CN105442011B - 在筒形部件内壁上形成涂层的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种在筒形部件内壁上形成涂层的电镀装置和方法，筒形部件具有导电性并包括环形的主体部、以及位于所述主体部的相对两端的开口，电镀装置包括：两个绝缘封盖，分别安装在筒形部件的两个开口上，以与主体部一起形成用于容纳电镀液的封闭的容器，在两个绝缘封盖上分别设有用于向容器输送电镀液的入口和用于从容器排出电镀液的出口；电极棒，电极棒的两端分别能够旋转地安装在绝缘封盖上，使得电极棒与筒形部件形成电极对；电源，电源的两个电极分别电连接至电极棒和筒形部件；以及电镀液循环***，通过入口和出口与容器连通，以驱动所述电镀液循环流动。利用筒形部件的本身作为容纳电镀液的容器，不需要专门的电镀槽。

Description

在筒形部件内壁上形成涂层的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种在筒形部件内壁上形成涂层的装置和方法，特别是，涉及一种在用于核反应堆的管道或者包壳管的内壁上形成涂层的装置和方法。

背景技术

在核电站的反应堆中，包壳管是确保核安全的重要构件之一，它能够防止放射性泄漏，并且在整个核电站中要求具备很高的可靠性。为提高核电站的经济性和减少核废物，核电站的燃料消耗不断提高，燃料循环周期不断延长，从而对包壳管可靠性，例如腐蚀性能、吸氢性能、蠕变性能和抗中子辐照性能等，也提出了越来越高的要求。尤其是，随着反应堆的输出功率提升，燃料芯块的温度升高，从而造成燃料芯块膨胀，并且燃料芯块与包壳相互作用(PCI，Pellet-Cladding interaction)产生应变，包壳管由于应力腐蚀而开裂(SCC，Stress Corrosion Cracking)，导致包壳管的内壁与燃料棒的裂变产物(I，Cs)接触，进而会产生碘引起的应力腐蚀开裂(ISCC，Iodine Indueed Stress Corrosion Cracking)问题。就申请人所知，采用表面改性技术，即通过在包壳内表面沉积涂层或阻挡层可以提高抗ISCC的能力。

除了包壳材料之外，反应堆中的主管道、蒸汽发生器管等，以及***钍基熔盐堆(TMSR，Thorium Molten Salt Reactor)中的热交换器管等都面临腐蚀等问题，TMSR的热交换器管使用的是镍基合金，需要具有耐熔盐腐蚀和耐辐照损伤的性能。一种解决手段是，在镍基合金制成的管道材料的内壁上沉积一层更加耐熔盐腐蚀和抗辐照性能的防护层。

采用电沉积技术能够比较有效和容易实现涂层的制备，电沉积技术已经被广泛应用到电子、航空和能源等多个领域。电沉积技术包括采用电化学方法在外加电场作用下的实现得失电子的氧化还原过程，这种得失电子的氧化还原过程避免了过多的中间过程可能引入的杂质，如氧、氮、碳等。所制备的涂层具备特殊的生长方式，涂层的形成是金属晶体的形核和长大的过程。因此在不同基体材料上获得的涂层与基体的结合强度高，涂层的纯度、孔隙率和密度等都能够得到保障。

但是，实施传统的电沉积工艺需要提供电镀槽、阴极和阳极等装置中，被镀件的尺寸受到电镀槽的严格限制，过大过长的被镀件需要放在相应更大尺寸的电镀槽中才能够进行沉积，这就给场地、成本和操作带来了非常高的要求。此外，对于具有复杂形状的被镀件表面，如管状材料内壁的涂层沉积，会因为电流和离子源的分布不均匀性等问题很难实现。

发明内容

为克服现有技术中的上述或者其它方面的缺陷，本发明提出一种在筒形部件内壁上形成涂层的装置和方法，利用筒形部件的本身作为容纳电镀液的容器，不需要专门的电镀槽。

根据本发明的一个方面的实施例，提供一种在筒形部件内壁上形成涂层的电镀装置，所述筒形部件具有导电性并包括环形的主体部、以及位于所述主体部的相对两端的开口，所述电镀装置包括：两个绝缘封盖，分别安装在所述筒形部件的两个开口上，以与所述主体部一起形成用于容纳电镀液的封闭的容器，在两个所述绝缘封盖上分别设有用于向所述容器输送电镀液的入口和用于从所述容器排出电镀液的出口；电极棒，所述电极棒的两端分别能够旋转地安装在所述绝缘封盖上，使得所述电极棒与所述筒形部件形成电极对；电源，所述电源的两个电极分别电连接至所述电极棒和所述筒形部件；以及电镀液循环***，通过所述入口和出口与所述容器连通，以驱动所述电镀液循环流动。

