用于將涂層涂覆于管的內(nèi)部的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了用于將涂層（14）涂覆在管（10）的內(nèi)部的方法和裝置。此類方法（40、400）可包括將涂布液（18）的層（20）涂覆在管（10）的內(nèi)表面（16）上，以及使平滑構(gòu)件（22）以相距內(nèi)表面（16）一定距離的方式穿過管（10）。可選擇涂布液（18）的粘度，使得涂布液（18）的層（20）的厚度基本上等于或超過與涂層（14）的所需最終厚度（Tf）相關(guān)的預(yù)定濕膜厚度（Twf）。平滑構(gòu)件（22）與內(nèi)表面（16）之間的距離可基本上對(duì)應(yīng)于預(yù)定濕膜厚度（Twf）。平滑構(gòu)件（22）可對(duì)所述涂布液（18）進(jìn)行平滑化處理并從內(nèi)表面（16）上去除超過濕膜厚度（Twf）的涂布液（18）。
【專利說明】用于將涂層涂覆于管的內(nèi)部的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明一般涉及涂層的涂覆，并更具體地涉及在管的內(nèi)表面上涂覆涂層。
【背景技術(shù)】
[0002]具有內(nèi)涂層的管廣泛應(yīng)用于工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。涂層具有各種各樣的用途，例如，在可能損壞管的結(jié)構(gòu)完整性的高溫、高壓或化學(xué)腐蝕的條件下，使用涂層來給管的材料提供防腐蝕保護(hù)。涂層還可以提高經(jīng)受嚴(yán)苛條件的管的耐磨性，從而延長此類管的工作壽命。
[0003]在核應(yīng)用中，具有石墨基內(nèi)涂層的燃料管護(hù)套可以提高燃料性能。在CANDU ?
(CANada Deuterium Uranium)反應(yīng)堆中，鈾顆粒燃料裝載在已預(yù)先涂有石墨的Zircaloy?護(hù)套管中。通過用石墨懸浮液(即，漿液，其隨后干燥形成石墨涂層)預(yù)先涂覆護(hù)套來產(chǎn)生石墨涂層O
[0004]已經(jīng)描述了制備具有內(nèi)涂層的管的各種方法。一種通常使用的方法是噴涂法，其中，噴涂裝置沿管的內(nèi)部前進(jìn)，并通過噴涂將涂層材料噴射在管的內(nèi)表面上。也能夠通過以下方式來涂覆管:將涂層材料涂覆在管的內(nèi)部，將管定位在水平位置，然后滾動(dòng)管以在管的內(nèi)表面上產(chǎn)生相對(duì)均勻的涂層?？梢杂美缛芤骸腋∫?漿液和乳液來涂覆涂層。許多涂層需要在涂覆之后進(jìn)行干燥，所述干燥可在環(huán)境條件下完成，或通過將濕涂層暴露在氣流、真空、高溫或它們的組合下完成。一些涂層還需要涉及后續(xù)的高溫固化，以實(shí)現(xiàn)所需的涂層特性或確保涂層材料附著在管上的牢固性。
[0005]已知適合穿過安裝管線內(nèi)部的清管器或塞子可用于重修石油管道、天然氣管道和其它流體管道的內(nèi)部表面。已知有不同類型的清管器，從簡單的子彈形清管器到更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，包括前進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)穿過管的螺旋形構(gòu)造的裝置(us 4，425，385)、具有間隔圓環(huán)的清管器(US 4，069，535)、具有刷子的清管器(US 5，326，400)。在使用時(shí)，將流體倒入細(xì)長管的開口端，清管器插入該管的同一端并推動(dòng)清管器穿過該管。可以使用引入到清管器后緣的諸如液壓流體或壓縮氣體等加壓流體推動(dòng)某些清管器，以將清管器推動(dòng)穿過管并且使清管器密封地接合管的內(nèi)表面。清管器還可應(yīng)用于管線行業(yè)來除垢并清理工作管線的內(nèi)表面，以減少熱量或流體的損失并提聞管的完整性和壽命。
[0006]一種被稱為“流涂(flood coating)”的管涂布法包括用涂布液灌裝管，之后通過重力允許涂布液從管中排出。此方法使用低粘度涂布液來提供厚度小于大約10微米的薄涂層。在流涂方法中，需要低粘度的涂布液來提供均勻的涂層表面。通過這種方法形成的涂層通常具有涂層厚度從管的頂部向底部增加的梯度。為增加使用流涂方法的涂層的整體厚度，在涂層干燥之后，可以再應(yīng)用一次流涂法。然而，在幾次涂布之后，涂層到達(dá)厚度不能進(jìn)一步增加的最大厚度。這是因?yàn)橥坎家洪_始溶解先前沉積的涂層。此外，多次涂覆涂層以實(shí)現(xiàn)所需的最終涂層厚度是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的，因而成本很高。
[0007]因此，需要對(duì)涂層在管的內(nèi)表面上的涂覆進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]在各個(gè)方面中，例如，本發(fā)明描述了用于將涂層涂覆在管的內(nèi)部的方法、裝置和套件。
