾何学的形状および寸法に応じて変化す
るが、その際の目標は風洞１６内における不活性ガスの
流量をできるだけ小さくすることにある。
【００１８】入口１２を通して不活性ガスが処理室２内
に高速で導入されると、かかる不活性ガスはハウジング
８と下部導流管１４ｂとの間の環状空間１８を満たし、
そして鉛直方向に沿って下方に流れる。下部プレナム１
９内において、不活性ガスは方向を変え、そして風洞１
６の円柱状流路２０に流入する。不活性ガスは流路２０
を通って高速で流れ、そして燃料被覆管の表面を浄化す
る。本発明に基づく浄化操作を十分に達成するために
は、流路２０内における不活性ガスの速度を毎秒約１０
０フィート以上にする必要がある。
に高速で導入されると、かかる不活性ガスはハウジング
８と下部導流管１４ｂとの間の環状空間１８を満たし、
そして鉛直方向に沿って下方に流れる。下部プレナム１
９内において、不活性ガスは方向を変え、そして風洞１
６の円柱状流路２０に流入する。不活性ガスは流路２０
を通って高速で流れ、そして燃料被覆管の表面を浄化す
る。本発明に基づく浄化操作を十分に達成するために
は、流路２０内における不活性ガスの速度を毎秒約１０
０フィート以上にする必要がある。
【００１９】浄化操作に際し、不活性ガスは部材の表面
から残留物を除去し、そして流路２０から流出する。汚
染された不活性ガスは上部プレナム２１内において方向
を変え、環状空間２２内に入り、そして出口１０を通し
て処理室２から流出する。処理室２から流出した不活性
ガスは、流体再循環回路４を通って循環して再び処理室
２に戻る。かかる流体再循環回路４は、出口１０と連通
した導管２４、不活性ガスを冷却するための熱交換器２
６、導管２８、ポンプ３０、導管３２、弁３４、導管３
６、不活性ガスを加熱するためのヒータ３８、および入
口１２と連通した導管４０から成っている。熱交換器２
６は、ポンプ３０の加熱を避けるために不活性ガスを冷
却する。また、弁４２、導管４４、および不活性ガスを
冷却するための熱交換器４６から成る回路部分が弁３
４、導管３６およびヒータ３８から成る回路部分と並列
に連結されている。部材の浄化に際しては、不活性ガス
は（弁３４が閉鎖されかつ弁４２が開放された状態で）
熱交換器４２によって冷却される。他方、部材の表面上
における保護層の形成に際しては、不活性ガスは（弁３
４が開放されかつ弁４２が閉鎖された状態で）ヒータ３
８によって加熱される。
から残留物を除去し、そして流路２０から流出する。汚
染された不活性ガスは上部プレナム２１内において方向
を変え、環状空間２２内に入り、そして出口１０を通し
て処理室２から流出する。処理室２から流出した不活性
ガスは、流体再循環回路４を通って循環して再び処理室
２に戻る。かかる流体再循環回路４は、出口１０と連通
した導管２４、不活性ガスを冷却するための熱交換器２
６、導管２８、ポンプ３０、導管３２、弁３４、導管３
６、不活性ガスを加熱するためのヒータ３８、および入
口１２と連通した導管４０から成っている。熱交換器２
６は、ポンプ３０の加熱を避けるために不活性ガスを冷
却する。また、弁４２、導管４４、および不活性ガスを
冷却するための熱交換器４６から成る回路部分が弁３
４、導管３６およびヒータ３８から成る回路部分と並列
に連結されている。部材の浄化に際しては、不活性ガス
は（弁３４が閉鎖されかつ弁４２が開放された状態で）
熱交換器４２によって冷却される。他方、部材の表面上
における保護層の形成に際しては、不活性ガスは（弁３
４が開放されかつ弁４２が閉鎖された状態で）ヒータ３
８によって加熱される。
【００２０】本発明に従えば、気化した汚染物を含有す
る不活性ガス流の一部分が並列に連結された複数のゲッ
タループから成るゲッタサブシステム６に分流させられ
る。かかるゲッタサブシステム６は、流体再循環回路４
の導管３２および２８とそれぞれ連通した導管５０およ
び５２を含んでいる。各々のゲッタループは、導管５０
と連通した弁５４、ヒータ５６、および導管５２と連通
したゲッタ５８から成っている。
る不活性ガス流の一部分が並列に連結された複数のゲッ
タループから成るゲッタサブシステム６に分流させられ
る。かかるゲッタサブシステム６は、流体再循環回路４
の導管３２および２８とそれぞれ連通した導管５０およ
び５２を含んでいる。各々のゲッタループは、導管５０
と連通した弁５４、ヒータ５６、および導管５２と連通
したゲッタ５８から成っている。
【００２１】各々のゲッタ５８は、適当なゲッタ物質と
の反応および（または）適当なゲッタ物質による吸着に
よって気体もしくは蒸気状の特定の汚染物を捕獲するよ
うに設計されている。本発明に従えば通常のゲッタ物質
