Раствор для электрохимического полирования циркония и его сплавов

(59 4 С ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСКОМУ ЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) (57) РАСТВОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕС- . КОГО ПОЛИРОВАНИЯ ЦИРКОНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ, содержащий хлористый калий и формамид, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности раствора, он дополнительно содержит ацетамид и уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов:Хлористый калий, г 4 0 Ацетамид, г 5 Уксусная кислота, мл 0 Формамид, лИзобретение относится к электро- химической обработке металлов, в частности к полированию циркония и его сплавов, например сплавов циркония с 1 и 2,57.-ниобия, и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и сборок энергетических реакторов с оболочками из сплавов на основе циркония.Для электрохимического полирования тугоплавких металлов (титан, тантал, цирконий) и их сплавов известны как водные растворы, так и растворы на основе неводного растворителя. Для электрохимического полирования тугоплавких металлов наиболее широкое распространение получил водный раствор, состоящий из смеси плавиковой, серной и азотной кислот с введением поверхностно-активных веществОбязательным компонентом данного раствора является плавиковая кислота, как источник атакующего агента-иона фтора, причем наиболее целесообразной концентрацией плавиковой кислоты, обеспечивающей устойчивость электродного потенциала и стабильность анод- ного растворения, является 20-307. В процессе эксплуатации раствор устойчив, не требует проработки, обладает высокой работоспособностью (до 50-80 А ч/л). Однако применительно к производству ТВЭЛ наличие Фтора в растворе требует использования специальных методов отмывки и контроля наличия остаточного фтора на поверхности, поскольку наличие Фтора на поверхности циркония и его сплавовприводит к развитию коррозии.Использование неводного растворителя в качестве основы для раствора позволяет в качестве активирующего агента применять ионы хлора. За рубежом в основном нашли применение растворы на основе уксусной и хлорной кислот следующего состава 185 мп НС 10, 765 мл СНзСООН, 50 мл Н О.В отечественной промышленности такие растворы не используются из-за ряда недостатков:взрывоопасности, необходимости строгого контроля за составом и режимом полирования, применения высокого напряжения (25 - 100 В), дефицитности химикатов, повышенных требований к выполнению правил техники безопасности. Частично указанные недостаткиустраняет известный раствор для электрохимического полирования тугоплавких металлов и их сплавов, который5 содержит Формамид с добавками солейхлористого тетраалкиламмония и хлористого калия,Этот раствор обеспечивает высокоекачество обрабатываемой поверхности(10) при анодных плотностях тока0,19 - 0,3 А/см . Его работоспособность (стабильность) составляет8-10 А ч/л, Раствор не взрывоопасен,не активен к обрабатываемому металлубез наложения тока и не требуетпредварительной проработки.Существенным недостатком известного раствора является низкая работоспособность, так как в процессе работы происходит увеличение рН среды,приводящее к образованию гелеобразного осадка, резко снижающего работоспособность. Дефицитность и высокаястоимость хлористого тетраалкиламмония (стоимость хлористого тетраэтиламмония за 1 кг равна 430 руб)также является недостатком.Целью изобретения является повы,шение стабильности раствора.Цель достигается тем, что раствор, содержащий хлористый калий иформамид,дополнительно содержит ацетамид и уксусную кислоту, при следующем соотношении компонентов:35 Хлористый калий, г 40-50Ацетамид, г 10-15Уксусная кислота, мл 10-20Формамид, л До 1Полирование рекомендуют проводить40 при анодных плотностях тока 0,51,5 А/см и температуре раствора менее ЗООС (18-25 С). При температуре выше 30 С процессэлектрополирования нарушается и переходит в процесс электротравления, Ори этом на полируемой поверхности роявляются питтинги.В данном растворе хлористый ка- О лий служит источником атакующегоагента-иона хлора, обеспечивающим процесс анодного растворения, Ацет-.амид добавляют с целью увеличения порядка структуры раствора, что улучу шает качество полирования. Введениев состав раствора органической карбоновой кислоты стабилизирует рН в процессе работы и тем самым предотвра124 Состав раствора, реким н результаты обработки Примеры 3 Хлористый калий 45 12,тамид, г 1 О сная кислота,о 1 до ид л 18-25,5 0,5 Среднее ар отклонение етиче е мкм,496 до полирования О, 111 О, 115 О, 15 О, 154 О, 118 О, 120 120 сле полирования асс чистот аб ования 10 а 10 б 1 Об 10 а 10 б после полнрова з 967 щает образование гелеобразного осадка, снижающего работоспособность.Выбор граничных значений для хлористого.калия объясняется тем, что при содержании его менее 40 мл/л , 5 процесс полирования переходит в процесс электротравления. При содержании более 50 г/л в электролите появляется нерастворимый остаток, приводящий к ухудшению качества полирсва ния.Для ацетамида граничные значения выбраны исходя из того, что при содержании менее 10 г/л на обрабатываемой поверхности появляются матовые 15 пятна, а увеличение свыше 15 г/л нецелесообразно, поскольку улучшения качества полирования не наблюдается.Содержание карбоновой кислоты менее 10 г/л не обеспечивает стабили зацию рН раствора в процессе работы. Если взять карбоновую кислоту в количествах более 20 г/л, то наблюдается обильное пенообразование, приводящее к ухудшению качества обраба тываемой поверхности.Вместо уксусной кислоты могут быть использованы жидкие,голомоги,ациклических предельных монокарбоновых кислот, которые являются кислотами примерно одинаковой силы.Для приготовления раствора в формамид добавляют расчетное количество компонентов в любой последовательности и перемешивают до полного растворения солей без подогрева.Изобретение иллюстрируется несколькими примерами, представленными в таблице, где приведены результаты полировки сварных соединений тепловыделяющих элементов реакторов ВВЭР, РБМК, выполненных электронно-лучевой сваркой, с целью обеспечения их коррозионной стойкости, Качество обработки оценивалось визуально и на профилометре модели 283. Таким образом, изобретение позволяет в 10 раз повысить стабильность раствора при сохранении высокого качества обрабатываемой поверхности.Повышение стабильности и замена дорогостоящего хлористого тетраалкиламмония позволяют улучшить технико-экономические показатели данного раствора.967124ВПродолжение таблицы Состав раствора, реким и результаты обработки Съем металла, мкм 1133гг ,Скорость. съема, мкм/мии 1133 222233 Стабилькость раствора А ч/л 10 70 80 80 80 80 8080 Редактор О. Яновчик Техред В.Кадар. Корректор М,Самборская Заказ 6259/2 Тираж 615 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж,Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4