一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法技术

本发明专利技术涉及反应堆压力容器密封领域，具体涉及一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，采用冷喷涂方法进行所述Ag涂层的制备，包括如下步骤：将O形环的表面去油去污，机械打磨后进行干喷砂；将纯Ag粉末放入干燥箱中干燥；打开空压机，调节载气及送粉气压力至1‑3MPa；将干燥后的纯Ag粉末加入送粉器中；将O形环放置在载物台上；调节气体加热温度为300‑500℃；设置喷管到O形环距离为15‑30mm；调节送粉量和送粉电压，打开冷喷涂设备开关，喷涂1‑3分钟，重复喷涂8‑10次，即制得所述O形环表面的Ag涂层，采用冷喷涂技术进行O形环表面Ag涂层的制备，可有效避免现有技术中采用电镀方法进行Ag涂层制备的缺点，提高O形环密封效果。

A Method of Preparing Ag Coating on O-ring Surface for Nuclear Power Seals

The invention relates to the field of reactor pressure vessel sealing, in particular to a method for preparing Ag coating on the surface of O-ring for nuclear power sealing. The method of cold spraying is used to prepare the Ag coating, including the following steps: degreasing and decontaminating the surface of O-ring, dry sandblasting after mechanical grinding, drying pure Ag powder in drying box, opening air compressor, regulating carrier gas and feeding powder gas. Pressure to 1_3 MPa; Dry pure Ag powder is added to the powder feeder; O-ring is placed on the loading platform; gas heating temperature is adjusted to 300_500 C; distance from nozzle to O-ring is set to 15_30 mm; powder feeding quantity and powder feeding voltage are adjusted, the switch of cold spraying equipment is turned on, spraying for 1_3 minutes and repeated spraying for 8_10 times. The Ag coating on the surface of O-ring is prepared by cold spraying. The preparation of Ag coating on the surface of O-ring by coating technology can effectively avoid the shortcomings of Ag coating preparation by electroplating method in the existing technology and improve the sealing effect of O-ring.