[0009]因此，在一方面中，本發(fā)明描述了一種用于將所需最終厚度的涂層涂覆在管的內(nèi)表面的至少一部分上的方法。所述方法可包括:將涂布液(涂料液)的層涂覆在所述管的內(nèi)表面的所述至少一部分上，所述涂布液具有選定的粘度，使得所涂覆的涂布液層的厚度具有基本上等于或超過與所述涂層的所述所需最終厚度相關(guān)的預(yù)定濕膜厚度；以及使平滑構(gòu)件(整平構(gòu)件)以相對(duì)于所述管的內(nèi)表面的涂布液涂覆部分間隔的關(guān)系并以相距該涂布液涂覆部分最小距離的方式穿過所述管，所述最小距離基本上對(duì)應(yīng)于所述濕膜厚度，所述平滑構(gòu)件構(gòu)造成對(duì)所述涂布液進(jìn)行平滑化處理并從所述管的內(nèi)表面的涂布液涂覆部分上去除超過所述濕膜厚度的涂布液。
[0010]在另一方面中，本發(fā)明描述了 一種用于將所需最終厚度的涂層涂覆在核燃料護(hù)套的內(nèi)表面上的方法。所述方法可包括:將涂布液的層涂覆在所述護(hù)套的內(nèi)表面上，所述涂布液具有選定的粘度，使得所涂覆的涂布液層的厚度基本上等于或超過與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的預(yù)定濕膜厚度；以及使平滑構(gòu)件在與所述護(hù)套的內(nèi)表面之間基本上保持最小間隔距離的同時(shí)穿過所述護(hù)套的內(nèi)腔，所述最小間隔距離基本上對(duì)應(yīng)于所述濕膜厚度，所述平滑構(gòu)件構(gòu)造成對(duì)所述涂布液進(jìn)行平滑化處理并從所述護(hù)套的內(nèi)表面上去除超過所述濕膜厚度的涂布液。
[0011]例如，在各種實(shí)施例中，在所述平滑構(gòu)件穿過之前，可將管和/或護(hù)套或者管和/或護(hù)套的至少一部分支撐成處于基本上直立(例如，基本上豎直)的方向。因此，使所述平滑構(gòu)件穿過管/護(hù)套的內(nèi)腔可包括允許所述平滑構(gòu)件在重力的作用下自由下落。
[0012]在另一方面中，本發(fā)明描述了一種用于將涂層涂覆在管的內(nèi)表面的至少一部分上的方法。所述方法包括:將涂布液的層涂覆在所述管的內(nèi)表面的所述至少一部分上，涂層的厚度基本上等于或超過所需濕膜厚度；以及使平滑構(gòu)件以相對(duì)于所述管的內(nèi)表面的涂布液涂覆部分間隔的關(guān)系并以相距該涂布液涂覆部分最小距離的方式穿過所述管，所述最小距離基本上對(duì)應(yīng)于所述涂布液層的濕膜厚度，所述平滑構(gòu)件構(gòu)造成對(duì)所述涂布液進(jìn)行平滑化處理并從所述管的內(nèi)表面的涂布液涂覆部分上去除超過所述濕膜厚度的涂布液。
[0013]在又一方面中，本發(fā)明描述了一種用于將所需最終厚度的涂層涂覆在具有預(yù)定橫截面尺寸的管的內(nèi)表面上的套件。所述套件包括:涂布液，其用于涂覆在所述管的內(nèi)表面上，所述涂布液適于產(chǎn)生厚度基本上等于或超過與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的預(yù)定濕膜厚度的涂布液層；以及平滑構(gòu)件，其構(gòu)造成在使所述平滑構(gòu)件與所述管的內(nèi)表面之間基本上保持最小間隔距離的同時(shí)穿過所述管，所述最小間隔距離基本上對(duì)應(yīng)于所述涂布液的濕膜厚度。
[0014]從下文詳細(xì)的描述和附圖中可以清楚本申請(qǐng)主題的這些方面和其它方面的更多細(xì)節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]現(xiàn)在參考附圖，其中:
[0016]圖1示出了具有適合于涂覆的內(nèi)表面的管的等軸測圖；
[0017]圖2示出了沿圖1的線2-2截取的圖1的管的局部放大橫向截面，其中管具有涂覆在其內(nèi)表面上的涂層；
[0018]圖3A示出了沿圖1的線3-3截取的圖1的管的縱向截面，其中管已充滿涂布液；
[0019]圖3B示出了沿圖1的線3-3截取的圖1的管的縱向截面，其中一部分涂布液已從管中排出；
[0020]圖3C示出了在涂布液的平滑化處理期間沿圖1的線3-3截取的圖1的管的縱向截面；
[0021]圖4A是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于對(duì)管的內(nèi)表面涂覆的方法的流程圖；
[0022]圖4B是示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的用于對(duì)管的內(nèi)表面涂覆的方法的流程圖；
[0023]圖5示出了為分割涂布后的管以測量涂層厚度而選取的位置；以及
[0024]圖6示出了在涂布后的管上進(jìn)行劃痕試驗(yàn)的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025]通過參考附圖來描述各個(gè)實(shí)施例的各個(gè)方面。
[0026]圖1示出了適合于與本文所述的方法和裝置結(jié)合使用的管10。管10可以是適合于在諸如工業(yè)、商業(yè)、化學(xué)和/或核應(yīng)用等各種應(yīng)用中使用的任何類型的管。管10可包括內(nèi)腔12，內(nèi)腔12可具有大致圓形的橫截面?？蛇x地，顯而易見的是，具有諸如正方形、矩形、三角形、橢圓形、非圓形和/或其它輪廓等其它橫截面輪廓的內(nèi)腔的管也適合于與本文所述的方法和裝置一起使用。