在上述电镀装置中，每个所述绝缘封盖包括：基部；以及从所述基部的周边突出并贴合在一个所述开口的外壁上的凸缘。

在上述电镀装置中，所述凸缘的内侧设有与所述开口的外壁接触的至少一个第一密封环。

上述电镀装置还包括至少一个紧固装置，每个紧固装置包括：拉杆，所述拉杆在所述主体部的外侧穿过两个所述绝缘封盖；以及两个螺栓，分别螺旋连接到所述拉杆的两端，以将所述绝缘封盖压紧在所述开口上。

在上述电镀装置中，所述电镀液循环***包括：多个管路；储液槽，用于存储电镀液；以及驱动泵，安装在所述管路中，以驱动所述电镀液在所述储液槽、管路和容器内循环流动。

在上述电镀装置中，所述电极棒的第一端安装在一个所述绝缘封盖的内侧的大致中心位置，另一端穿过另一个所述绝缘封盖并延伸到所述另一个绝缘封盖的外部。

上述电镀装置还包括驱动电机，与所述电极棒的延伸到所述另一个绝缘封盖的外部的部分连接，以驱动所述电极棒旋转。

在上述电镀装置中，所述电极棒周期性地正反向往复旋转。

在上述电镀装置中，所述电极棒可相对于所述另一个绝缘封盖轴向滑动，并且在所述电极棒与所述另一个电极棒结合的部位设有至少一个第二密封环。

上述电镀装置还包括用于保持容器内的电镀液具有大致稳定的温度的恒温装置。

在上述电镀装置中，所述筒形部件为核反应堆中使用的包壳管、和/或反应堆中使用的主管道、蒸汽发生器管、以及钍基熔盐堆中的热交换器管。

根据本发明另一方面的实施例，提供一种在筒形部件内壁上形成涂层的电镀方法，所述筒形部件具有导电性并包括环形的主体部、以及位于所述主体部的相对两端的开口，所述电镀方法包括如下步骤：

将两个绝缘封盖分别安装在所述筒形部件的两个开口上，以与所述主体部一起形成封闭的容器；

将电极棒的两端分别安装在所述绝缘封盖上；

向所述容器内输送电镀液；以及

将所述电极棒和所述筒形部件分别作为阳极和阴极，以向所述电极棒和筒形部件施加电场。

在上述电镀方法中，在向所述电极棒和筒形部件施加电场的同时，在正反方向上往复旋转所述电极棒。

在上述电镀方法中，在向所述电极棒和筒形部件施加电场的同时，使所述电镀液循环流动。

根据本发明的上述各种实施例的在筒形部件内壁上形成涂层的电镀装置和方法，可以在具有较大的长度直径比的管道材料或包壳管材料内壁上采用电沉积技术获得防护涂层。电极棒用做阳极，并与具有导电性的筒形部件和电镀液形成导电回路的一部分，通过电沉积，在筒形部件的内壁上形成防护涂层。在电镀过程中，不需将作为被镀件的筒形部件放入电镀槽中。

附图说明

为了使本发明的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是示出根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置的容器部分的原理剖视图，图中省略了电源；以及

图2是示出根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置的示意图。

具体实施方式

虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1是示出根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置的容器部分的原理剖视图，图中省略了电源；以及图2是示出根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置的示意图。

参见图1和2，根据本发明的一种示例性实施例，提供一种在筒形部件4的内壁上形成涂层的电镀装置，筒形部件4具有导电性，例如由锆合金、镍基合金制成，并包括环形的主体部、以及位于主体部的相对两端的开口。电镀装置包括两个绝缘封盖1电极棒5和电源12。两个绝缘封盖1分别安装在筒形部件4的两个开口上，以与主体部一起形成用于容纳电镀液的封闭的容器；电极棒5的两端分别安装在绝缘封盖1上，使得电极棒5与筒形部件4形成电极对，例如电极棒5用做阳极，筒形部件4用做阴极；电源12的两个电极分别电连接至电极棒5和筒形部件4。这样，电源12、电极棒5、电镀液、筒形部件4以及相关的导线13形成一个封闭的电路。在电源12的电场作用下，电镀液在筒形部件4的内壁表面上发生氧化还原反应，从而在筒形部件4的内壁表面上利用电沉积原理形成电镀层。该电镀层能够屏蔽核反应堆中产生的放射性粒子及辐照，从而防止放射性泄漏，提高整个核电站的安全性。