【技术实现步骤摘要】
一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法
本专利技术涉及反应堆压力容器密封领域，具体涉及一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法。
技术介绍
反应堆压力容器是主回路冷却剂压力边界屏障中的一个重要设备，属于核安全一级设备，在核电厂服役期间内不可更换，其寿命决定了整个电厂的服役年限。反应堆压力容器的密封性能直接关系到核电厂能否正常运行，为了装卸反应堆堆芯和堆内构件，反应堆压力容器必须装一个可拆卸的顶盖。为了防止放射性物质泄漏，要求顶盖内密封结构的安全可靠。核电站通常采用O形环作为密封件。核电站O形环一般采用电镀银的方法进行密封。然而，电镀工艺存在效率低、耗能大、化学污染大等严重缺点。此外，银镀层与基体的结合力较差，导致银镀层在服役过程中容易脱落，造成放射性物质泄漏。因此，必须采用新的技术替代电镀工艺以提高O形环密封性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，其采用冷喷涂技术进行O形环表面Ag涂层的制备，可有效避免现有技术中采用电镀方法进行Ag涂层制备的缺点。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，采用冷喷涂方法进行所述Ag涂层的制备，包括如下步骤：(1)将O形环的表面去油去污，机械打磨后进行干喷砂；将纯Ag粉末放入干燥箱中干燥；(2)打开空压机，调节载气及送粉气压力至1-3MPa；将干燥后的纯Ag粉末加入送粉器中；将O形环放置在载物台上；(3)调节气体加热温度为300-500℃；设置喷管到O形环距离为15-30mm；调节送粉量和送粉电压，打开冷喷涂设备开关，喷涂1-3分钟，重复喷涂8-10次，即制得所述O形环表面的Ag涂层。进一步的，所述纯Ag粉末包括粒径为5-20μm的第一Ag粉末、20-50μm的第二Ag粉末以及50-70μm的第三Ag粉末。进一步的，所述第一Ag粉末的体积分数为13-18％，所述第二Ag粉末的体积分数为75％-85％，余量为第三Ag粉末。进一步的，所述步骤(1)中，将所述纯Ag粉末在50-80℃保温2-4h进行干燥。进一步的，所述步骤(3)中的送粉量为10-30g/min。进一步的，所述步骤(3)中的送粉电压为20V。进一步的，所述步骤(2)中的载气和送粉气为氦气、氩气或空气。进一步的，所述O形环的材质为Inconel718镍基合金，其组成成分为：Ni：50-55wt％；Cr：17-21wt％；Mo：2.8-3.3wt％；Nb：4.75-5.50wt％；C：小于0.08wt％；Mn：小于0.35wt％；Fe：余量。进一步的，所述O形环的环外直径为300mm，截面直径为12mm，截面壁厚为2mm。进一步的，所述Ag涂层的厚度为100-300μm。采用以上技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本专利技术采用冷喷涂技术在O形环表面进行Ag涂层的制备，通过低温、高速小颗粒气流撞击O形环表面，在整个过程中粒子没有熔化，保持固体状态，粒子发生纯塑性变形聚合形成涂层。由于冷喷涂加热温度较低，颗粒基本没有氧化、烧损和晶粒长大现象，尤其适用Ag这类对氧化敏感的材料。由于涂层制备过程中对基体的热影响小，使涂层与基体之间的热应力减少，涂层之间的残余应力小且主要为压应力，有利于获得较厚的涂层，且涂层致密均匀，与基体结合强度高。相对于电镀方法制备涂层，对环境污染小，且材料粉末可回收。附图说明附图1为本专利技术采用冷喷涂方法制备Ag涂层的制备原理图；附图2为本专利技术所使用的Ag粉末的形貌图；附图3为本专利技术实施例1所制得的Ag涂层的截面形貌图。其中，1、送粉器；2、气体加热器；3、喷管。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。一种核电密封用O形环，其材质为Inconel718镍基合金，其组成成分如下：Ni：50-55wt％；Cr：17-21wt％；Mo：2.8-3.3wt％；Nb：4.75-5.50wt％；C：小于0.08wt％；Mn：小于0.35wt％；Fe：余量。O形环的环外直径为300mm，截面直径为12mm，截面壁厚为2mm。一种在上述O形环表面制备Ag涂层的方法，采用冷喷涂方法进行Ag涂层的制备，其制备原理图参见附图1所示，包括如下步骤：(1)将O形环的表面去油去污，机械打磨后进行干喷砂；将纯Ag粉末放入干燥箱中在50-80℃保温2-4h进行干燥。本专利技术所用的纯Ag粉末包括粒径为5-20μm的第一Ag粉末、20-50μm的第二Ag粉末以及50-70μm的第三Ag粉末，第一Ag粉末的体积分数为13-18％，第二Ag粉末的体积分数为75％-85％，余量为第三Ag粉末。由于粒径为5-20μm的第一Ag粉末质量小，动能小，粒子与O形环表面的结合强度过小，而50-70μm的第三Ag粉末质量大，动能大，粒子与O形环表面的结合强度高，但是孔隙率大，通过调配本专利技术Ag粉末的配方，可以得到兼具高结合强度和较好致密性的Ag涂层。本专利技术中的纯Ag粉末采用气雾化方法制备，其化学成分按重量百分比为99.99％Ag。(2)打开空压机，调节载气及送粉气压力至1-3MPa，载气和送粉气为氦气、氩气或空气；将干燥后的纯Ag粉末加入送粉器1中；将O形环放置在载物台上。(3)调节气体加热器2使气体加热温度为300-500℃；设置喷管3到O形环距离为15-30mm；调节送粉量为10-30g/min，送粉电压为20V，本专利技术中的喷管为拉瓦尔喷管。打开冷喷涂设备开关，喷涂1-3分钟，重复喷涂8-10次，即制得O形环表面的Ag涂层，Ag涂层的厚度为100-300μm。优选的，喷涂过程中采用机械手使O形环按设定轨迹运动，从而使O形环表面不同部位的Ag涂层更加均匀。当喷管与O形环之间距离过小时，粒子到达基体表面时会反射，影响沉积效果；当喷管与O形环之间的距离过大时，粒子到达基体表面的速度过小，会降低结合强度。本专利技术将喷管3到O形环的距离设置为15-30mm可以使得粒子具有较好的沉积效果，从而得到性能优异的涂层。实施例1一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，其步骤为：(1)将Inconel718镍基合金制的O形环(环外直径×截面直径×截面壁厚：300mm×12mm×2mm)去油去污，然后利用砂纸打磨，并进行常规干喷砂；将纯Ag粉末放入80℃的干燥箱中保温3h。(2)载气和送粉气选择氩气，打开空压机，并调节至2MPa压力；将纯Ag粉末加入送粉器1中；将O形环放置在载物台上。(3)调节气体加热温度为450℃；设置喷管3到O形环距离为20mm；调节送粉量为20g/min；调节送粉电压为20V，打开设备开关，喷涂2分钟，重复8次，喷涂过程中采用机械手使O形环按设定轨迹运动，完成Ag涂层的制备。所制得的Ag涂层厚度为190μm。本专利技术将制有Ag涂层的O形环线切割为三部分进行性能测试。本专利技术采用ZEISS金相显微镜和ImageJ软件测试Ag涂层孔隙率，结果见表1；本专利技术采用拉伸法测试Ag涂层结合强度，结果见表2。经实践验证，采用该实施例的方法在O形环表面制备的Ag涂层孔隙率低、结合强度高且密封效果更好。表1表2实施例2一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，其步骤为：(1)将Inconel718镍基合金制的O形环(环外直径×截面直径×截面壁厚：300mm×12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，其特征在于，采用冷喷涂方法进行所述Ag涂层的制备，包括如下步骤：（1）将O形环的表面去油去污，机械打磨后进行干喷砂；将纯Ag粉末放入干燥箱中干燥；（2）打开空压机，调节载气及送粉气压力至1‑3MPa；将干燥后的纯Ag粉末加入送粉器中；将O形环放置在载物台上；（3）调节气体加热温度为300‑500℃；设置喷管到O形环距离为15‑30mm；调节送粉量和送粉电压，打开冷喷涂设备开关，喷涂1‑3分钟，重复喷涂8‑10次，即制得所述O形环表面的Ag涂层。