[0027]管10例如可包括核燃料護(hù)套，該核燃料護(hù)套適合收納通常在諸如CANDU ?(CANada Deuterium Uranium)反應(yīng)堆等核應(yīng)用中使用的鈾顆粒燃料。因此,管10可由通常在此類應(yīng)用中使用的任何材料制成，例如，Zircaloy?。根據(jù)管10的應(yīng)用和可能經(jīng)受條件，管10的內(nèi)部可能會(huì)需要包含改進(jìn)特性并因此提高管10的性能的一種或多種涂層。在核燃料護(hù)套的情況下，管10的內(nèi)部可能需要包括涂層。該涂層例如可包括諸如石墨基涂層等陶瓷涂層。
[0028]圖2示出了沿圖1的線2-2截取的管10的局部放大橫向截面，其中管10具有涂覆在其內(nèi)表面16上的示例性涂層14。涂層14可涂覆管10的基本整個(gè)內(nèi)表面16或可選地涂覆內(nèi)表面16的至少一部分。涂層14可具有如圖2所示的所需最終厚度Tf。最終厚度Tf可對(duì)應(yīng)于涂層14在固化和/或干燥之后的所需厚度。最終厚度Tf可對(duì)應(yīng)于涂層14要求的最小所需厚度。在核應(yīng)用中，具有石墨基內(nèi)涂層的燃料護(hù)套能夠提高核燃料的性能。根據(jù)本發(fā)明，可以通過用石墨漿液預(yù)先涂覆管10 (例如，護(hù)套)來實(shí)現(xiàn)石墨涂層，其中石墨漿液可以涂覆在管10的內(nèi)表面16上，隨后干燥以產(chǎn)生所需最終厚度Tf的石墨涂層。
[0029]圖3A至圖3C均示出了管10的放大縱向截面并示意性地示出了用于將所需最終厚度Tf的涂層14涂覆在管10的內(nèi)表面16的至少一部分上的方法。圖3A示出了這樣的管10:已基本上充滿涂布液18，使得涂布液18可涂覆在管10的內(nèi)表面16上?？赏ㄟ^附圖標(biāo)記17示意性示出的合適支架支撐管10。支架17例如可包括滴定管架、試管架和/或其它適合的結(jié)構(gòu)。在管10灌裝涂布液18期間，可使用合適的塞子19對(duì)管10的一端進(jìn)行基本密封。圖3B示出了這樣的管10:允許一些涂布液18從管10排出，而涂布液18的層20保留在管10中。在平滑構(gòu)件22通過之前，涂布液18的層20可具有變化的厚度，該厚度基本上等于或超過基于涂層14的所需最終厚度Tf而選取的預(yù)定濕膜厚度Twf。圖3C示出了平滑構(gòu)件22正在通過管10的內(nèi)腔12。平滑構(gòu)件22的整體(即，最大)外部尺寸OD小于內(nèi)腔12的相應(yīng)整體(即，最大)尺寸，以便在平滑構(gòu)件22通過期間在平滑構(gòu)件22與管10的內(nèi)表面16之間留有間隙。在平滑構(gòu)件22與管10的內(nèi)表面16之間的間隙可基本上等于濕膜厚度Twf。平滑構(gòu)件22可具有在其穿過管10期間提供自動(dòng)定心作用的形狀。例如，平滑構(gòu)件22可大致為“子彈形”。例如，平滑構(gòu)件22的前端26可具有截頭圓錐表面24。因此，平滑構(gòu)件22的自動(dòng)定心特性可允許平滑構(gòu)件22基本上沿管10的中心軸線28(例如，與管10的中心軸線28同軸地)穿過管10。
[0030]圖4A和圖4B示出了可用于將涂層14涂覆在管10的內(nèi)表面16上的方法40、400的流程圖。下文還將參考圖3A至圖3C描述用于涂覆涂層14的各種方法40、400。
[0031]參考圖4A，方法40例如可包括:將涂布液18涂覆在管10的內(nèi)表面16上；以及對(duì)涂布液18進(jìn)行平滑化處理(平整)并除去超過濕膜厚度Twf的涂布液18。具體而言，可涂覆涂布液18，使得涂布液18的層20至少涂覆在管10的內(nèi)表面16的涂布液涂覆部分上。涂布液18可以具有選定的粘度(預(yù)定粘度)，使得涂布液18的層20的厚度基本上等于或超過與涂層14的所需最終厚度Tf有關(guān)的濕膜厚度Twf (參見圖3B)?？赏ㄟ^使平滑構(gòu)件22以相對(duì)于管10的內(nèi)表面16的涂布液涂覆部分間隔的關(guān)系并以相距該涂布液涂覆部分最小距離(例如，Twf)的方式穿過管10來完成涂布液18的平滑化處理。在平滑構(gòu)件22與管10的內(nèi)表面16之間的最小距離可基本上對(duì)應(yīng)于濕膜厚度Twf。平滑構(gòu)件22可構(gòu)造成對(duì)涂布液18進(jìn)行平滑化處理并從管10的內(nèi)表面16的涂布液涂覆部分上去除超過濕膜厚度Twf的涂布液18。
[0032]參考圖4B，方法400例如可包括:
[0033]確定在管10的內(nèi)表面16上產(chǎn)生具有所需最終厚度Tf的涂層14需要的涂布液18的濕膜厚度Twf ；
[0034]用具有特性(例如，粘度)的涂布液18灌裝管10 (參見圖3A)，以在管10的內(nèi)表面16上至少形成預(yù)定的濕膜厚度Twf ；
[0035]將管10支撐成基本上直立并允許一部分涂布液18從管10中排出(參見圖3B)；