を使用することができるが、使用すべきゲッタ物質の種
類は不活性ガス流から除去すべき特定の汚染物に依存す
る。たとえば、ゲッタ物質はグロスマン(Grossman)等の
米国特許第４２００４６０号明細書中に記載されるごと
くにニッケル、チタンおよびジルコニウムを必須成分と
して含有する１群の合金中の任意のものから成り得る。
かかる三元合金は、該合金と不活性ガスから除去すべき
ガスとの化学反応により気体状不純物を除去することに
よって不活性ガスを浄化するためのスカベンジャとして
役立つ。
の反応および（または）適当なゲッタ物質による吸着に
よって気体もしくは蒸気状の特定の汚染物を捕獲するよ
うに設計されている。本発明に従えば通常のゲッタ物質
を使用することができるが、使用すべきゲッタ物質の種
類は不活性ガス流から除去すべき特定の汚染物に依存す
る。たとえば、ゲッタ物質はグロスマン(Grossman)等の
米国特許第４２００４６０号明細書中に記載されるごと
くにニッケル、チタンおよびジルコニウムを必須成分と
して含有する１群の合金中の任意のものから成り得る。
かかる三元合金は、該合金と不活性ガスから除去すべき
ガスとの化学反応により気体状不純物を除去することに
よって不活性ガスを浄化するためのスカベンジャとして
役立つ。
【００２２】好ましくは、ゲッタ物質は水素、その他の
反応性ガス（たとえば、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素
および窒素）並びに水素含有化合物（たとえば、炭化水
素）と反応する性質を有する必要がある。米国特許第４
２００４６０号明細書中に記載されているごとく、上記
の性質を有する１群の合金はニッケル、チタンおよびジ
ルコニウムを必須成分として含有する合金であって、と
りわけ３〜１２重量％のニッケル、３〜３０重量％のチ
タンおよび残部のジルコニウムから成る合金が挙げられ
る。これらの合金はジルコニウム基合金として分類する
ことができ、また上記の組成範囲は少なくとも約０．５
容量％のニッケル含有金属間化合物相を生成する。かか
る合金中のニッケル含有金属間化合物相の代表例はＮｉ
Ｚｒ2 およびＮｉ（０．９Ｚｒ，０．１Ｔｉ）2 であ
る。このような合金は金属外観を有しており、また金属
組織学的検査によればそれらは約１０ミクロンの平均粒
度を有する中位の結晶粒から成るものであることがわか
る。
反応性ガス（たとえば、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素
および窒素）並びに水素含有化合物（たとえば、炭化水
素）と反応する性質を有する必要がある。米国特許第４
２００４６０号明細書中に記載されているごとく、上記
の性質を有する１群の合金はニッケル、チタンおよびジ
ルコニウムを必須成分として含有する合金であって、と
りわけ３〜１２重量％のニッケル、３〜３０重量％のチ
タンおよび残部のジルコニウムから成る合金が挙げられ
る。これらの合金はジルコニウム基合金として分類する
ことができ、また上記の組成範囲は少なくとも約０．５
容量％のニッケル含有金属間化合物相を生成する。かか
る合金中のニッケル含有金属間化合物相の代表例はＮｉ
Ｚｒ2 およびＮｉ（０．９Ｚｒ，０．１Ｔｉ）2 であ
る。このような合金は金属外観を有しており、また金属
組織学的検査によればそれらは約１０ミクロンの平均粒
度を有する中位の結晶粒から成るものであることがわか
る。
【００２３】上記のごとき合金は、グロスマン(Grossma
n)等の米国特許第３８９９３９２号明細書中に開示され
たような中空の気体透過性容器内に配置された場合、
水、水蒸気、および燃料被覆管と反応する各種のガスを
効果的に捕獲する。かかる容器はたとえばステンレス鋼
から成る金網材料で作製され、そしてそれの内部に上記
の三元合金またはその他のゲッタ物質が収容されている
ことが好ましい。なお、不活性ガス流の分流部分中に含
有される気体または液体と反応させるために利用し得る
ゲッタ物質の単位体積当り表面積をできるだけ大きくす
るため、かかるゲッタ物質は粒子状であることが好まし
い。上記の金網材料は、ゲッタ物質の粒子を容器内に保
持し得るような編目の大きさを有している。
n)等の米国特許第３８９９３９２号明細書中に開示され
たような中空の気体透過性容器内に配置された場合、
水、水蒸気、および燃料被覆管と反応する各種のガスを
効果的に捕獲する。かかる容器はたとえばステンレス鋼
から成る金網材料で作製され、そしてそれの内部に上記
の三元合金またはその他のゲッタ物質が収容されている
ことが好ましい。なお、不活性ガス流の分流部分中に含
有される気体または液体と反応させるために利用し得る
