DE1239180B - Verfahren zum Plattieren von Eisenmetallen mit Uran, Zirkonium, Uranlegierungen oder Zirkoniumlegierungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int C!.;

B 23p

Deutsche Kl.; 491 -5

Nummer: 1239 180

Akleuxekhen: υ 101631 b/491

Anmcldctag: 27. September 1963

Auslegetag: 20. April 196?

Die Erfindung betrifft da Verfahren zum Plattkren von Eisenlegierungen mit Uran, Zirkonium, Uranlegierungen oder Zirkoaiumlegierungen, bei dem die beiden Plattkrungspariner in einen Behälter gebfacht werden, der Behälter unter Vakuum verschlossen, samt Inhalt auf dee Temperatur zwischen 600 und 1000° C erhitzt und in diesem Zustand rasch so Mark ausgescbmiedet wird, daß die Dicke der Plalticrungspartner auf etwa 50*/· ihrer anfänglichen Dicke verringert wird, der Behälter stunt Inhalt sodann wieder auf eine Temperatur zwischen 600 und 1000° C erhitzt, etwa 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten und so stark quergewakt wird, daß die Dicke der Plattkrungspartncr weiter auf etwa 20*/» ihrer anfingßcben Dicke verringert wird, daß die Temperatur noch etwa I Stunde zwischen 600 und 1000⁰C gehalten, der Behälter samt Inhalt der Luft gekühlt und darauf von den Ptattlerungspaitocm entfernt wird.

Man hnt bereits versucht, Speltstoffclcmentkcmc aus mit rostfreiem Stahl bekleidetem Uran oder mit rostfreiem Stahl bekleideten Uran-Zirkonium-Lcgicrungen herzustellen, indem naan den Stahl auf den Kern bei höheren Temperaturen aufgewalzt hat Meistens, besonders bei uranhaltigen Kernen, bildete sich dabei jedoch an der Grenzfläche eine chemische Verbindung aus den Metallen, die spröde war und einen stark erniedrigten Schmelzpunkt aufwies, so daß die Festigkeit der Bindung beeinträchtigt wurde. Ei ist jedoch sehr wichtig, daß der Kern während seiner ganzen Verwendungszeit pt geschützt ist, damit das Kühlmittel des Reaktors, welches bei vielen Reaktoren aus Wasser besteht, keinen Zutritt zu dem Spaltsieb des Kernes erlängt und mit ihm nicht reagieren kann.

Andere Bestandteile von Kernreaktoren werden aus Zirkonium oder Zirfconjumlcgkrungen hergestellt und mit rostfreiem Stahl oder anderen Eiscnmctancn bekleidet. Der Stahl kann die gegen Angriff und Abnutzung beständige Oberfläche auf einem Element aus einer Zirkoniumlegierung darstellen; z. B. können mit einer Zirkoniumlegierung bekleidete Spaltstoifelemcnte auf ihren äußerte Oberflächen Kontaktteile aas Kohlenstoffstahl besitzen. In anderen Fällen kamt ein Element aus rostfreiem Stahl mit einem Element aus einer Zirkoniumlegierung zusammengefügt werden.

Es ist bekannt, eine übenugsfoüe auf ein Grundmctall dadurch mit verbesserter Haftung aufzulöten, daß der Lutswgang unter Vakuum durchgeführt wird (USA.-Palcntechrift 27131%).

Es ist ferner bekannt, bei der Herstellung vor Zirkoniumplattkrungcn auf anderen Metallen, wie Verfahren zum Plattieren von Eisenmctalkn mit
Uran, Zirkonium, Uranlcgkrungea
ader Zirkoniumlejiervnfcn

ίο Anmelden

United States Atomic Energy Commission,
Gcnmantown. Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abilz und Dr. D. Morf,

Patentanwälte, München 27, PicnzcnaucrStr. 28

** Als Erfinder benannt:
Frank Baldwin Quinlan,
Robert George Wheeler,
Rkhland, Wash. (V. S«. A.)

Beanspruchte PrioiMl:
V. St. v. Amerika vom 11. Oktober 1962
(230014)