[0036]使平滑構(gòu)件22以相距內(nèi)表面16最小間隔距離的方式穿過管10，以對(duì)涂布液18進(jìn)行平滑化處理并除去超過濕膜厚度Twf的涂布液18 (參見圖3C);以及
[0037]使涂布液18固化/干燥，以產(chǎn)生具有所需最終厚度Tf的涂層14。
[0038]方法40、400可包括支撐和/或定向管10，使得在平滑構(gòu)件22穿過之前，管10的內(nèi)表面16的至少正在被涂覆的部分處于基本上直立的方向。例如，管10可定向成管的中心軸線28基本上豎直。完成上述定向，使得平滑構(gòu)件22可以在重力的作用下穿過(即，下降)管10的內(nèi)表面16的涂布液涂覆部分。例如，可允許平滑構(gòu)件22只在重力的作用下自由下落穿過管10?？蛇x地，在通過期間，可推動(dòng)(例如，推和/或拉)平滑構(gòu)件22以使其穿過管10。管10的直立定向還能在管10的整個(gè)內(nèi)表面16上基本均勻地涂覆涂層14。在一些應(yīng)用中，理想的是，在高溫條件(例如，高于室溫)下涂覆涂布液18，使得涂布液18可以在管10上更迅速地干燥/固化。
[0039]在當(dāng)管10被支撐成處于基本直立的方向時(shí)用涂布液18灌裝期間，可以塞住管10的一端(即，下端)，然后把涂布液18倒入管10中并使涂布液18距離管10的頂部約0.5cm(參見圖3A)?？蛇x地，例如，可使用基本密封管10底部的適當(dāng)涂布液分配裝置(例如，注射器)將涂布液18注入管10的底部并使管10充滿涂布液18。在灌裝之后，可取下塞子19，以便允許管10排出多余的涂布液18 (參見圖3B)?？蓮墓?0的頂端將平滑構(gòu)件22引入管10的內(nèi)腔12，并允許平滑構(gòu)件22在重力作用下下降(即，向下自由下落)穿過管10和/或在其它推動(dòng)裝置的作用下穿過管10并從管10的底部取出(參見圖3C)。當(dāng)由于適當(dāng)選擇粘度而使涂布液18粘附在管10的內(nèi)表面16上時(shí)，涂布液18的層20可與平滑構(gòu)件22相互作用以在平滑構(gòu)件22穿過管10期間使平滑構(gòu)件22自動(dòng)定心。平滑構(gòu)件22的穿過可提供相對(duì)均勻的涂布液18的厚度，并因此在管10的內(nèi)表面16上提供相對(duì)均勻的涂層14的最終厚度Tf。可允許涂布液18在管10的內(nèi)表面16上變干，以形成具有最終厚度Tf的涂層14。管10還可在空氣或真空烤箱中烘干或暴露在氣流或真空中，以分離出多余的溶劑或添加劑和/或使涂層材料固化。
[0040]涂布液18例如可以是溶液、乳濁液、膠體、漿液或它們的組合。因此，涂布液18可以包括漿液(即，懸濁液)，該漿液包括溶劑或能夠在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下干燥而蒸發(fā)掉的溶劑與涂層材料的混合物。例如，涂布液18可包含摻有涂層材料的有機(jī)溶劑或水，涂層材料可包括將要涂覆在管10的內(nèi)表面16上的陶瓷級(jí)粉末、樹脂、聚合物和/或顆粒物。溶劑有助于在涂布液18中保持漿液形式的涂層材料，并且還可與相關(guān)材料化學(xué)相容，使得溶劑不會(huì)與管10和/或涂層材料發(fā)生反應(yīng)?？墒褂靡环N或多種水溶劑，以及有機(jī)溶劑和/或它們的組合。例如，一些有機(jī)溶劑適合于在一些應(yīng)用中使用，并且可包括例如具有一個(gè)或多個(gè)羥基基團(tuán)的C1-C6烴，例如，異丙醇或乙醇。
[0041]溶劑可以單獨(dú)使用，或與一種或多種其它的溶劑和/或添加劑一起混合使用，以實(shí)現(xiàn)所需的漿液粘度和/或諸如濃度和表面張力等其它所需特性。例如，可通過調(diào)節(jié)涂布液18 (例如，漿液)的固體濃度來調(diào)節(jié)涂布液18的粘度和/或其它特性。由于涂布液18的濕膜厚度Twf與涂層14的最終厚度Tf (例如，在固化/干燥之后)相關(guān)，因此，可基于產(chǎn)生涂層14的最終厚度Tf需要的所需濕膜厚度Twf來選擇涂布液18的粘度和/或其它特性。因此，通過適當(dāng)?shù)剡x擇涂布液18的特性和平滑構(gòu)件22，涂布液18能夠在一次涂覆中實(shí)現(xiàn)涂層14的所需最終厚度。
[0042]根據(jù)具體應(yīng)用和涂層14所需的物理/化學(xué)/機(jī)械特性，涂布液18還可包括具有陶瓷級(jí)粉末、樹脂、聚合物、石墨、金屬氧化物、碳化物、顆粒物或它們的組合的涂層材料。涂布液18中的涂層材料可具有細(xì)顆粒尺寸和窄尺寸分布，以在管10的內(nèi)表面16上提供具有基本均勻厚度的涂層14?？蛇x地，涂布液18還可包括一種或多種表面活性劑、乳化劑、鹽、粘合劑和增稠劑。例如，在一些應(yīng)用中，合適的涂布液18可包括購自Henkel公司的市售DAG ? 154懸池液,該懸池液已被加熱蒸發(fā)掉一些異丙醇溶劑，以使懸池液總質(zhì)量減少約20%至30%或市售懸濁液的約25%至26%。
[0043]根據(jù)需要，可通過改變/調(diào)節(jié)涂布液18的溶劑量、溶劑比率、涂層材料或其它成分來調(diào)節(jié)涂布液18的粘度。例如，當(dāng)涂布液18中的固體材料的百分比增加(例如，固體體積濃度或固體重量百分比增加)時(shí)，也可增加涂布液18的粘度。還可通過減少涂布液18中的溶劑的量來實(shí)現(xiàn)涂布液18的粘度的增加。例如，在加熱和/或真空條件下可蒸發(fā)掉一些溶齊U?？蛇x的，可通過向涂布液18添加溶劑來降低粘度。