ゲッタ物質の単位体積当り表面積をできるだけ大きくす
るため、かかるゲッタ物質は粒子状であることが好まし
い。上記の金網材料は、ゲッタ物質の粒子を容器内に保
持し得るような編目の大きさを有している。
【００２４】上記のごとき三元合金は、浄化操作に際し
て弁５４が開放された場合、再循環する不活性ガス流か
ら汚染物を除去するためのスカベンジャとして役立つ。
他方、保護層の形成に際しては、酸化剤または窒化剤を
含有する加熱された不活性ガス流にゲッタ物質が暴露さ
れるのを防止するために弁５４が閉鎖される。かかる暴
露を回避すべき理由は、ゲッタ物質が酸化物または窒化
物で被覆されると、それの「ゲッタ」機能が妨げられる
ことにある。
て弁５４が開放された場合、再循環する不活性ガス流か
ら汚染物を除去するためのスカベンジャとして役立つ。
他方、保護層の形成に際しては、酸化剤または窒化剤を
含有する加熱された不活性ガス流にゲッタ物質が暴露さ
れるのを防止するために弁５４が閉鎖される。かかる暴
露を回避すべき理由は、ゲッタ物質が酸化物または窒化
物で被覆されると、それの「ゲッタ」機能が妨げられる
ことにある。
【００２５】本発明の好適な実施の態様に従えば、目標
とするガス汚染物のレベルが導管２４に連通したガス汚
染物測定装置６４によって監視される。ガス汚染物測定
装置６４が許容し得るガス純度レベルを検出した場合に
は、不活性ガス流はその中に所定量の保護層形成剤を注
入することによって部材表面に一様な保護表面状態を容
易に付与し得るような温度にまで加熱される。かかる保
護層形成剤は、弁６２を通して反応体供給源６０から導
管２４中に注入される。
とするガス汚染物のレベルが導管２４に連通したガス汚
染物測定装置６４によって監視される。ガス汚染物測定
装置６４が許容し得るガス純度レベルを検出した場合に
は、不活性ガス流はその中に所定量の保護層形成剤を注
入することによって部材表面に一様な保護表面状態を容
易に付与し得るような温度にまで加熱される。かかる保
護層形成剤は、弁６２を通して反応体供給源６０から導
管２４中に注入される。
【００２６】不活性ガス流が早い速度および高い温度を
有するため、保護層形成剤は撹乱および拡散によって不
活性ガス流中に一様に分散する。かかる不活性ガス流が
処理室２内に再循環した場合、部材表面は不活性ガスと
保護層形成剤との高速混合ガス中に浸されることにな
る。その結果、処理すべき部材の表面上には一様な保護
層が急速に形成される。ジルカロイ製部材の場合、酸化
剤が注入されれば、形成される保護層は一様な「黒色」
の酸化物被膜である。
有するため、保護層形成剤は撹乱および拡散によって不
活性ガス流中に一様に分散する。かかる不活性ガス流が
処理室２内に再循環した場合、部材表面は不活性ガスと
保護層形成剤との高速混合ガス中に浸されることにな
る。その結果、処理すべき部材の表面上には一様な保護
層が急速に形成される。ジルカロイ製部材の場合、酸化
剤が注入されれば、形成される保護層は一様な「黒色」
の酸化物被膜である。
【００２７】ガス汚染物測定装置６４により、保護層形
成剤の導入時における急激なピークおよび部材表面と保
護層形成剤との反応の完了に伴う保護層形成剤の急速な
消失が監視され、そしてそれらが制御手段として使用さ
れる。保護層形成剤の消失に応答して、弁３４が閉鎖さ
れかつ弁４２が開放される。熱交換器４６が不活性ガス
流を急速に冷却することにより、部材も取出しに適した
温度にまで急速に冷却され、従ってその部材の代りに次
の部材を導入して処理することが可能となる。
成剤の導入時における急激なピークおよび部材表面と保
護層形成剤との反応の完了に伴う保護層形成剤の急速な
消失が監視され、そしてそれらが制御手段として使用さ
れる。保護層形成剤の消失に応答して、弁３４が閉鎖さ
れかつ弁４２が開放される。熱交換器４６が不活性ガス
流を急速に冷却することにより、部材も取出しに適した
温度にまで急速に冷却され、従ってその部材の代りに次
の部材を導入して処理することが可能となる。
【００２８】本発明に従えば、高速の不活性ガス流を用
いて高温下で浄化した後における金属または合金製部材
の表面上には一様な保護表面状態が得られる。かかる方
法は、ジルカロイから製造された沸騰水型原子炉用の燃
料被覆管および燃料チャネルを処理するために特に適し
ている。好適な不活性ガスはアルゴンであるが、それ以
外にも任意適宜の不活性ガスを使用することができる。
好適な保護層は、酸化剤（たとえば、水蒸気または
Ｏ2 ）との反応によって生成された酸化物である。とは
言え、それ以外にも任意適宜の保護層を使用することが
できる。たとえば、不活性ガス流中に注入された窒化剤
