ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Применение металлизации для решения двух важных проблем в области атомной техники. А. Фоссй из "Получение покрытий высокотемпературным распылением " Для повышения к. п. д. твэла полезно изменить естественное распределение теплового потока между обеими оболочками введением теплового сопротивления между урановым сердечником и внутренней стенкой оболочки. Из нескольких рассмотренных способов решения этой задачи было выбрано нанесение газопламенным способом керамического покрытия (окиси алюминия, двуокиси циркония) на внутреннюю поверхность трубчатого сердечника из урана. [c.60] Исследования проводились в период с 1965 по 1967 г. и преследовали две цели разработку технологии нансссння покрытий и изучение эффективности теплоизоляции. Работа по напылению покрытий проводилась с повышенными предосторожностями по следующим прнчинал . [c.60] Требуемые допуски по толщине напыленного слоя были обеспечены автоматизацией всех процессов, связанных с перемещением горелки, подачей напыляемых материалов, вращением урановой трубы и т. д. Перекрестные проходы проводились перестановкой трубы с поворотом на 180°. Особую положительную роль при обеспечении равномерности сыграло применение гибкого шнура с начинкой из окиси алюминия неограниченной длины взамен относительно коротких прутков. Использование гибкого шнура полностью исключило остановки при напылении, неизбежные при замене прутков. Толщина покрытия измерялась сравнением профило-грамм внутренней поверхности трубы с учетом толщины стенки, полученных до и после напыления. Был опробован также метод регистрации обратного рассеяния р-излучения. Несмотря на положительные лабораторные результаты, промышленного применения этот метод не получил. [c.62] Для изучения поведения напыленных покрытий в условиях, приближенных к реальным, образцы — имитаторы твэлов — подвергались термоциклической обработке по следующему режиму давление в -камере 25— 40 бар, продувка СОг с температурой 450 и 50° С попеременно, общая длительность испытаний 20 мин, суммарное число циклов 200. Это вполне соответствовало условиям будущей эксплуатации. Все напыленные элементы выдержали подобное испытание. При удалении оболочки напыленный слой был более прочно соединен с магниевым сплавом, чем с урановым сердечником. [c.65] Теплоизолирующие свойства напыленных на уран окиси алюминия и окиси циркония исследовались на приборах для измерения контактного термического сопротивления. Принцип измерения основан на определении поля температур в наборе деталей, пронизываемых постоянным тепловым потоком. Устройство для измерения содержит источник тепла — электронаггева-тельный элемент, набор прослоек — эталонов из материалов с известными теплопроводящими свойствами, образцы материалов, между которыми определяется коэффициент теплопередачи, и, наконец, источник холо да — водоохлаждаемый контакт. Изменение температуры по длине набора образцов регистрируется с помощью термопар. Боковые утечки исключаются необ .о ДИМОЙ тепловой защитой, а также тем, что измеряемые образцы размещаются в вакуумируемой камере. Использованная установка позволяла изменять следующие параметры температуру в месте контакта образцов до 600° С, тепловой поток до 25 вт1см , давление в контакте между образцами, а также определять влияние окружающей образцы атмосферы (вакуум, различные газы). [c.65] Некоторые эксперименты продолжались по нескольку недель. При этом было отмечено снижение термического сопротивления предположительно из-за проникновения паров магния в поры покрытия. Предположение было подтверждено микрорентгеноспектральным анализом. Экспериментальная проверка готовых твэлов была проведена в исследовательском реакторе Пегас . Сравнивались температуры твэлов, имеющих термоизолирующие покрытия из окиси алюминия и двуокиси циркония, н твэлов, не имеющих такого покрытия. Эксперимент длился семь месяцев и подтвердил в реакторных условиях значения термических сопротивлений, полученных в лаборатории без облучения. [c.66] Необходимость получения надежного сцепления оболочки с сердечником, обеспечивающего повышение безопасности и надежности твэла даже в случае местной разгерметизации оболочки, обусловила на втором этапе сосредоточение работ на решении этой задачи. Надежное сцепление оболочки твэла с образованием химической связи с сердечником необходимо в основном для предотвращения, отслаивания оболочки при разгерметизации твэла в реакторных условиях. Кроме того, местное отслаивание при работе твэла нарушает равномерный теплоотвод и вызывает местный перегрев сердечника, что чревато серьезными последствиями. Попытки решить эту проблему за счет механического зацепления в месте сопряжения оболочки и сердечника не обеспечивают успеха. [c.66] Напыление промежуточного слоя алюминия явилось удачным решением этой задачи. Алюминий легко взаимодействует с ураном и магнием. Кроме того, алюминий обладает свойствами, отвечающими требованиям, предъявляемым к реакторным материалам. С технической точки зрения процесс нанесения алюминия не представляет особых затруднений, при этом нагрев урана и толщина покрытия (50—100 мкм) меньше, чем при напылении окиси алюминия. [c.66] Рис 5 Влиянне температуры на изменение теплового сопротивления контакта (сплав JMo—АЬОз, толщина покрытия 0,25 мм). [c.67] При серийном промышленном производстве 15 000 твэлов для первой загрузки реактора в технологию напыления были внесены изменения и упрощения покрытие наносилось одновременно на наружную и внутреннюю поверхности сердечника двумя распылителями, ацетилен на одном из заводов был заменен на пропан, и, наконец, напыление производидась с непрерывным контролем режимов. После напыления алюминия на поверхность сердечника производилась сборка сердечника с оболочками, их заварка, гидропрессовка для устранения зазоров и термодиффузионная обработка для получения сцепления. При отработке технологии учитывалась необходимость снижения ее стоимости, а также было изучено влияние температуры, давления, длительности термообработки, скорости достижения заданного режима на качество твэлов. [c.68] На рис. 6 приведена микроструктура зоны соединения оболочки с сердечником после термодиффузионной обработки Видны участки образования слоев иАЬ—пАи, смешанной зоны ил-Л1у — М жА1, , металл оболочки и сердечника. [c.68] Вернуться к основной статье