[0044]可調(diào)整涂布液18的粘度，使得在平滑構(gòu)件22已穿過管10之后涂布液18基本上不會(huì)發(fā)生流動(dòng)。換言之，可選擇/調(diào)節(jié)涂布液18的粘度，使得所需的預(yù)定濕膜厚度Twf可以保持在管10的內(nèi)表面16上。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，涂布液18實(shí)現(xiàn)并基本上保持所需濕膜厚度Twf需要的粘度取決于諸如內(nèi)表面16的方向(即，重力的作用)、涂布液18的濃度和表面張力以及內(nèi)表面16的濕潤度等因素。
[0045]因此，可根據(jù)具體工藝參數(shù)和根據(jù)涂層14的所需特性來選擇/調(diào)節(jié)涂布液18的粘度和其它可能的特性。
[0046]通過使用適當(dāng)粘度的涂布液18，即使在涂覆涂布液18和/或平滑構(gòu)件22穿過期間管10相對(duì)于水平方向傾斜或定向成處于基本直立(B卩，豎直)的方向，管10的整個(gè)內(nèi)表面16 (例如，基本上沿整個(gè)長度)也能獲得相對(duì)均勻的涂層厚度(例如，濕膜厚度Twf)?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)涂布液18的初始粘度來實(shí)現(xiàn)涂層14的所需最終厚度Tf。如上所述，濕膜厚度Twf與涂層14的最終厚度Tf相關(guān)。例如，根據(jù)涂布液18的特性和內(nèi)含物，涂布液18在平滑構(gòu)件22穿過之后且在固化/干燥之前的濕膜厚度Twf可能是涂層14的所需最終(即，干燥/固化后)厚度Tf的大約十倍。因此，根據(jù)工藝參數(shù)并在一定限度內(nèi)，可選擇/調(diào)節(jié)涂布液18的粘度，使得在一次涂覆中實(shí)現(xiàn)的濕膜厚度Twf可以產(chǎn)生具有所需最終厚度的涂層14。可選地，如果在一次涂覆中不能實(shí)現(xiàn)涂層14的所需最終厚度，那么可重復(fù)方法40、400的步驟/部分來進(jìn)行多次的涂覆。
[0047]平滑構(gòu)件22的整體尺寸(例如，最大直徑)可小于管10的內(nèi)腔12的相應(yīng)整體尺寸(例如，最大直徑)。具體而言，對(duì)于圓形管而言，平滑構(gòu)件22可具有最大外徑OD小于管10內(nèi)腔12的內(nèi)徑的圓形橫截面?？蛇x擇平滑構(gòu)件22的外徑0D，使得可在平滑構(gòu)件22與管10的內(nèi)表面16之間留有基本上等于預(yù)定濕膜厚度Twf的間隙。平滑構(gòu)件22可具有大致為“子彈形”的形狀并包括大致呈尖狀的前端26、相對(duì)方形的后端和適合于管10內(nèi)腔12的橫截面輪廓的橫截面。管10的后端可具有相對(duì)尖的角部，例如，基本上不圓的角部。
[0048]平滑構(gòu)件22可具有大致呈圓柱形的形狀并帶有紋理，或在其表面上具有直條紋或螺旋狀條紋。在諸如具有石墨內(nèi)涂層的核燃料護(hù)套等一些應(yīng)用中，適合使用外徑OD比管10的內(nèi)徑小約0.6+/-0.005mm的平滑構(gòu)件22來涂覆具有適合最終厚度Tf的石墨涂層。在其它應(yīng)用中，可通過適當(dāng)?shù)剡x擇實(shí)現(xiàn)所需濕膜厚度Twf的涂布液18的特性(例如，粘度)并且還可通過適當(dāng)?shù)剡x擇平滑構(gòu)件22的相應(yīng)整體尺寸來實(shí)現(xiàn)涂層14的所需最終厚度Tf。
[0049]平滑構(gòu)件22可由任何合適的固體耐用材料制成，例如但不限于金屬、塑料、陶瓷或這些材料的組合。平滑構(gòu)件22可由金屬制成，例如，不銹鋼或鉛。如上所述，平滑構(gòu)件22可以只在重力的作用下、在其它推動(dòng)裝置或其組合的作用下穿過管10。此外，可基于涂布液18的粘度和管10的直徑選擇平滑構(gòu)件22的長度和/或重量，以便當(dāng)允許平滑構(gòu)件22在重力的作用下自由下落時(shí)達(dá)到平滑構(gòu)件22可以穿過管10的所需速度。
[0050]可以一起提供一個(gè)或多個(gè)平滑構(gòu)件22連同一種或多種涂布液18，作為用于將涂層14涂覆在具有預(yù)定橫截面尺寸的管10的內(nèi)表面16上的套件。例如，這樣套件可包括:涂布液18和平滑構(gòu)件22，涂布液18用于涂覆在管10的內(nèi)表面16上，平滑構(gòu)件22構(gòu)造成在與管10的內(nèi)表面16之間基本上保持最小間隔距離的同時(shí)穿過管10。涂布液18適合于產(chǎn)生厚度基本上等于或超過預(yù)定濕膜厚度Twf的涂布液18的層20。平滑構(gòu)件22與管10的內(nèi)表面16之間所保持的距離可基本上對(duì)應(yīng)于涂布液18的預(yù)定濕膜厚度Twf。預(yù)定濕膜厚度Twf可以與涂層14的所需最終厚度Tf相關(guān)。