【技术特征摘要】
1.一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，其特征在于，采用冷喷涂方法进行所述Ag涂层的制备，包括如下步骤：（1）将O形环的表面去油去污，机械打磨后进行干喷砂；将纯Ag粉末放入干燥箱中干燥；（2）打开空压机，调节载气及送粉气压力至1-3MPa；将干燥后的纯Ag粉末加入送粉器中；将O形环放置在载物台上；（3）调节气体加热温度为300-500℃；设置喷管到O形环距离为15-30mm；调节送粉量和送粉电压，打开冷喷涂设备开关，喷涂1-3分钟，重复喷涂8-10次，即制得所述O形环表面的Ag涂层。2.根据权利要求1所述的一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，其特征在于：所述纯Ag粉末包括粒径为5-20μm的第一Ag粉末、20-50μm的第二Ag粉末以及50-70μm的第三Ag粉末。3.根据权利要求1所述的一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，其特征在于：所述第一Ag粉末的体积分数为13-18%，所述第二Ag粉末的体积分数为75%-85%，余量为第三Ag粉末。4.根据权利要求1所述的一种核电密封用O形环表面制备Ag涂层的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，将所述纯Ag粉末在...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘晨阳，陆海峰，覃恩伟，吴树辉，王博，刘艺武，黄骞，陈国星，魏少翀，季骅，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32