[發明專利]核燃料棒用涂層包殼及制造方法

在審

• 申請號: 202110281859.4
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113035384A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張顯生;李云;肖玲;薛佳祥;嚴巖;武海龍;任啟森
• 申請（專利權）人: 中廣核研究院有限公司;嶺東核電有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: G21C3/06
• 分類號: G21C3/06;G21C21/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 張捷美

本發明涉及一種核燃料棒用涂層包殼及制造方法，該涂層包殼包括：包殼管本體；涂層，涂層設置在包殼管本體的外側壁；保護層，保護層包括沿包殼管本體徑向設置的多個凸起，多個凸起均設置在涂層的外側。本申請提供的上述方案，由于包殼管本體上的涂層的外側上設置有凸起，該凸起可以防止拉棒、轉運操作等過程中其它部件與表面涂層直接接觸，從而防止表面涂層被刮傷或刮落。

技術領域

本發明涉及核燃料技術領域，特別是涉及一種核燃料棒用涂層包殼及制造方法。

背景技術

目前常見商用輕水堆中，所使用的核燃料組件由核燃料棒陣列組成，通常的陣列形式為17X17，組件中包含264根燃料棒、24根導向管和1根儀表管。燃料棒由鋯合金包殼管密封焊接而成，內部裝有陶瓷氧化物燃料芯塊。

核燃料組件服役環境是高溫高壓水，對于壓水反應堆(PWR)，溫度可達360℃，壓力可達15.5MPa。在正常運行工況下，構成核燃料棒的鋯合金包殼會在與冷卻劑接觸中發生氧化，這種氧化會形成脆性氧化物，影響包殼的機械性能。同時，核燃料組件中，因異物或流致振動等影響會存在鋯合金包殼發生磨蝕失效的風險。為此，核工業界嘗試了在鋯合金包殼表面涂覆表面涂層的方法加強包殼的抗磨蝕能力。實際上，通過不斷改進鋯合金包殼的設計、運行控制以及改善水化學條件等方法，核工業已成功地將鋯合金包殼在正常運行工況下的腐蝕控制在了非常低的水平。

但在事故工況下，反應堆堆芯溫度通常超過700℃，甚至可達1200℃的高溫，此時，冷卻劑將以高溫水蒸氣的形式存在。在反應性引入事故(RIA)或冷卻劑喪失事故(LOCA)或乏燃料水池失水等假想事故條件下，鋯合金包殼將可能面臨這類高溫水蒸氣環境，鋯合金與高溫水蒸氣的快速反應將產生大量的氫氣，存在發生氫氣爆炸的風險。在隨后的驟冷過程中，鋯合金包殼可能因脆化而大規模失效。因而，需要盡可能地限制鋯合金包殼的高溫氧化。為此，核工業界正在開發事故容錯燃料(Accident Tolerant Fuel)，其近期的重要方向就是在鋯合金表面涂覆耐高溫腐蝕的涂層。

如上所述，為抵抗正常運行工況下的腐蝕、磨蝕以及假想事故條件下的高溫氧化腐蝕，核工業界嘗試在鋯合金表面涂覆涂層進行改進。

對于鋯合金表面涂覆涂層的包殼管，在核燃料組件加工制造的燃料棒拉棒操作等過程中，容易導致鋯合金包殼管上的表面涂層被刮傷或刮落的問題，從而影響燃料棒的整體性能。

發明內容

基于此，有必要針對現有的燃料棒在拉棒操作等過程中，容易導致鋯合金包殼管上的表面涂層被刮傷或刮落的問題，提供一種核燃料棒用涂層包殼及制造方法。

本發明提供了一種核燃料棒用涂層包殼，包括：

包殼管本體；

涂層，所述涂層設置在所述包殼管本體的外側壁；

保護層，所述保護層包括沿所述包殼管本體徑向設置的多個凸起，多個所述凸起均設置在所述涂層的外側。

上述核燃料棒用涂層包殼，由于包殼管本體上的涂層的外側上設置有凸起，該凸起可以防止拉棒、轉運操作等過程中其它部件與表面涂層直接接觸，從而防止表面涂層被刮傷或刮落。

在其中一個實施例中，所述涂層包括純鉻涂層，多個所述凸起圍成網狀結構。

在其中一個實施例中，所述網狀結構上的中空部位設置有涂層紋點。

在其中一個實施例中，所述網狀結構由三角形結構、圓形結構、橢圓形結構或其它多邊形結構中的任意一種形成，或者，

所述網狀結構由三角形結構、圓形結構、橢圓形結構或其它多邊形結構中的至少兩種形成。

在其中一個實施例中，多個所述凸起在所述涂層表面連續形成豎紋結構、斜紋結構或螺紋結構中的任意一種。