[0051]管10可由適合于特定應(yīng)用的任何材料制成，包括但不限于塑料、陶瓷、金屬和金屬合金。涂布液18與管10是可以相容的，使得涂布液18的溶劑不會(huì)與管的材料發(fā)生反應(yīng)、溶解管的材料或以其它方式損壞管的材料。管的材料與涂層材料也是可以相容的，使得涂層材料在干燥/固化后能夠粘附在管10的內(nèi)表面16上。管10還可具有在工業(yè)中使用的任何直徑。管10可具有非圓形的橫截面，平滑構(gòu)件22可具有適合于在管10的內(nèi)表面16的整個(gè)所需部分上實(shí)現(xiàn)涂層14的均勻或其它所需的最終厚度Tf的相應(yīng)橫截面。例如，平滑構(gòu)件22可構(gòu)造成在管10的內(nèi)腔12的橫截面周圍產(chǎn)生涂層14的不均勻最終厚度。
[0052]使用方法40、400制造的管可具有比使用其它方法獲得的管更厚的內(nèi)涂層14。例如，與其它方法相比，使用方法40、400能夠在更少的涂覆中產(chǎn)生具有更大最終厚度Tf的涂層。
[0053]根據(jù)具體的工藝條件可能需要或要求一些額外的步驟。例如，可能需要預(yù)清潔管10的內(nèi)表面16以使內(nèi)表面16平滑和/或從內(nèi)表面16上去除任何污染物，和/或以其它方式制備內(nèi)表面16以允許涂層14的適當(dāng)粘附。還可能需要在高溫和/或高壓下使管10固化，以加快涂布液18的干燥/固化。
[0054]還可能需要或要求進(jìn)行涂布液18的多次涂覆，以實(shí)現(xiàn)具有所需最終厚度Tf和特性的涂層14。例如，可能需要在后續(xù)涂覆中使用不同成分的涂布液18。在進(jìn)行后續(xù)涂覆時(shí)，可以從先前涂覆所采用的方向改變(例如，翻轉(zhuǎn))管10的方向。在進(jìn)行后續(xù)涂覆時(shí)，考慮到要涂層14厚度的增加，可能需要更小的平滑構(gòu)件22。
[0055]僅出于說明的目的提供下面的實(shí)例，以進(jìn)一步描述本文所述的方法和裝置的特征。應(yīng)指出的是，下面的實(shí)例不是用來以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0056]實(shí)例1-涂覆方法及分析
[0057]首先用異丙醇清洗Zircaloy?管的內(nèi)部。在清洗期間，將異丙醇倒入管中直到管被裝滿了一半，然后將管的端部封住并搖晃管。然后從管中排出異丙醇，并使用風(fēng)扇讓管在干燥架上干燥至少十分鐘以蒸發(fā)掉異丙醇。
[0058]為了涂覆涂層，使管在滴定管架中或試管架上保持直立(B卩，基本上豎直)的位置。通過在攪拌的同時(shí)以低于異丙醇溶劑的沸點(diǎn)(82.5°C)的溫度加熱市售石墨懸濁液(DAG-154N,Henkel公司)來濃縮該懸濁液。使懸濁液蒸發(fā)直到因溶劑的損失而達(dá)到所需的質(zhì)量減少。對(duì)于Zircaloy?管道上的DAG-154N涂層而言，所需的質(zhì)量減少約為20%至30%，優(yōu)選地約為25%至26%。如果被加熱的懸浮液的質(zhì)量減少超過所需的質(zhì)量減少，那么可以加入額外的溶劑以調(diào)節(jié)懸濁液的濃度。
[0059]在仍處于高溫時(shí)，使用密封住管的底部的注射器將濃縮的懸濁液注入管的底部，并且用懸濁液將管灌裝到距離管的頂部幾毫米。然后從管的底部排出懸濁液，從而在管的內(nèi)表面上留下相對(duì)較厚的液體懸濁液涂層。將子彈形的不銹鋼平滑構(gòu)件引入管的頂部并允許平滑構(gòu)件在重力的作用下下落通過管，從而在管的內(nèi)側(cè)留下濕懸濁液層。通過向管內(nèi)吹送空氣至少一小時(shí)來對(duì)殘留在管的內(nèi)部的懸浮液層進(jìn)行空氣干燥。然后在350°C的溫度下真空烘烤干燥的管，以從石墨涂層中除去多余的含氫材料。含氫材料對(duì)核燃料的性能是有害的，因此，這種要求僅針對(duì)核燃料護(hù)套的涂層，而不特定地針對(duì)用于其它應(yīng)用的涂覆工藝。Cameco Fuel Manufacturing (CANDU動(dòng)力反應(yīng)堆燃料的工業(yè)制造商)進(jìn)行氫分析。對(duì)于CANDU燃料而言，所有樣品的氫濃度都低于最大限值。
[0060]使用實(shí)例I的方法實(shí)現(xiàn)的干燥涂層(即，最終厚度Tf)可以超過10微米，并且如果需要的話，可以在10微米至30微米之間或更厚。
[0061]使用顯微分析的厚度測量
[0062]在真空烘烤后，使用低速金剛石砂輪鋸在預(yù)定位置處軸向切斷管以產(chǎn)生環(huán)狀樣品。將該環(huán)狀樣品安裝在環(huán)氧樹脂中并在低速金剛石砂輪鋸上徑向切開，從而形成兩個(gè)半圓形的樣本。對(duì)兩個(gè)半圓形樣本中的一個(gè)樣本的切割表面進(jìn)行拋光處理，以產(chǎn)生用于顯微分析的樣品。在數(shù)字圖像分析的輔助下，使用金相顯微鏡測量石墨涂層的厚度。
[0063]從管的三個(gè)軸向位置截取環(huán)狀樣品，并且在這三個(gè)位置中的每一位置處進(jìn)行六次石墨涂層厚度測量，從而每根管總共進(jìn)行18次測量。在圖5中示出了對(duì)每個(gè)環(huán)狀樣品進(jìn)行測量的位置。在下面的表1中示出了從環(huán)狀部分獲得的一組示例性的結(jié)果。