Stahl, mittels Einwirkung von Druck und Wärme dnc

as Diffusion zwischen den beiden Ptattierunppartncrn, die zum Entstehen brüchiger, intermciailisdier Verbindungen in der Plattkrangszsonc führt, durch An* Ordnung einer difliöionxhemmemlen Zwischenschicht zu verhindern. In dem bekannten Verfahren werden

«o je eine Plauierschkht aus Suhl und aus Zirkonium oder einer Zirkoniumlegierung unter Einlegen einer Zwischenschicht aus einer Ehen-Chrom-Legierung in einer Schutzgasatmosphäre oder unter Evakuieren auf 730 bis 930⁴C erwlrmt, das Pake« wird dann unter Dickcnvcrmindcrung z. B. geschmiedet, erneut auf 31S bis 900° C erwärmt and auf mindestens ein Viertel seiner ursprünglichen Dicke ausgewalzt (britische Patentschrift 772805).

Ab diffuaiooihemmende Zwischenschicht sind bei

So EdclinetaOüberzigcfi auf Stahl Metalle wie Rhenium, Titan, Vanadium, Niob, Tantal, Molybdän oder Wolfram bekannt (deutsche Patentschrift 904490).

TOT Mil m

Derartige diffusionshemmende Schichten wurden bereits in der Form von Folien zwischen die Plattierungspartner eingelegt, z.B. zwischen Lagerschalen aus Stahl und einer Auflage aus Nichteisenmetall (deutsche Patentschrift 744 031).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene Verfahren zum Plattieren von Eisenmetallen mit Uran, Zirkonium, vorwiegend Zirkonium enthaltenden Legierungen und Uran-Zirkonium-Legierungen so zu verbessern daß die Plattierungspartner durch Walzen bei höheren Temperaturen miteinander verbunden werden können, ohne daß sich an den aneinander anliegenden Grenzflächen der Plattierungspartner eine spröde Verbindung bildet. Es soll hierdurch eine Anordnung mit zufriedenstellender Wärmeleitfähigkeit gewonnen werden, und die starke Bindung sowie die gute Wärmeleitfähigkeit bei der Verwendung der Anordnung im Reaktor sollen erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen die beiden Plattierungspartner vor dem Einbringen in den Behälter eine Trennschicht aus Molybdän gelegt wird.

Zwischenschichten aus Molybdän und ähnlichen Metallen sind, wie erwähnt, zwar in Verbindung mit einer Edelmetallplattierung bekannt, beispielsweise bei der Herstellung von Knopfzahnstiften aus Nickel, die mit einem Goldmantel versehen sind. Durch die Erfindung wird dagegen erstmalig die Eignung einer Molybdänschicht bei einem Plattierungsverfahren offenbart, das mit Schmieden und Querwalzen bei erhöhter Temperatur unter Vakuum arbeitet.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Temperatur liegt, wie erwähnt, im Bereich von 600 bis 1000° C. Da jedoch der Umwandlungspunkt der (χ- in die /?-Phase bei Uran 660° C beträgt, ist es vielfach zweckmäßig, bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 660° C zu arbeiten. Durchaus zufriedenstellende Ergebnisse wurden bei 640° C erzielt. Das gibt etwas Spielraum für einen Temperaturanstieg infolge mechanischer Bearbeitung beim anschließenden Walzen, ohne daß die oben angegebene Grenze von 660° C überschritten wird.

Wenn das mit dem Eisenmetall zu bekleidende Element kein Uran enthält, besteht eine solche Temperaturgrenze nicht, und man kann ohne weiteres bei Temperaturen bis 1000° C arbeiten. Zwischen der Temperatur und der Bearbeitungszeit besteht eine gewisse Beziehung. Je höher die Temperatur ist, eine desto geringere Bearbeitungszeit und eine desto geringere mechanische Bearbeitung ist erforderlich.