（たとえば、Ｎ2 ）と部材表面との反応によって生成さ
れた窒化物を使用することもできるのである。
いて高温下で浄化した後における金属または合金製部材
の表面上には一様な保護表面状態が得られる。かかる方
法は、ジルカロイから製造された沸騰水型原子炉用の燃
料被覆管および燃料チャネルを処理するために特に適し
ている。好適な不活性ガスはアルゴンであるが、それ以
外にも任意適宜の不活性ガスを使用することができる。
好適な保護層は、酸化剤（たとえば、水蒸気または
Ｏ2 ）との反応によって生成された酸化物である。とは
言え、それ以外にも任意適宜の保護層を使用することが
できる。たとえば、不活性ガス流中に注入された窒化剤
（たとえば、Ｎ2 ）と部材表面との反応によって生成さ
れた窒化物を使用することもできるのである。
【００２９】上記に記載された好適な実施の態様に様々
な変更や改変を加え得ることは、原子炉環境またはその
他の腐食性環境中において使用するための金属または合
金製部材の製造および処理に精通した当業者にとって自
明であろう。かかる変更や改変の全てが前記特許請求の
範囲内に包括されるものと解すべきである。
な変更や改変を加え得ることは、原子炉環境またはその
他の腐食性環境中において使用するための金属または合
金製部材の製造および処理に精通した当業者にとって自
明であろう。かかる変更や改変の全てが前記特許請求の
範囲内に包括されるものと解すべきである。
【図１】金属または合金製の部材に高温アルゴン浄化お
よび保護層被覆を施すための装置の略図である。
よび保護層被覆を施すための装置の略図である。
２ 処理室 ４ 流体再循環回路 ６ ゲッタサブシステム ８ ハウジング １０ 出口 １２ 入口 １４ 導流構造物 １６ 風洞 ２０ 流路 ２４ 導管 ２６ 熱交換器 ２８ 導管 ３０ ポンプ ３２ 導管 ３４ 弁 ３６ 導管 ３８ ヒータ ４０ 導管 ４２ 弁 ４４ 導管 ４６ 熱交換器 ５０ 導管 ５２ 導管 ５４ 弁 ５６ ヒータ ５８ ゲッタ ６０ 反応体供給源 ６２ 弁 ６４ ガス汚染物測定装置
Claims (10)
- 【請求項１】 (a) 入口および出口を有する流路（２
０）の内部に金属または合金製の部材を配置し、次いで
(b) 不活性ガスから成る主ガス流を前記入口から流入さ
せ、前記流路内を流し、そして前記出口から流出させる
ことによって前記部材の表面を浄化する両工程から成っ
ていて、前記主ガス流は前記流路を通って流れる際に前
記部材の表面から液体残留物を除去するのに十分な速度
を有することを特徴とする、金属または合金製部材の表
面の処理方法。 - 【請求項２】 前記流路内における前記主ガス流の速度
が毎秒約１００フィート以上である請求項１記載の処理
方法。 - 【請求項３】 前記部材の表面が所定の限界温度より高
い温度下では反応性ガスを容易に捕獲し得るが、前記所
定の限界温度より低い温度下では反応性ガスを捕獲せ
ず、前記浄化工程に際し、前記流路に流入する前記主ガ
ス流の温度が前記所定の限界温度より低く維持される結
果として浄化すべき表面が前記主ガス流中の反応性ガス
を捕獲しない請求項１記載の処理方法。 - 【請求項４】 前記流路の前記出口から流出する前記主
ガス流が前記流路の前記入口に再循環させられると共
に、再循環する前記主ガス流の一部分がゲッタ物質を充
填した流通型ハウジング（５８）を含むゲッタループ
（６）に分流させられ、かつ前記ゲッタ物質としては前
記反応性ガスを捕獲して前記主ガス流の分流部分からそ
れを除去し得るものが選定される請求項３記載の処理方
法。 - 【請求項５】 前記流通型ハウジング内に流入する前
に、前記主ガス流の分流部分が前記ゲッタループ中にお
いて前記ゲッタ物質により前記反応性ガスを捕獲するの
に十分な温度にまで加熱される請求項４記載の処理方
法。 - 【請求項６】 再循環する前記主ガス流中における前記
反応性ガスのレベルを監視し、前記主ガス流に関して所
定の純度レベルが検出された場合には前記部材の表面が
保護層形成ガスと容易に反応するような温度にまで前記
主ガス流を加熱し、そして前記部材の表面上に一様な保
護層を形成するのに十分な量の前記保護層形成ガスを再
循環する前記主ガス流中に注入する諸工程が追加包含さ
れる請求項４記載の処理方法。 - 【請求項７】 表面が反応性ガスを容易に捕獲し得るよ
うな温度下において前記表面が前記反応性ガスを捕獲す
るのを防止するために役立つ保護層によって被覆された
表面を有する金属または合金製の部材において、前記保
護層が請求項６記載の処理方法によって形成されること
を特徴とする部材。 - 【請求項８】 請求項４記載の処理方法に従って金属ま
