摘要：在CANDU-6燃料制造過程中，使用金屬鍍膜工藝在附件表面涂覆金屬鈹。其中，涂層厚度是衡量涂層質(zhì)量的重要指標，而涂層厚度與加熱曲線有密切關(guān)系?，F(xiàn)通過理論研究和實驗驗證，確定了涂鈹機的初始加熱電流控制曲線，使其滿足加熱元件快速升溫的要求，保證金屬鈹材在規(guī)定時間內(nèi)完全揮發(fā)。將此研究結(jié)果應(yīng)用于燃料日常生產(chǎn)中，可提高涂層厚度的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：涂鈹機;初始加熱電流曲線;涂層厚度

0 引言

涂鈹機采用真空加熱蒸發(fā)涂覆技術(shù)，在高真空條件下，使用電阻絲加熱蒸發(fā)金屬鈹，在附件特定表面形成均勻的鈹涂層，作為后續(xù)釬焊的釬料，使附件和包殼管牢固結(jié)合在一起?，F(xiàn)在我公司使用的1#涂鈹設(shè)備是羅馬尼亞FCN公司制造的IDB-620型涂鈹機。在實際生產(chǎn)中，涂鈹機存在兩個問題：（1）蒸發(fā)所用的金屬鈹材在技術(shù)要求、時間范圍內(nèi)無法完全揮發(fā);（2）金屬鈹材完全揮發(fā)后，涂層厚度偏低，處于技術(shù)要求范圍下限。生產(chǎn)出的附件涂層厚度波動較大，會影響后續(xù)的釬焊質(zhì)量。

加熱元件作為涂鈹機的核心部分，利用鉬絲的正溫度電阻系數(shù)特性實現(xiàn)對坩堝的迅速加熱。根據(jù)鉬絲的電阻率隨溫度變化大這一特性，設(shè)計初始加熱電流控制曲線時，應(yīng)注意鉬絲周圍傳熱情況不一致，可能造成鉬絲局部溫度驟升，該部分溫度高使得電阻劇增，導致該部分功率增大，功率增大后該部分溫度會更高，如此惡性循環(huán)可能造成該段鉬絲過熱而損壞，所以在低溫段加熱電流的增加不應(yīng)過大。因此，確定涂鈹機的加熱曲線尤為重要。

1 加熱電流控制曲線方案1

方案1采用的初始加熱電流控制曲線如圖1所示，為保證加熱元件鉬絲低溫段不因過流熔斷，將開始的加熱電流設(shè)置較低，30 min后使用113 A電流進行恒流加熱，監(jiān)控加熱過程中電壓及功率變化，加熱結(jié)束后對涂層厚度和鈹材剩余情況進行分析。

統(tǒng)計3次加熱實驗中達到加熱功率峰值的時間、功率值、加熱元件電阻值、鈹材剩余量及涂層厚度值，如表1所示。

方案1的3次加熱實驗，基本在加熱60 min后，功率達到峰值1 760 W左右，加熱元件鉬絲阻值穩(wěn)定在0.137 Ω，鈹材開始穩(wěn)定揮發(fā)。加熱結(jié)束后，鈹材剩余量在2.0～2.3 g，涂層厚度為13.2～13.5 μm，不符合薄隔離塊涂層厚度要求。

方案1的電流增加方式造成鉬絲阻值增加慢，功率較小，升溫時間長，導致在規(guī)定時間內(nèi)鈹材無法完全揮發(fā)，涂層厚度不符合要求。

2 加熱電流控制曲線方案2

方案2采用的初始加熱電流控制曲線如圖2所示，在加熱元件鉬絲通電加熱5 min后，采用113 A電流進行恒流加熱，監(jiān)控加熱過程中電壓及功率變化，加熱結(jié)束后對涂層厚度和鈹材剩余情況進行分析。

統(tǒng)計3次加熱實驗中達到加熱功率峰值的時間、功率值、加熱元件電阻值、鈹材剩余量以及涂層厚度值，如表2所示。

方案2的3次加熱實驗，基本在加熱35 min后，功率達到峰值1 765 W左右，加熱元件鉬絲電阻值穩(wěn)定在0.137 Ω，鈹材開始穩(wěn)定揮發(fā)。加熱結(jié)束后，檢查加熱元件中心坩堝內(nèi)鈹材剩余情況，鈹材無剩余，完全揮發(fā)，涂層厚度為15.0～15.2 μm，涂層厚度有所提高，符合薄隔離塊涂層厚度要求。

方案2加熱元件加熱5 min后，采用113 A大電流恒流控制直到加熱結(jié)束，實現(xiàn)加熱元件的快速升溫，鈹材能夠完全揮發(fā)，涂層厚度符合技術(shù)要求。但加熱元件常溫時電阻較低，采用大電流進行加熱時，鉬絲周圍傳熱情況不一致，可能造成鉬絲局部溫度驟升，該部分溫度高使得電阻劇增，導致該部分功率增大，功率增大后溫度會更高，如此惡性循環(huán)可能造成該段鉬絲過熱而損壞，縮短加熱元件的使用壽命。

3 初始加熱電流控制曲線方案3

方案3采用的初始加熱電流控制曲線如圖3所示，在加熱元件鉬絲充分預熱后，30 min后采用117 A高電流，實現(xiàn)加熱元件的快速升溫，監(jiān)控加熱過程中電壓以及功率變化，加熱結(jié)束后對涂層厚度和鈹材剩余情況進行分析。

統(tǒng)計3次加熱實驗中達到加熱功率峰值的時間、功率值、加熱元件電阻值、鈹材剩余量以及涂層厚度值，如表3所示。

方案3的3次加熱實驗，基本加熱38 min后，功率達到峰值1 825 W左右，在40 min后，采用113 A進行恒流加熱，功率穩(wěn)定在1 770 W，加熱元件鉬絲電阻值穩(wěn)定在0.137 Ω，鈹材開始穩(wěn)定揮發(fā)。加熱結(jié)束后，檢查加熱元件中心坩堝內(nèi)鈹材剩余情況，鈹材無剩余，完全揮發(fā)，涂層厚度為15.3～15.8 μm，涂層厚度符合薄隔離塊涂層厚度要求。

方案3在加熱元件充分預熱后，30～35 min采用117 A高電流實現(xiàn)加熱元件的快速升溫，在40 min后，再采用113 A相對較低的電流進行恒流加熱，既能保證在規(guī)定時間內(nèi)完成鈹材揮發(fā)，又避免了在低溫段對加熱元件施加過高電流，影響加熱元件鉬絲的使用壽命，適合反復快速升降溫的涂鈹機電流曲線控制。

4 結(jié)論

方案1的升溫時間長，鈹材揮發(fā)不完全，導致涂層厚度不符合技術(shù)要求。

方案2的升溫時間短，鈹材能夠完全揮發(fā)，涂層厚度符合技術(shù)要求，但在加熱元件低溫段采用大電流，可能造成加熱元件鉬絲熔斷，縮短加熱元件的使用壽命。

方案3的升溫時間短，在加熱元件充分預熱后，采用較大電流使加熱元件快速升溫，能夠保證在規(guī)定時間內(nèi)鈹材完全揮發(fā)，適合反復快速升降溫的涂鈹機初始電流參數(shù)控制。

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收稿日期：2020-06-04

作者簡介：習建勛（1985—），男，內(nèi)蒙古包頭人，工程師，研究方向：核燃料制造。