[0064]表1-金相檢驗(yàn)厚度測量值(μ m)
[0065]
【權(quán)利要求】
1.一種用于將所需最終厚度的涂層涂覆在管的內(nèi)表面的至少一部分上的方法，所述方法包括: 將涂布液的層涂覆在所述管的內(nèi)表面的所述至少一部分上，所述涂布液具有選定的粘度，使得所涂覆的涂布液層的厚度基本上等于或超過與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的預(yù)定濕膜厚度；以及 使平滑構(gòu)件以相對(duì)于所述管的內(nèi)表面的涂布液涂覆部分間隔的關(guān)系并以相距該涂布液涂覆部分最小距離的方式穿過所述管，所述最小距離基本上對(duì)應(yīng)于所述濕膜厚度，所述平滑構(gòu)件構(gòu)造成對(duì)所述涂布液進(jìn)行平滑化處理并從所述管的內(nèi)表面的所述部分上去除超過所述濕膜厚度的涂布液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括:在所述平滑構(gòu)件穿過所述管之前，支撐所述管以使得所述管的內(nèi)表面的所述涂布液涂覆部分處于基本上直立的方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述涂布液具有選定的粘度，使得在所述管的內(nèi)表面的所述涂布液涂覆部分處于基本上直立的方向時(shí)，所涂覆的涂布液層的厚度基本上等于或超過所述預(yù)定濕膜厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括允許所述平滑構(gòu)件在重力的作用下穿過所述管的內(nèi)表面的所述涂布液涂覆部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述涂布液包括漿液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括基于與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的所述預(yù)定濕膜厚度選擇所述漿液的固體濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括基于與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的所述預(yù)定濕膜厚度選擇具有整體外部尺寸的平滑構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括使所述平滑構(gòu)件以與所述管的中心軸線基本上同軸的方式穿過所述管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括用涂布液灌裝所述管并在所述平滑構(gòu)件穿過所述管之前允許所述涂布液的一部分從所述管排出。
10.一種用于將所需最終厚度的涂層涂覆在核燃料護(hù)套的內(nèi)表面上的方法，所述方法包括: 將涂布液的層涂覆在所述護(hù)套的內(nèi)表面上，所述涂布液具有選定的粘度，使得所涂覆的涂布液層的厚度基本上等于或超過與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的預(yù)定濕膜厚度；以及 使平滑構(gòu)件在與所述護(hù)套的內(nèi)表面之間基本上保持最小間隔距離的同時(shí)穿過所述護(hù)套的內(nèi)腔，所述最小間隔距離基本上對(duì)應(yīng)于所述濕膜厚度，所述平滑構(gòu)件構(gòu)造成對(duì)所述涂布液進(jìn)行平滑化處理并從所述護(hù)套的內(nèi)表面上去除超過所述濕膜厚度的涂布液。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括:在所述平滑構(gòu)件穿過所述管之前，將所述護(hù)套支撐成處于基本上直立的方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述涂布液具有選定的粘度，使得在所述護(hù)套處于基本上直立的方向時(shí)，所涂覆的涂布液層的厚度基本上等于或超過所述預(yù)定濕膜厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，涂覆所述涂布液的層包括用涂布液灌裝所述護(hù)套，然后允許所述涂布液的一部分從所述護(hù)套排出。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，使平滑構(gòu)件穿過所述護(hù)套的內(nèi)腔包括允許所述平滑構(gòu)件在重力的作用下自由下落。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括:在所述平滑構(gòu)件穿過所述護(hù)套的內(nèi)腔期間，使所述平滑構(gòu)件保持與所述護(hù)套的中心軸線基本上同軸。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括:在所述平滑構(gòu)件穿過所述護(hù)套的內(nèi)腔期間，使所述平滑構(gòu)件在所述護(hù)套內(nèi)部保持基本上居中。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述涂布液包括石墨和溶劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括基于與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的所述預(yù)定濕膜厚度調(diào)節(jié)所述涂布液的粘度以獲得濕膜厚度。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括通過將所述護(hù)套暴露在高溫和/或高壓條件下來固化所述涂布液層。
