摘要：在CANDU-6燃料制造过程中，使用金属镀膜工艺在附件表面涂覆金属铍。其中，涂层厚度是衡量涂层质量的重要指标，而涂层厚度与加热曲线有密切关系。现通过理论研究和实验验证，确定了涂铍机的初始加热电流控制曲线，使其满足加热元件快速升温的要求，保证金属铍材在规定时间内完全挥发。将此研究结果应用于燃料日常生产中，可提高涂层厚度的稳定性。

关键词：涂铍机;初始加热电流曲线;涂层厚度

0 引言

涂铍机采用真空加热蒸发涂覆技术，在高真空条件下，使用电阻丝加热蒸发金属铍，在附件特定表面形成均匀的铍涂层，作为后续钎焊的钎料，使附件和包壳管牢固结合在一起。现在我公司使用的1#涂铍设备是罗马尼亚FCN公司制造的IDB-620型涂铍机。在实际生产中，涂铍机存在两个问题：（1）蒸发所用的金属铍材在技术要求、时间范围内无法完全挥发;（2）金属铍材完全挥发后，涂层厚度偏低，处于技术要求范围下限。生产出的附件涂层厚度波动较大，会影响后续的钎焊质量。

加热元件作为涂铍机的核心部分，利用钼丝的正温度电阻系数特性实现对坩埚的迅速加热。根据钼丝的电阻率随温度变化大这一特性，设计初始加热电流控制曲线时，应注意钼丝周围传热情况不一致，可能造成钼丝局部温度骤升，该部分温度高使得电阻剧增，导致该部分功率增大，功率增大后该部分温度会更高，如此恶性循环可能造成该段钼丝过热而损坏，所以在低温段加热电流的增加不应过大。因此，确定涂铍机的加热曲线尤为重要。

1 加热电流控制曲线方案1

方案1采用的初始加热电流控制曲线如图1所示，为保证加热元件钼丝低温段不因过流熔断，将开始的加热电流设置较低，30 min后使用113 A电流进行恒流加热，监控加热过程中电压及功率变化，加热结束后对涂层厚度和铍材剩余情况进行分析。

统计3次加热实验中达到加热功率峰值的时间、功率值、加热元件电阻值、铍材剩余量及涂层厚度值，如表1所示。

方案1的3次加热实验，基本在加热60 min后，功率达到峰值1 760 W左右，加热元件钼丝阻值稳定在0.137 Ω，铍材开始稳定挥发。加热结束后，铍材剩余量在2.0～2.3 g，涂层厚度为13.2～13.5 μm，不符合薄隔离块涂层厚度要求。

方案1的电流增加方式造成钼丝阻值增加慢，功率较小，升温时间长，导致在规定时间内铍材无法完全挥发，涂层厚度不符合要求。

2 加热电流控制曲线方案2

方案2采用的初始加热电流控制曲线如图2所示，在加热元件钼丝通电加热5 min后，采用113 A电流进行恒流加热，监控加热过程中电压及功率变化，加热结束后对涂层厚度和铍材剩余情况进行分析。

统计3次加热实验中达到加热功率峰值的时间、功率值、加热元件电阻值、铍材剩余量以及涂层厚度值，如表2所示。

方案2的3次加热实验，基本在加热35 min后，功率达到峰值1 765 W左右，加热元件钼丝电阻值稳定在0.137 Ω，铍材开始稳定挥发。加热结束后，检查加热元件中心坩埚内铍材剩余情况，铍材无剩余，完全挥发，涂层厚度为15.0～15.2 μm，涂层厚度有所提高，符合薄隔离块涂层厚度要求。

方案2加热元件加热5 min后，采用113 A大电流恒流控制直到加热结束，实现加热元件的快速升温，铍材能够完全挥发，涂层厚度符合技术要求。但加热元件常温时电阻较低，采用大电流进行加热时，钼丝周围传热情况不一致，可能造成钼丝局部温度骤升，该部分温度高使得电阻剧增，导致该部分功率增大，功率增大后温度会更高，如此恶性循环可能造成该段钼丝过热而损坏，缩短加热元件的使用寿命。

3 初始加热电流控制曲线方案3

方案3采用的初始加热电流控制曲线如图3所示，在加热元件钼丝充分预热后，30 min后采用117 A高电流，实现加热元件的快速升温，监控加热过程中电压以及功率变化，加热结束后对涂层厚度和铍材剩余情况进行分析。

统计3次加热实验中达到加热功率峰值的时间、功率值、加热元件电阻值、铍材剩余量以及涂层厚度值，如表3所示。

方案3的3次加热实验，基本加热38 min后，功率达到峰值1 825 W左右，在40 min后，采用113 A进行恒流加热，功率稳定在1 770 W，加热元件钼丝电阻值稳定在0.137 Ω，铍材开始稳定挥发。加热结束后，检查加热元件中心坩埚内铍材剩余情况，铍材无剩余，完全挥发，涂层厚度为15.3～15.8 μm，涂层厚度符合薄隔离塊涂层厚度要求。

方案3在加热元件充分预热后，30～35 min采用117 A高电流实现加热元件的快速升温，在40 min后，再采用113 A相对较低的电流进行恒流加热，既能保证在规定时间内完成铍材挥发，又避免了在低温段对加热元件施加过高电流，影响加热元件钼丝的使用寿命，适合反复快速升降温的涂铍机电流曲线控制。

4 结论

方案1的升温时间长，铍材挥发不完全，导致涂层厚度不符合技术要求。

方案2的升温时间短，铍材能够完全挥发，涂层厚度符合技术要求，但在加热元件低温段采用大电流，可能造成加热元件钼丝熔断，缩短加热元件的使用寿命。

方案3的升温时间短，在加热元件充分预热后，采用较大电流使加热元件快速升温，能够保证在规定时间内铍材完全挥发，适合反复快速升降温的涂铍机初始电流参数控制。

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收稿日期：2020-06-04

作者简介：习建勋（1985—），男，内蒙古包头人，工程师，研究方向：核燃料制造。