Procedimiento para formar un revestimiento de óxido que reduce la acumulación de especies radiactivas sobre una superficie metálica.

Se desvela un procedimiento para formar un revestimiento de óxido para reducir la acumulación de especies radiactivas sobre una superficie metálica expuesta a fluidos que contienen partículas cargadas.

El procedimiento incluye preparar una suspensión coloidal acuosa que contiene de aproximadamente el 0,5 a aproximadamente el 35% en peso de nanopartículas que contienen al menos una de entre titania y zirconia, y aproximadamente del 0,1 a aproximadamente el 10% de ácido 2-[2-(2-metoxietoxi)etoxi]acético (C7H14O5) o ácido polifluorosulfónico en agua, depositar la suspensión coloidal acuosa sobre la superficie metálica, secar la suspensión coloidal acuosa para formar un revestimiento verde y, después, calentar el revestimiento verde a una temperatura de hasta 500ºC para densificar el revestimiento verde y formar un revestimiento de óxido con un potencial zeta menor de o igual a la polaridad eléctrica de las partículas cargadas para minimizar la deposición de las partículas cargadas sobre la superficie metálica. Las nanopartículas tienen un diámetro de hasta aproximadamente 200 nanómetros.

Procedimiento para formar un revestimiento de óxido que reduce la acumulación de especies radiactivas sobre una superficie metálica.

Antecedentes de la invención La invención se refiere, en general, a revestimientos y a procedimientos para su deposición. Más 5 particularmente, la invención se refiere a un revestimiento cerámico para su uso en un entorno acuoso para inhibir la acumulación de depósitos de superficies metálicas dentro del entorno acuoso, y a un procedimiento para formar el revestimiento cerámico usando un procedimiento de base coloidal, de manera que el revestimiento cerámico sea denso, tenga un espesor controlado y presente un potencial zeta igual a o menor que la polaridad eléctrica de los depósitos primarios causa de preocupación. 10

Los componentes que se exponen a entornos acuosos a alta temperatura, por ejemplo áreas de tobera y garganta de conjuntos de bomba de chorro, impulsores, tubos condensadores, tuberías de recirculación y piezas de un generador de vapor en reactores nucleares de agua en ebullición, están sometidos a depósitos de productos insolubles que es el resultado de partículas cargadas dentro del refrigerante caliente (típicamente agua de aproximadamente 100 a aproximadamente 300 ºC) que se depositan sobre las superficies expuestas de los componentes. Con el tiempo, los 15 depósitos de productos insolubles dan como resultado la formación de una capa de "depósitos de impurezas de corrosión" de óxido, densa y gruesa, sobre las superficies expuestas de los componentes. La acumulación de depósitos de productos insolubles en un aspecto operativo y de mantenimiento importante para los reactores nucleares de agua en ebullición, por ejemplo porque la acumulación de depósitos de productos insolubles degrada la eficacia del sistema de recirculación de flujo de refrigeración de un reactor, reduciendo sustancialmente las velocidades de flujo del 20 refrigerante (agua) y reduciendo el rendimiento del sistema de flujo de refrigeración. Además de la acumulación de depósitos de productos insolubles, los componentes también son susceptibles a la acumulación de material radiactivo sobres sus superficies, por ejemplo, especies radiactivas de cobalto atrapadas en el refrigerante. Los depósitos de productos insolubles típicamente se retiran de las superficies de los componentes del reactor nuclear de agua en ebullición durante las paradas programadas regulares del reactor. Sin embargo, este enfoque es costoso y no sirve para 25 mantener la eficacia del sistema de recirculación de flujo de refrigeración entre paradas. Por lo tanto, sería deseable desarrollar un revestimiento que fuera particularmente adecuado para minimizar o eliminar la tasa de depósitos de productos insolubles de las superficies expuestas a entornos acuosos a alta temperatura.

Breve descripción de la invención Los inventores de la presente solicitud han resuelto el problema de minimizar o eliminar la tasa de depósitos de 30 productos insolubles sobre los componentes expuestos a entornos de agua a alta temperatura desarrollando un revestimiento de base acuosa y un procedimiento para depositar el revestimiento sobre las superficies de los componentes para minimizar o eliminar la tasa de depósitos de productos insolubles de especies radiactivas sobre la superficie del componente.

Brevemente, de acuerdo con una realización, un procedimiento forma un revestimiento de óxido sobre una 35 superficie metálica para reducir la deposición de partículas cagadas sobre la superficie metálica cuando entra en contacto con un refrigerante que contiene las partículas cargadas. El procedimiento incluye preparar una suspensión coloidal que contiene de aproximadamente el 0, 5 a aproximadamente el 35 por ciento en peso de nanopartículas que contienen al menos una de entre titania y zirconia, depositar la suspensión coloidal acuosa sobre la superficie metálica, secar la suspensión coloidal acuosa para formar un revestimiento verde y después calentar el revestimiento verde a una 40 temperatura de hasta 500 ºC para densificar el revestimiento verde y producir el revestimiento de óxido con un potencial zeta menor de o igual a la polaridad eléctrica de las partículas cargadas, para minimizar la deposición de las partículas cargadas sobre la superficie metálica.

Otros aspectos de la invención incluyen revestimientos formados mediante el procedimiento descrito anteriormente, así como componentes protegidos mediante dichos revestimientos. El revestimiento es bastante 45 adecuado para proteger diversos tipos de superficies metálicas de los depósitos de productos insolubles, que pueden ser el resultado de las partículas presentes, a menudo, en los refrigerantes, por ejemplo el agua refrigerante usada en los reactores nucleares de agua en ebullición. Los ejemplos no limitantes son componentes formados de aleaciones basadas en níquel, aleaciones basadas en hierro, aceros inoxidables, por ejemplo acero inoxidable AISI tipo 304, incluyendo ejemplos notables de los mismos, áreas de tobera y garganta de conjuntos de bomba de chorro, impulsores, 50 tubos condensadores, tuberías de recirculación y piezas de un generador de vapor de reactores nucleares de agua en ebullición.