20.一種用于將涂層涂覆在管的內(nèi)表面的至少一部分上的方法，所述方法包括: 將涂布液的層涂覆在所述管的內(nèi)表面的所述至少一部分上，涂層的厚度基本上等于或超過所需濕膜厚度；以及 使平滑構(gòu)件以相對(duì)于所述管的內(nèi)表面的涂布液涂覆部分間隔的關(guān)系并以相距該涂布液涂覆部分最小距離的方式穿過所述管，所述最小距離基本上對(duì)應(yīng)于所述涂布液層的濕膜厚度，所述平滑構(gòu)件構(gòu)造成對(duì)所述涂布液進(jìn)行平滑化處理并從所述管的內(nèi)表面的所述部分上去除超過所述濕膜厚度的涂布液。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述涂布液具有選定的粘度，使得所述所需濕膜厚度與所述涂層的所需最終厚度相`關(guān)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述所需濕膜厚度與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括:在所述平滑構(gòu)件穿過所述管之前，將所述管的內(nèi)表面的所述部分定向成處于基本上直立的方向。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，包括允許所述平滑構(gòu)件在重力的作用下穿過所述管的內(nèi)表面的所述涂布液涂覆部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述涂布液具有選定的粘度，使得在所述管的內(nèi)表面的所述涂布液涂覆部分處于基本上直立的方向時(shí)，所涂覆的涂布液層的厚度基本上等于或超過所述所需濕膜厚度。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述涂布液包括漿液。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，包括基于與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的所述所需濕膜厚度選擇所述漿液的固體濃度。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括基于與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)的預(yù)定濕膜厚度選擇具有整體外部尺寸的平滑構(gòu)件。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括使所述平滑構(gòu)件以與所述管的中心軸線基本上同軸的方式穿過所述管。
30.一種用于將涂層涂覆在具有預(yù)定橫截面尺寸的管的內(nèi)表面上的套件，所述套件包括:涂布液，其用于涂覆在所述管的內(nèi)表面上，所述涂布液適于產(chǎn)生厚度基本上等于或超過預(yù)定濕膜厚度的涂布液層；以及 平滑構(gòu)件，其構(gòu)造成在使所述平滑構(gòu)件與所述管的內(nèi)表面之間基本上保持最小間隔距離的同時(shí)穿過所述管，所述最小間隔距離基本上對(duì)應(yīng)于所述涂布液的濕膜厚度。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的套件，其中，所述平滑構(gòu)件是自動(dòng)定心的。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的套件，其中，所述涂布液包括石墨和溶劑。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的套件，其中，所述涂布液具有選定的粘度，使得在所述內(nèi)表面處于基本上直立的方向時(shí)，所涂覆的涂布液層的厚度基本上等于或超過所述預(yù)定濕膜厚度。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的套件， 其中，所述預(yù)定濕膜厚度與所述涂層的所需最終厚度相關(guān)。
【文檔編號(hào)】B05D1/02GK103619491SQ201280018763
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月7日
【發(fā)明者】霍利-布魯斯·漢密爾頓, 安德魯·伯杰龍, 布萊恩·克拉蒂沃西, 蒂姆·斯托達(dá)德 申請(qǐng)人:加拿大原子能有限公司