たは合金製部材の表面を処理するための装置において、
(a) 入口（１２）、出口（１０）、並びに前記入口およ
び前記出口と連通した状態で取付けられた風洞手段（１
６）を有する気密の処理室（８）、(b) 前記入口および
前記出口と連通した再循環手段（４）、(c) 前記再循環
手段を通して流体を再循環させる際に前記風洞手段内に
前記流体の高速の流れを生み出すのに十分な力をもって
前記再循環手段に前記流体を推進するためのポンプ手段
（３０）、(d) 通過する流体から汚染物を除去するため
のゲッタ手段（５８）、(e) 再循環する前記流体の一部
分を前記ゲッタ手段に分流させるための手段（５０）、
並びに(f) 前記流体の分流部分を前記ゲッタ手段から前
記再循環手段に戻すための手段（５２）の諸要素から成
る結果、再循環する前記流体中に含まれる前記汚染物の
量が前記ゲッタ手段によって低減されることを特徴とす
る装置。 - 【請求項９】 前記ゲッタ手段を通って流れる前に前記
流体の分流部分を加熱するための手段（５６）、弁手段
（６２）および保護層形成ガス供給源（６０）が追加包
含されていて、前記保護層形成ガス供給源は前記弁手段
の操作によって前記再循環手段と選択的に連通するよう
に配置されている請求項８記載の装置。 - 【請求項１０】 再循環する前記流体中における特定の
ガス成分のレベルを測定するための手段（６４）が前記
再循環手段と連通した状態で追加包含される請求項９記
載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/997,054 US5366563A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Hot argon cleaning and protective coating of components made of metal or alloy |
| US997054 | 1992-12-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06256979A true JPH06256979A (ja) | 1994-09-13 |
Family
ID=25543606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5323032A Withdrawn JPH06256979A (ja) | 1992-12-28 | 1993-12-22 | 金属または合金製部材の高温アルゴン浄化および保護層被覆 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5366563A (ja) |
| JP (1) | JPH06256979A (ja) |
| ES (1) | ES2108599A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE507179C2 (sv) | 1995-12-01 | 1998-04-20 | Asea Brown Boveri | Sätt och anordning för gasrening vid varmisostatisk pressning |
| US5898994A (en) * | 1996-06-17 | 1999-05-04 | General Electric Company | Method for repairing a nickel base superalloy article |
| SE509760C2 (sv) | 1997-05-16 | 1999-03-08 | Asea Brown Boveri | Anordning vid ett tryckkärl för varmisostatisk pressning |
| SE509518C2 (sv) * | 1997-06-13 | 1999-02-08 | Asea Brown Boveri | Anordning för varmisostatisk pressning |
| WO2006027690A2 (fr) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Carlo Devittori | Dispositif et procede pour la separation et/ou la mesure des residus sur les surfaces des produits de la mecanique |