在一种示例性实施例中，每个绝缘封盖1包括：与筒形部件4的开口的形状相对应的基部、以及从基部的周边突出并贴合在一个开口的外壁上的凸缘。所述凸缘的内侧设有与开口的外壁接触的至少一个第一密封环6。例如，在绝缘封盖1的凸缘内侧设置环形沟槽，第一密封环6部分地安装在所述环形沟槽中。进一步地，根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置还包括至少一个紧固装置，每个紧固装置包括拉杆10和两个螺栓9。拉杆10在筒形部件4的主体部的外侧穿过两个绝缘封盖1，两个螺栓9分别螺旋连接到拉杆10的两端，通过拧紧螺栓9可以将绝缘封盖1压紧在开口上。采用本发明的上述实施例的绝缘封盖1和筒形部件4的连接方式，可以使绝缘封盖1密封且牢固地结合在筒形部件4上，不需要改变筒形部件4本身的结构，而且绝缘封盖1的任何部位都不会***到筒形部件4的内部，从而确保筒形部件4的内壁的各个部位都可以被电镀。

在本发明的一种示例性实施例的电镀装置中，在两个绝缘封盖1上分别设有用于向由两个绝缘封盖和筒形部件4形成的容器内输送电镀液的入口2和用于从所述容器排出电镀液的出口7。进一步地，电镀装置还包括电镀液循环***，所述电镀液循环***包括多个管路14、用于存储电镀液的储液槽15、以及安装在管路14中的驱动泵16，驱动泵16驱动电镀液在储液槽15、管路14和所述容器内循环流动。这样，可以连续地更换容器内的电镀液，使得容器内的电镀液保持预定的浓度，从而实现均匀的电镀。

在一种示例性实施例中，电极棒5的第一端3可旋转地安装在一个绝缘封盖(例如图1和2中位于左侧的绝缘封盖1)的内侧的大致中心位置，另一端穿过另一个绝缘封盖(例如图1和2中位于右侧的绝缘封盖1)并延伸到另一个绝缘封盖1的外部。电极棒5可相对于位于右侧的所述另一个绝缘封盖1轴向滑动，并且在电极棒5与所述另一个电极棒1结合的部位设有至少一个第二密封环8。例如，在绝缘封盖1上设置环形沟槽，第二密封环8部分地安装在所述环形沟槽中。这样，通过使所述另一个绝缘封盖1相对于电极棒5轴向滑动，使得同一个电极棒5可以适用于具有不同长度的筒形部件4，同时保持容器的密封性。

根据本发明的一种示例性实施例的电镀装置还包括驱动电机11，驱动电机11与电极棒5的延伸到所述另一个绝缘封盖1的外部的部分连接，以驱动电极棒5旋转。进一步地，电极棒5周期性地正反向往复旋转。例如，驱动电机11的输出轴与电极棒5通过联轴器、适配器之类的结合装置结合在一起。根据本发明的电镀装置，通过用做阳极的电极棒5的旋转实现在筒形部件4的内壁上的电沉积涂层的均匀分布，另外，电极棒5的旋转能够减少出现电镀液浓度差极化现象的可能性，提高电流效率，保证涂层的质量。

在一种示例性实施例中，在所述另一个绝缘封盖1中安装导电环，所述导电环与电极棒电接触，同时确保电极棒5相对于绝缘封盖1旋转。

本发明进一步的示例性实施例的电镀装置还包括用于保持容器内的电镀液具有大致稳定的温度的恒温装置，例如在筒形部件4的主体部的外部包覆有保温材料和/或缠绕例如加热电阻丝之类加热装置。在另一种可替换的实施例中，在容器内部设有加热装置。

在上述各种实施例中，筒形部件4为核反应堆中使用的包壳管、和/或和/或反应堆中使用的主管道、蒸汽发生器管、以及钍基熔盐堆中的热交换器管之类的管道材料。例如，包壳管和管道材料具有0.5厘米至40厘米的直径、以及大于4米的长度，用做阳极棒的电极棒具有1毫米以上的直径和4米以上的长度。可以理解，阳极棒的直径可以根据包壳管和管道材料的直径变化，尺寸上只要能够放入包壳管且不与包壳管的内壁相碰即可。

可以理解，本发明的各种实施例中的筒形部件4可以是任何需要在其内壁上形成涂层的金属管。在包壳管的内壁上形成的防护涂层能够屏蔽核反应堆中产生的射线，从而防止放射性泄漏，提高整个核电站的安全性。进一步地，能够提高作为筒形部件的管状材料的抗腐蚀性能、或包壳管的抗碘致应力腐蚀(ISCC)的能力。

根据本发明另一方面的实施例，参见图1和2，提供一种在筒形部件4内壁上形成涂层的电镀方法，所述筒形部件具有导电性并包括环形的主体部、以及位于所述主体部的相对两端的开口。所述电镀方法包括如下步骤：将两个绝缘封盖1分别安装在所述筒形部件的两个开口上，以与所述主体部一起形成封闭的容器；将电极棒的两端分别安装在所述绝缘封盖上，使得所述电极棒与所述筒形部件形成电极对；向所述容器内输送电镀液；以及将所述电极棒和所述筒形部件分别作为阳极和阴极以向所述电极棒和筒形部件施加电场。

