Спосіб нанесення захисного покриття на контейнер для зберігання радіоактивних відходів

Спосіб нанесення захисного покриття на контейнер для зберігання радіоактивних ВІДХОДІВ, ЩО включає газотермічне напилення алюмінієвмісного матеріалу на сталеві поверхні елементів конструкції контейнера, який відрізняється тим, що напилення алюмінієвмісного матеріалу здійснюють плазмовим розпиленням алюмінієвого дроту, при цьому наносять покриття товщиною 0,2-0,4 мм, з вмістом оксидної фази у складі покриття 5-15% Це пояснюється у першу чергу тим, що основний шар захисного покриття одержують нанесенням на сталеву основу сплаву цинку з алюмінієм газополуменевим напиленням При такому напилюванні підведення тепла до матеріалу, який напилюють, здійснюється шляхом поверхневої теплопередачі нагрітим газом, тобто теплообмін відбувається між газом та металом Це приводить до того, що метал, який напилюють, при розплавленні має нерівномірний фракційний склад і частки, які напилюють, летять із різною швидкістю Різна і недостатня швидкість переміщення часток приводить до нерівномірної усадки розплавлених часток у момент їх співударяння з основою і до нерівномірного розпилення матеріалу покриття Крім того низьким є фокусування потоку матеріалу, який напилюють Це збільшує пористість одержаного відомим способом покриття, що приводить до зниження його корозійної СТІЙКОСТІ у агресивних середовищах Збільшення пористості основного шару покриття приводить до необхідності нанесення додаткових захисних шарів із синтетичної органічної смоли з фосфатом металу Це збільшує товщину покриття, що може привести до порушення його ЦІЛІСНОСТІ, що також знизить корозійну СТІЙКІСТЬ по криття Крім того, у випадку руйнування додаткових шарів покриття, основний шар швидко зазнає корозії із-за низької корозійної СТІЙКОСТІ сплаву цинку та алюмінію В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу нанесення захисного по 1 (О (О 46467 криття на контейнер для зберігання радіоактивних ВІДХОДІВ, у якому умови виконання операцій забезпечують зниження пористості захисного покриття шляхом оптимізацм структури у приповерхневих шарах і за рахунок цього забезпечується підвищення корозійної СТІЙКОСТІ покриття в агресивних середовищах Поставлена задача вирішується тим, що у способі нанесення захисного окриття на контейнер для зберігання радіоактивних ВІДХОДІВ, ЩО включає газотермічне напилення алюмінієвовмісного матеріалу на сталеві поверхні елементів конструкції контейнера, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, новим є те, що напилення алюмінієвовмісного матеріалу здійснюють плазмовим розпиленням алюмінієвого дроту, при цьому наносять покриття товщиною 0,2-0,4мм з вмістом оксидної фази у складі покриття 5-15% Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, пояснюється таким Нанесення захисного алюмінієвовмісного покриття плазмовим розпиленням алюмінієвого дроту на сталеві поверхні елементів конструкції контейнера, при якому одержують захисне покриття товщиною 0,2-0,4мм, у складі якого міститься 5-15% оксидної фази, забезпечує оптимізацію структури у приповерхневих шарах, що приводить до зниження пористості захисного покриття і за рахунок цього підвищує його корозійну СТІЙКІСТЬ в агресивних середовищах При здійсненні способу за винаходом захисне покриття одержують плазмовим розпиленням алюмінієвого дроту, при якому подача матеріалу, що напилюють, здійснюється безперервно й рівномірно При цьому досягається ефективне та швидке розплавлення матеріалу, оскільки нагрів здійснюється безпосередньо електричною дугою Завдяки цьому одержують рівномірний фракційний склад часток, що напилюють, які набувають однакової швидкості переміщення Під дією тиску потоку газу та тиску дуги одержують високу швидкість переміщення часток алюмінію, які напилюють, до сталевої поверхні Це покращує фокусування потоку і сприяє рівномірному розподіленню матеріалу, що напилюють, на поверхні основи, що знижує пористість покриття, яке одержують Пористість покриття знижується внаслідок структурних змін, які відбуваються у приповерхневих шарах З'єднання захисного покриття зі сталевою основою здійснюється як за рахунок механічного зчеплення розплавлених часток, що напилюють, які з високою швидкістю співударяються й нашаровуються на поверхню основу, так і за рахунок дифузійних процесів При плазмовому напиленні алюмінію на сталеву основу між покриттям і основою утворюється дифузійний шар, у якому залізо й алюміній утворюють тверді розчини Напилений алюміній відновлює окисли заліза, що приводить до утворення у перехідній зоні залізоалюмінієвої шпінелі Крім того, при плазмовому напиленні переміщення часток алюмінію від сопла пальника до поверхні сталевої основи відбувається у середо вищі повітря Отже, частки, які напилюють, рухаються у високотемпературній газовій струмині і безперервно взаємодіють з киснем, внаслідок чого поверхня часток окислюється, тобто кожна частка покривається плівкою окислу АЬОз, яка залишається на межах часток у покритті Тому у матеріалі, який напилюють, з'єднання часток, крім механічного зчеплення відбувається і через окисли У місцях руйнування окисних плівок відбувається сплавлення металічних часток Таким чином, у процесі адгезійної взаємодії при нанесенні покриття при високих