| RU2533402C2 (ru) * | 2012-12-17 | 2014-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Способ пассивации стальной поверхности |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA555952A (en) * | 1958-04-15 | R. Ogden Horace | Method of bright-hardening titanium and zirconium | |
| CA713159A (en) * | 1960-08-01 | 1965-07-06 | Kobe Steel Works | Surface hardening of metal body consisting of or containing titanium or zirconium |
| GB992677A (en) * | 1961-11-06 | 1965-05-19 | Berghaus Elektrophysik Anst | Method of increasing the efficiency of nuclear reactors |
| US3601900A (en) * | 1969-03-27 | 1971-08-31 | Fmc Corp | Method and apparatus for drying metal scrap |
| US3593495A (en) * | 1969-06-19 | 1971-07-20 | Vacuum Atmospheres Corp | A method for gas purification from a system retort |
| US4200460A (en) * | 1970-09-22 | 1980-04-29 | General Electric Company | Alloys for gettering moisture and reactive gases |
| BE792373A (fr) * | 1971-12-08 | 1973-03-30 | Gen Electric | Cartouche de combustible nucleaire |
| US4191598A (en) * | 1978-08-21 | 1980-03-04 | Midland-Ross Corporation | Jet recirculation method for vacuum carburizing |
| IT1110271B (it) * | 1979-02-05 | 1985-12-23 | Getters Spa | Lega ternaria getterante non evaporabile e metodo di suo impiego per l'assorbimento di acqua,vapore d'acqua,di altri gas |
| US4989433A (en) * | 1989-02-28 | 1991-02-05 | Harmon John L | Method and means for metal sizing employing thermal expansion and contraction |
| DE68910825T2 (de) * | 1989-09-15 | 1994-05-19 | Ibm | Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von Gegenständen. |
| JPH03267358A (ja) * | 1990-03-19 | 1991-11-28 | Mitsubishi Electric Corp | 金型の表面処理方法 |
-
1992
- 1992-12-28 US US07/997,054 patent/US5366563A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-12-22 JP JP5323032A patent/JPH06256979A/ja not_active Withdrawn
- 1993-12-28 ES ES09302698A patent/ES2108599A1/es not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5366563A (en) | 1994-11-22 |
| ES2108599A1 (es) | 1997-12-16 |
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