способ изготовления защитной техники из урана и его сплавов

Формула изобретения

Способ изготовления изделий защитной техники из урана и его сплавов, включающий нанесение на поверхность металлической основы промежуточного покрытия, содержащего оксид алюминия и наплавку, на эту поверхность урана или его сплавов, отличающийся тем, что в качестве металлической основы используют контейнер из нержавеющей стали, изготовленный в виде внешней герметизирующей оболочки изделия, промежуточное покрытие дополнительно содержит ортофосфорную кислоту, флюорит, хромовый ангидрид и воду при следующем соотношении компонентов, мас.

Ортофосфорная кислота 14 19

Оксид алюминия 6 11

Флюорит 39 52

Хромовый ангидрид 14 19

Вода Остальное

при этом промежуточное покрытие наносят на внутреннюю поверхность герметизирующей оболочки с последующей сушкой и термообработкой, а наплавку урана или его сплавов осуществляют путем заливки его в этот контейнер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления изделий защитной техники из конструкционного обедненного урана и его сплавов путем литья.

Изделия защитной техники из обедненного урана и его сплавов используются в различных отраслях народного хозяйства в установках, приборах, где применяются высокоактивные источники радиационного излучения. Это, например, контейнеры для хранения и транспортировки высокоактивных материалов, кожухи аппаратов для ионизирующего излучения (медицинские аппараты, дифектоскопы и т. д. ), различные экраны. Как правило такие изделия имеют следующие конструктивные особенности:

внешняя герметизирующая металлическая оболочка (кожух), например, выполненная в виде стакана;

непосредственно защитный материал (свинец, уран и др.),

внутренняя полость для помещения в нее высокоактивных материалов; заглушка.

Сочетание физических, механических и технологических свойств урана и его сплавов превосходит характеристики других материалов биологической защиты.

Применение урана для целей защиты от ионизирующего излучения позволяет уменьшить массу и габариты приборов и аппаратов по сравнению с другими материалами.

Известен способ изготовления контейнеров из отливок с внутренней полостью для размещения радионуклидов, заключающийся в нанесении урана на внешнюю поверхность трубы из циркония методом заливки. Однако такие трубы дороги, их трудно изготовить и сложно придать им требуемую форму, т.к. обычно контейнеры имеют внутренние полости с довольно сложной конфигурацией. Использование стальной трубы невозможно из-за взаимодействия стали с ураном с образованием эвтектики при 725^oC.

Известен способ изготовления изделий защитной техники, например контейнеров, заключающийся в нанесении на внешнюю поверхность стальной трубы керамического покрытия из оксида алюминия, оксида магния материалов не взаимодействующих с ураном с последующей наплавкой на него урана [1]

Известен также способ изготовления изделий защитной техники, которые используются в качестве контейнеров для радиоактивных материалов, включающий нанесение на внешнюю поверхность металлической основы (трубы) методом плазменного напыления подслоя из сплава Ni-AL с последующим нанесением на него промежуточного покрытия из оксида алюминия и наплавлением на эту поверхность урана [2] Этот способ выбран в качестве прототипа.

Недостатками известного способа являются невозможность нанесения методом плазменного напыления промежуточного покрытия на внутренние полости изделия защитной техники, отсутствие внешней изолирующей оболочки (кожуха), что может привести к опасности загрязнения окружающей среды.

В основу изобретения поставлена задача создать способ изготовления изделий защитной техники, который обладал бы высокой технологичностью и свел бы к минимуму опасность загрязнения окружающей среды в процессе изготовления изделий.

Поставленная задача решается способом изготовления изделий защитной техники из урана и его сплавов, который включает нанесение на поверхность металлической основы промежуточного покрытия, содержащего оксид алюминия, и наплавление на эту поверхность урана или его сплавов. Отличие предлагаемого способа заключается в том, что в качестве основы используют контейнер из нержавеющей стали, изготовленный в виде герметизирующей оболочки изделия, промежуточное покрытие, дополнительно содержит ортофосфорную кислоту, флюорит, хромовый ангидрид и воду при следующем соотношении компонентов, мас.

Ортофосфорная кислота (H₃PO₄) 14-19

Оксид алюминия (Al₂O₃) 6-11

Флюорит (CaF₂) 39-52

Хромовый ангидрид (CrO₃) 14-19

вода (H₂O) Остальное

которое наносят на внутреннюю поверхность контейнера с последующей сушкой и термообработкой, а наплавление урана или его сплавов осуществляют путем заливки его в этот контейнер.

Использование контейнера из нержавеющей стали, который в изобретении изготовлен и в дальнейшем используется как внешняя герметизирующая оболочка (кожух) изделия, а в процессе изготовления изделия является литейной формой, приводит к высокой технологичности и сводит к минимуму опасность загрязнения окружающей среды в процессе изготовления изделий.