температурах відбувається перенесення матеріалу як у результаті відриву часток покриття й приварювання їх до основи, так і у результаті дифузійних процесів з утворенням нових ХІМІЧНИХ сполук Таким чином, процеси, які протікають на поверхнях контактування, є не чисто адгезійними, на них накладаються, хоч і з локальним протіканням, процеси об'ємної взаємодії Спосіб, що заявляється, дозволяє одержати захисне покриття, яке має високу дифузійну стабільність, низьку пористість і високу корозійну СТІЙКІСТЬ в агресивних середовищах Одержане захисне покриття здатне тривалий час охороняти основний метал від дії агресивних середовищ Експериментально установлено, що оптимальна товщина захисного покриття становить 0,20,4мм Контейнер с захисним покриттям товщиною, меншою ніж 0,2мм, не забезпечує надійне та тривале зберігання радіоактивних ВІДХОДІВ ізза швидкого руйнування покриття через його низьку корозійну СТІЙКІСТЬ Збільшення товщини покриття більше 0,4мм приводить до погіршення ЙОГО ЯКОСТІ При регулюванні технологічних параметрів процесу нанесення покриття (дистанція напилення, швидкість подачі плазмотвірного газу, напруга плазмотрона) одержують покриття з необхідною КІЛЬКІСТЮ оксидної фази у складі покриття Оптимальним є вміст оксидної фази у межах 515% Якщо у складі покриття менше 5% оксидної фази, то покриття має підвищену пористість, низьку корозійну СТІЙКІСТЬ Негативно відбивається на якість покриття і КІЛЬКІСТЬ оксидної фази, яка перевищує 15% Спосіб здійснюється таким чином На сталеві поверхні елементів конструкції контейнера для зберігання радіоактивних ВІДХОДІВ наносять захисне покриття розпиленням алюмінієвого дроту Розпилення здійснюють за допомогою плазмотрона прямої дм При необхідності захисне покриття наносять на внутрішні та ЗОВНІШНІ поверхні елементів конструкції Для одержання корозійностійкого покриття, яке забезпечує тривалий захист контейнера від дії агресивних середовищ, наносять покриття товщиною 0,20,4мм Вміст оксидної фази у складі покриття становить 5-15% Після нанесення покриття з елементів конструкції збирають контейнер У промислових умовах здійснювали нанесення захисного покриття на елементи конструкції контейнера із низьколегованої сталі плазмовим розпиленням алюмінієвого дроту марки А5 Покриття одержували за допомогою плазмотрона прямої дії потужністю 25кВт (струм плазмотрона 46467 160A, напруга 70В) Дистанція напилення становила 150мм Захисне покриття наносили на внутрішню та зовнішню поверхні сталевих елементів конструкції кожуха, трубних дисків, труб, кріпильних стояків Контейнер збирали із конструктивних елементів, споряджених алюмнієвовмісним захисним покриттям Були проведені додаткові випробування якості нанесеного способом за винаходом покриття № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Матеріал для нанесення покриття Сплав Zn-AI АЛЮМІНІЄВИЙ дріт Те ж -«-«-«-«-«-«-«-« Товщина покриття, мм 0,3 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 У прикладі за прототипом (приклад № 1) покриття було нанесене газополуменевим напиленням сплаву із цинку та алюмінію товщиною 0,3мм Пористість такого покриття становить 16%, і отже, корозійна СТІЙКІСТЬ ЙОГО низька ВІДПОВІДНО до способу за винаходом на решту зразків наносили за допомогою плазмотрона захисний матеріал, який використовували у виді алюмінієвого дроту При цьому при ПОСТІЙНІЙ КІЛЬКОСТІ оксидної фази у складі одержаного покриття (10%) найкращі характеристики покриття одержані при товщині покриття 0,2-0,4мм (приклади 3-5) Таке покриття має низьку пористість, а отже, високу корозійну СТІЙКІСТЬ Зниження товщини покриття погіршує його якість, збільшує пористість, приводить до швидкого руйнування покриття та сталевої основи (приклад 2) Збільшення товщини покриття (приклад 6) може привести до виникнення внутрішніх напружень, до порушення ЦІЛІСНОСТІ на основу із низьколегованої сталі Були виготовлені зразки з різною товщиною покриття від 0,1 до 0,5мм при ПОСТІЙНІЙ КІЛЬКОСТІ оксидної фази у складі покриття, а також рід зразків з товщиною покриття 0,3мм з різною КІЛЬКІСТЮ оксидної фази Досліджували пористість одержаного покриття Результати випробувань наведені у таблиці КІЛЬКІСТЬ оксидної фази у складі покриття, % 10 10 10 10 10 2 5 10 15 20 Таблиця Пористість покриття, % 16 9,2 4Л 3,6 4,5 6,3 5,2 3,8 3,2 4,0 6,1 покриття, до зниження його корозійної СТІЙКОСТІ Випробування впливу оксидної фази у складі покриття на його якість показали, що оптимальним є наявність у складі покриття оксидної фази у КІЛЬКОСТІ 5-15%, оскільки зразки з таким складом покриття мають найкращі показники пористості (приклади 8-10), високу корозійну СТІЙКІСТЬ у агресивних середовищах Зниження КІЛЬКОСТІ оксидної фази у складі покриття нижче КІЛЬКОСТІ, яка заявляється, погіршує його якість (приклад 7) Збільшення оксидної фази вище КІЛЬКОСТІ, яка заявляється, приводить до збільшення пористості покриття, негативно впливає на якість покриття (приклад 11) Таким чином, спосіб, що заявляється, забезпечує нанесення захисного покриття на сталевий контейнер для зберігання радіоактивних ВІДХОДІВ, яке має знижену пористість, високу корозійну СТІЙКІСТЬ, що сприяє тривалому захисту основного металу від дії агресивних середовищ ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71