[发明专利]在筒形部件内壁上形成涂层的装置和方法

说明书

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；以及电镀液循环系统，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。

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，以及第四代钍基熔盐堆(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；以及电镀液循环系统，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。