На внутреннюю поверхность контейнера наносят промежуточное покрытие, новизна которого заключается в дополнительном введении определенных ингредиентов и в специально подобранном соотношении компонентов, мас. ортофосфорная кислота 14-19; оксид алюминия 6-11; хромовый ангидрид 14-19, в готовом покрытии после сушки и термообработки при 450^oC создают наиболее благоприятное соотношение оксидов AL₂ O ₃:P₂O₅:CrO₃=1:1:1, что обеспечивает наиболее высокие прочностные свойства покрытия, а в сочетании с флюоритом в количестве 39-52 мас. высокую эрозионную прочность. Вода используется для создания суспензии, позволяющей наносить покрытие методом полива, кистью или краскопультом.

Специально подобранный состав позволил получить промежуточное покрытие, которое имеет высокую адгезию к нержавеющей стали, обладает прочностью достаточной, чтобы препятствовать эрозионному разрушению от гидравлического воздействия струи жидкого урана при сливе его в герметизирующую оболочку (кожух). При этом покрытие не взаимодействует с расплавленным ураном и его сплавами до температуры слива.

Адгезионную прочность покрытия определяли на адгезиометре (см. Н.П. Дубинин др. "Кокильное литье", Справочное пособие, М. Машиностроение, 1967, с. 460). Пригораемость покрытия определяли на технологических пробах визуально по наличию промежуточного покрытия, прилипшего к извлеченной из литейной формы отливки, и рассчитывали в к общей площади отливки. Легирующие свойства покрытий определяли по результатам химического и металлографического анализов поверхностного слоя отливки, малое проникновение (до 0,01 мм) компонентов промежуточного покрытия в заливаемый в форму металл считалось удовлетворительным.

Все указанные характеристики исследовались на образцах, полученных по методике изготовления изделий, и на основании лучших результатов был выбран оптимальный состав промежуточного покрытия. Характеристики покрытия приведены в таблице.

Для лучшего понимания изобретения ниже приведены конкретные примеры его выполнения.

Пример 1. Защитное изделие из урана (заглушка), входящее в комплект радиационной установки, состоит из оболоченной формы (контейнера) из нержавеющей стали марки Х18Н10Т, которая представляет собой глухую снизу емкость D150 и высотой 300 мм. Внутренняя поверхность оболочки подвергалась пескоструйной обработке для удаления загрязнений.

Покрытие наносилось обливным способом с последующей сушкой и термообработкой при 450^oC. В нагретую до 900^oC оболочку заливали 40 кг обедненного урана. Температура слива металла 1300^oC. Плавка проводилась в вакууме 1,3 Па. После плавки литейная сборка охлаждалась до комнатной температуры вместе с печью. У извлеченной литейной сборки механически удалялась прибыльная зона и изделие герметизировалось сваркой.

В таблице приведены составы промежуточных покрытий, которые наносились на внутреннюю поверхность контейнера из нержавеющей стали.

Готовое изделие представляет собой герметичную оболочку с нанесенным на внутреннюю поверхность промежуточным покрытием заполненную литым ураном.

Пример 2. Защитное изделие из урана, входящее в комплект установки для радиационной обработки посевного зерна, состоит из оболочечной формы (контейнера) из нержавеющей стали марки Х18Н10Т, которая представляет собой глухую снизу полую внутри емкость квадратного сечения с размерами по наружной поверхности 250250 мм и внутренней поверхности 150150 мм и высотой 300 мм. Внутренняя поверхность контейнера подвергалась пескоструйной обработке для удавления загрязнений.

Покрытие лучшего состава (приведено в таблице) наносили обливным методом на внутреннюю поверхность контейнера с последующей сушкой и термообработкой при 450^oC. В контейнер заливали 120 кг сплава урана с 2,5 мас. молибдена. Контейнер предварительно нагревали до 900^oC. Температура слива сплава 1350^oC. Плавка проводилась в вакууме 1,3 Па. После плавки литейная сборка охлаждалась до комнатной температуры вместе с печью, затем механически удалялась прибыльная зона и изделие герметизировалось электросваркой.

Готовое изделие представляет собой контейнер, состоящий из герметизирующей оболочки с внутренней полостью для размещения в ней излучающего агента (соответствующих радионуклидов), выполненный из нержавеющей стали с нанесенным промежуточным покрытием. Объем между внутренней полостью и герметизирующей оболочкой заполнен сплавом урана и загерметизирован сваркой. После помещения во внутреннюю полость излучающего агента полость закрывается специальной крышкой.

Предлагаемый способ изготовления изделий защитной техники позволяет сократить производственный цикл, существенно уменьшить трудозатраты, свести к минимуму опасность загрязнения окружающей среды при изготовлении, транспортировке и сборочных работах.