在上述电镀方法中，在向所述电极棒和筒形部件施加电场的同时，在正反方向上往复旋转所述电极棒。进一步地，在向所述电极棒和筒形部件施加电场的同时，使所述电镀液循环流动。

利用本发明的上述实施例的电镀装置和方法，可以在具有较大的长度直径比的管道材料或包壳管材料内壁上采用电沉积技术获得防护涂层。电极棒5用做可旋转的阳极导流装置，并与具有导电性的筒形部件4和电镀液形成导电回路的一部分，实现对筒形部件的内壁的电沉积，以形成防护涂层。根据本发明的各种实施例的电镀装置，不需将作为被镀件的筒形部件放入电镀槽中，筒形部件本身用做用于容纳电镀液的容器的一部分，利用外加的用于引导电镀液流动的循环***，在被镀的筒形部件的内壁附近形成一个类似电镀槽的环境，从而实现电沉积。

根据本发明的上述各种实施例的电镀装置，能够对具有较大长度直径比的筒形部件的内壁采用电沉积技术获得涂层，筒形部件的长度理论上不受限制，只要电镀液泵送距离能够保证即可，例如筒形部件的长度可达10米以上，可旋转的电极棒的直径在1毫米以上。通过使作为阳极的电极棒旋转，可以实现电沉积获得的涂层的均匀分布，电极棒的旋转能够减少电镀液浓度差极化现象的出现，提高电流效率，保证涂层的质量。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本发明的技术问题的基础上，实现更多种电镀装置。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (10)

1.一种在筒形部件(4)内壁上形成涂层的电镀装置，所述筒形部件具有导电性并包括环形的主体部、以及位于所述主体部的相对两端的开口，所述电镀装置包括：

两个绝缘封盖(1)，分别安装在所述筒形部件的两个开口上，以与所述主体部一起形成用于容纳电镀液的封闭的容器，在两个所述绝缘封盖上分别设有用于向所述容器输送电镀液的入口(2)和用于从所述容器排出电镀液的出口(7)；

电极棒(5)，所述电极棒的两端分别能够旋转地安装在所述绝缘封盖上，使得所述电极棒与所述筒形部件形成电极对；

电源(12)，所述电源的两个电极分别电连接至所述电极棒和所述筒形部件；

电镀液循环***，通过所述入口和出口与所述容器连通，以驱动所述电镀液循环流动；以及

至少一个紧固装置，每个紧固装置包括：

拉杆(10)，所述拉杆在所述主体部的外侧穿过两个所述绝缘封盖；以及

两个螺栓(9)，分别螺旋连接到所述拉杆的两端，以将所述绝缘封盖压紧在所述开口上。

2.如权利要求1所述的电镀装置，其中，每个所述绝缘封盖包括：

基部；以及

凸缘，从所述基部的周边突出并贴合在一个所述开口的外壁上。

3.如权利要求2所述的电镀装置，其中，所述凸缘的内侧设有与所述开口的外壁接触的至少一个第一密封环(6)。

4.如权利要求1所述的电镀装置，其中，所述电镀液循环***包括：

多个管路(14)；

储液槽(15)，用于存储电镀液；以及

驱动泵(16)，安装在所述管路中，以驱动所述电镀液在所述储液槽、管路和容器内循环流动。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的电镀装置，其中，所述电极棒的第一端安装在一个所述绝缘封盖的内侧的大致中心位置，另一端穿过另一个所述绝缘封盖并延伸到所述另一个绝缘封盖的外部。

6.如权利要求5所述的电镀装置，其中，还包括驱动电机(11)，与所述电极棒的延伸到所述另一个绝缘封盖的外部的部分连接，以驱动所述电极棒旋转。

7.如权利要求6所述的电镀装置，其中，所述电极棒周期性地正反向往复旋转。

8.如权利要求6所述的电镀装置，其中，所述电极棒可相对于所述另一个绝缘封盖轴向滑动，并且在所述电极棒与所述另一个电极棒结合的部位设有至少一个第二密封环(8)。

9.如权利要求1-4中的任一项所述的电镀装置，还包括用于保持容器内的电镀液具有大致稳定的温度的恒温装置。

10.如权利要求1-4中的任一项所述的电镀装置，其中，所述筒形部件为核反应堆中使用的包壳管、和/或反应堆中使用的主管道、蒸汽发生器管、以及钍基熔盐堆中的热交换器管。