Beispiel 1

Plattieren von Eisenlegierungen mit einer
Zirkoniumlegierung

Ein 0,889 mm dickes, 19 mm breites und 7,62 cm langes Blech aus einer Zirkoniumlegierung (1,4% Zinn, 0,14% Eisen, 0,1% Chrom, 0,05% Nickel, Rest Zirkonium) wird auf beiden Seiten mit 0,05 mm starker Molybdänfolie bedeckt und zwischen zwei 1,27 mm dicke Bleche aus rostfreiem Stahl (20% Chrom, 9,5% Nickel, Rest Eisen) eingelegt, die in ihrer Breite und Länge etwas größer sind als das Zirkoniumlegierungsblech. Dieser Schichtkörper wird in einen genau passenden »BilderrahmenÄ-Behälter aus rostfreiem Stahl eingelegt, der durch Verschweißen unter Vakuum verschlossen wird. Der Behälter mit seinem Inhalt wird auf 640° C erhitzt und rasch durch Schmieden auf etwa 50% der ursprünglichen Dicke reduziert. Der so behandelte Verbundkörper wird 2 Stunden auf 640° C gehalten und dann quergewalzt, bis seine Dicke auf 20% der ursprünglichen Dicke vermindert ist. Das Querwalzen erfolgt bei 640° C. Der Verbundkörper wird dann nochmals 1 Stunde auf 640° C gehalten und dann an der Luft gekühlt. Hierauf wird der Behälter

ίο aus rostfreiem Stahl von dem Schichtkörper entfernt. Der Schichtkörper wird dann metallographisch untersucht, wobei sich herausstellt, daß sich zwischen der Zirkoniumlegierung, dem Molybdän und dem rostfreien Stahl Diffusionsbindungen gebildet haben.

Ferner wird der Schichtkörper Biege- und Zerreißprüfungen unterworfen, wobei gefunden wird, daß keine Neigung zur Schichtentrennung besteht.

Beispiel 2

Plattieren einer Eisenlegierung mit einer
Zirkoniumlegierung

Ein Blech aus Zirkoniumlegierung wird gemäß Beispiel 1, jedoch nur einseitig, mit einer 0,05 mm dicken Molybdänfolie beschichtet. Auf die Molybdänfolie wird ein einziges Blech aus kohlenstoffarmem Stahl von 1,27 mm Dicke aufgebracht, welches die gleiche Größe besitzt wie das Zirkoniumlegierungsblech. Dann wird das Verfahren nach Beispiel 1 durchgeführt, wobei man die gleichen Ergebnisse erzielt.

Beispiel 3
Plattieren von Eisenlegierungen mit Uran

Man arbeitet nach Beispiel 1, jedoch mit Uran an Stelle der Zirkoniumlegierung in dem Schichtkörper. Hierbei erhält man die gleichen Ergebnisse.

Das Verfahren kann auch mit Erfolg auf die Bekleidung von Kernen, die aus 5 Gewichtsprozent stark angereichertem Uran und 95 Gewichtsprozent Zirkonium oder aus 98% natürlichem Uran und 2% Zirkonium bestehen, mit rostfreiem Stahl angewendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Plattieren von Eisenmetallen mit Uran, Zirkonium, Uranlegierungen oder Zirkoniumlegierungen, bei dem die beiden Plattierungspartner in einen Behälter gebracht werden, der Behälter unter Vakuum verschlossen, samt Inhalt auf eine Temperatur zwischen 600 und 1000° C erhitzt und in diesem Zustand rasch so stark ausgeschmiedet wird, daß die Dicke der Plattierungspartner auf etwa 50% ihrer anfänglichen Dicke verringert wird, der Behälter samt Inhalt sodann wieder auf eine Temperatur zwischen 600 und 1000⁰C erhitzt, etwa 2.Stunden auf dieser Temperatur gehalten und so stark quergewalzt wird, daß die Dicke der Plattierungspartner weiter auf etwa 20% ihrer anfänglichen Dicke verringert wird, daß die Temperatur noch etwa 1 Stunde zwischen 600 und 1000° C gehalten, der Behälter samt Inhalt an der Luft gekühlt und darauf von den Plattierungspartnern entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Plattierungspartner vor

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dem Einbringen in den Behälter eine Trenn- In Betracht gezogene Druckschriften: schicht aus Molybdän gelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Deutsche Patentschriften Nr. 904 490, 744 031;

kennzeichnet, daß die Trennschicht in Form einer britische Patentschrift Nr. 772 805;

2 mm starken Folie verwendet wird. 5 USA.-Patentschrift Nr. 2 713 196.

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