Un aspecto notable del procedimiento y el revestimiento resultantes es que el revestimiento puede producirse para que sea denso, que tenga un espesor controlado y que tenga un potencial zeta en su superficie que permita que el revestimiento minimice significativamente los depósitos de partículas cargadas, incluyendo especies radiactivas, así 55 como los depósitos de productos insolubles presentes típicamente en el agua refrigerante. La capacidad de aplicar el revestimiento usando un procedimiento basado en coloides facilita la capacidad del revestimiento de ser aplicado a componentes que ya han estado en servicio, en tanto que el procedimiento basado en coloides de la presente invención no requiere un equipo extensivo y parámetros de procesamiento extremos, por ejemplo, temperaturas y presiones, en comparación con otros procedimientos de deposición, tales como deposición química en fase vapor (CVD) , deposición 60 física en fase vapor (PVD) y similares, y no está limitado por la línea visual y otras restricciones geométricas como en los procedimientos CVD. Además, el procedimiento basado en coloides de la presente invención también es capaz de proporcionar una ventaja de coste significativa respecto a CVD y otros procedimientos típicos que se emplean comúnmente para depositar revestimientos cerámicos similares.

En un aspecto, un procedimiento para formar un revestimiento de óxido comprende preparar una suspensión coloidal acuosa que contiene de aproximadamente el 0, 5 a aproximadamente el 35 por ciento en peso de 5 nanopartículas que comprenden una de entre titania y zirconia; depositar la suspensión coloidal acuosa sobre una superficie metálica; secar la suspensión coloidal acuosa para formar un revestimiento verde; y calentar el revestimiento verde a una temperatura de hasta 500 ºC para densificar el revestimiento verde y formar un revestimiento de óxido sobre la superficie metálica, con lo que el revestimiento de óxido tiene un potencial zeta menor de o igual a una polaridad eléctrica de las partículas cargadas en contacto con un revestimiento de óxido, de manera que minimiza la 10 deposición de las partículas cargadas sobre la superficie metálica.

En otro aspecto, un procedimiento para inhibir la deposición de partículas cargadas sobre una superficie metálica comprende preparar una suspensión coloidal acuosa que contiene de aproximadamente el 0, 5 a aproximadamente el 35 por ciento en peso de nanopartículas que contienen al menos una de entre titania y zirconia en agua y de aproximadamente el 0, 1 a aproximadamente el 10% de ácido 2-[2- (2-metoxietoxi) etoxi]acético (C7H14O5) o 15 ácido polifluorosulfónico; sumergir un objeto metálico en la suspensión coloidal acuosa durante una duración de aproximadamente 1 a aproximadamente 120 minutos; extraer el objeto metálico de la suspensión coloidal acuosa a una velocidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 centímetros/minuto; secar la suspensión coloidal acuosa para formar un revestimiento verde sobre el objeto; y calentar el revestimiento verde a una temperatura de hasta 500 ºC para densificar el revestimiento verde y formar un revestimiento de óxido con un espesor de aproximadamente 0, 1 a 20 aproximadamente 10, 0 micrómetros y un potencial zeta menor de o igual a una polaridad eléctrica de las partículas cargadas en contacto con el objeto metálico para minimizar la deposición de las partículas cargadas sobre el objeto metálico.

Breve descripción de los dibujos Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para formar un revestimiento de óxido, caracterizado porque comprende:

depositar una suspensión coloidal acuosa que contiene de aproximadamente el 0, 5 a aproximadamente el 35 por ciento en peso de nanopartículas que comprenden una de entre titania y zirconia sobre una superficie metálica;

secar la suspensión coloidal acuosa para formar un revestimiento verde; y 5

calentar el revestimiento verde a una temperatura de hasta 500 ºC para densificar el revestimiento verde y formar un revestimiento de óxido sobre la superficie metálica,

con lo que el revestimiento de óxido tiene un potencial zeta menor que, o igual a, una polaridad eléctrica de las partículas cargadas en contacto con el revestimiento de óxido, para minimizar la deposición de las partículas cargadas sobre la superficie metálica. 10

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las nanopartículas tienen un diámetro de hasta aproximadamente 200 nanómetros.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la suspensión coloidal acuosa contiene adicionalmente de aproximadamente el 0, 1% a aproximadamente el 10% de ácido 2-[2- (2-metoxietoxi) etoxi]acético (C7H14O5) o ácido polifluorosulfónico en agua. 15

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la suspensión coloidal acuosa se deposita sumergiendo la superficie metálica en la suspensión coloidal acuosa durante una duración de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 120 minutos y a una temperatura de aproximadamente 25 a aproximadamente 35 ºC.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie metálica se extrae de la 20 suspensión coloidal acuosa a una velocidad de aproximadamente 1, 0 a aproximadamente 10, 0 centímetros/minuto.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la suspensión coloidal acuosa se seca al aire a una temperatura de aproximadamente 25 ºC a aproximadamente 35 ºC durante de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 60 minutos.

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento verde se calienta a 25 una temperatura de aproximadamente 100 ºC a 500 ºC durante de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 3 horas.

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento verde se calienta a una velocidad de aproximadamente 1, 0 ºC/minuto a aproximadamente 10, 0 ºC/minuto.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento de óxido presenta 30 una resistencia a la adhesión de al menos 70 MPa a la superficie metálica.

10. Un revestimiento de óxido formado por el procedimiento de la reivindicación 1.