Brevet FR2016751A1 — publié le 19700515

ta présente invention concerne le formage d;une masse d'uranium métallique à une forme prédéterminée. Suivant un procédé typique, pour former des éléments combustibles pour un réacteur nucléaire avec de l'uranium métallique, une masse d'uranium est extrudée ou forgée pour obtenir la forme désirée et cette pièce est ensuite usinée aux tolérances nécessaires, après quoi, elle. est revêtue dune couche d'un métal protecteur tel que l'aluminium ou le zirconium. Une opération de formage de précision aux dimensions finales de l'élément combustible est désirable pour abaisser le prix de la fabrication. Cependant, les pièces formées ne répondent habituellement pas aux tolérances nécessaires et les surfaces comportent des défauts devant être supprimés avant le revêtement par le métal de gainage. La présente invention a pour objet un procédé pour former une masse d'uranium à une forme désirée, avec une surface n'ayant pratiquement pas de défauts. D'autres buts de l'invention apparattront au cours de la description. Conformément à l'invention, le procédé perfectionné pour former une masse d'uranium à une forme désirée en exerçant sur cette masse une pression suffisante pour la déformer, comporte la formation d'un revêtement d'oxyde d'uranium adhérent et dense sur la surface de la masse avant sa déformation. Cette couche d'oxyde se comporte en lubrifiant ou agent antifriction, et la surface obtenue par l'opération de formage est supérieure à la surface des pièces en uranium extrudées sans ce revêtement d'oxyde. Le produit résultant peut être formé aux dimensions finales spécifiées et la qualité de la surface est suffisamment élevée pour que dans la plupart des cas il ne soit pas nécessaire d'effectuer un usinage supplémentaire avant le revêtement de cette masse avec un autre métal. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la pièce en uranium est mise en contact avec un milieu oxydant dans des conditions permettant la formation d'un revêtement d'oxyde adhérent et dense. Ce procédé peut être utilisé pour l'uranium ou n'importe quel alliage contenant de l'uranium en concentration suffisamment élevée pour permettre la formation sur la surface du métal d'une couche d'oxyde d'uranium. Cette couche d'oxyde est une couche mince, c'est-à-dire d'une épaisseur inférieure à 25 microns. Une couche mince d'oxyde ayant les caractéristiques désirées peut être formée de différentes façons, par exemple par exposition prolongée (plusieurs mois) à l'atmosphère à la température ambiante ou par oxydation à l'air à une température élevée pendant un temps plus court, par exemple pendant 90 mn à 260"C. Ces procédés, bien que permettant la formation d'une couche d'oxyde ayant les caractéristiques désirées, ne conviennent pas facilement pour la fabrication, et par suite le procédé préféré pour former une couche d'oxyde d'uranium comporte l'oxydation chimique de la masse d'uranium par mise en contact avec une solution aqueuse acide de perm*ganate. La concentration du pennanganate doit être comprise entre 4 et 6 %. N'importe quel permanganate d'un métal alcalin peut être utilisé. L'un des acides HC1 et HN03 peut être utilisé dans cette solution. L'un ou l'autre des acides peut être plus efficace pour favoriser l'oxydation d'après la concentration des éléments d'alliages existant en quantités faibles dans l'uranium. Dans le cas de l'acide HC1, se concentration peut être comprise entre 0,25 et 1 %. Dans le cas de l'acide HN03 sa concentration peut être comprise entre 1 et 2 %. La solution acide de permanganate doit être maintenue à une température de 80"C à 100"C et de préférence de 80"C. La vitesse d'oxydation est trop lente à une température inférieure à 800C, et une température supérieure à 800C pour le bain oxydant n'apporte pas d'avantage sensible. A 800C une durée de contact de 5 à 10 mn assure l'oxydation de la surface de l'uranium au degré désiré. Une durée de contact supérieure peut être utilisée mais sans qu'il en résulte un avantage. La masse d'uranium ayant le revêtement d'oxyde est ensuite mise à la forme de la pièce désirée. Le procédé selon l'invention peut être utilisé aussi bien avec le travail à froid qu'avec le travail à chaud de l'uranium métallique, et il est utile pour n'importe quel mode de travail, tel que l'extrusion, le forgeage, le matriçage ou l'étirage quand la lubrification de la surface de l'uranium est nécessaire pour ce travail. Dans les opérations de travail des métaux, des lubrifiants sont utilisés normalement sur les filières et les matrices ou d'autres surfaces en contact avec la surface de la masse d'uranium. L'invention est illustrée plus partisulièrqFent par les exemples suivants, l'exemple 1 concernant un traitement par extrusion n'utilisant pas la présente invention, et l'exemple 2 un traitement en utilisant la présente invention. EXEMPLE 1 Une billette d'un alliage d'uranium contenant plus de 99 % d'uranium, le reste étant de l'aluminium, du silicium et du fer, d'un diamètre de 230 mm est d'abord chauffée à une température 625 C par immersion dans un bain en fusion d'un mélange eutectique tertiaire de chlorures de sodium, de potassium et baryum. La billette chauffée est ensuite réduite à un diamètre de 94 mm à travers une filière extrusion avec une force de 2.700 à 3.200 tonnes, avec une vitesse de piston de 380 à 460 mm/mn. Les surfaces de la filière sont lubrifiées par un revêtement dun mélange de poudres d'alumini et de graphite. La barre extrudée est ensuite refroidie à l'air pendant 5 mn, puis pongée dans un bain d'eau pour la refroidir rapidement. L'examen des surfaces de la pièce montre l'existence de marques profondes de la filière, et cette surface doit être usinée avant d'être recouverte du métal de gainage. EXEMPLE 2 Une billette d'uranium semblable à celle de l'exemple 1 est trempée dans une solution aqueuse à 5 % de kan04 et à 5 % de HC1 pendant 10 mn, ce bain étant maintenu à 800 C. La billette ayant alors un revêtement mince d'oxyde adhérent eX; dense est ensuite chauffée dans le bain de sels de l'exemple 1, pour être extrudée et refroidie de la même façon que suivant 19 exemple 1. L'examen de la surface de la pièce extrudée permet de constater de très légères rayures produites par la filière, et cette surface convient pour l'application de la gaine sans opération supplémentaire d'usinage. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former une masse d'uranium métallique en exerçant sur cette masse une pression suffisante pour la déformer caractérisé par la formation d'un revêtement d'oxyde d'uranium adhérent et dense sur la surface de la masse avant sa défqrmation. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le revêtement d'oxyde est formé par mise en contact de la surface de la masse avec une solution acide de permanganate contenant 4 à 6 % de permanganate. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la solution de permanganate contient 0,25 à 1,0 % de HC1. 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la solution de permanganate contient 1 à 2 % de HN03. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé ce que la masse d'uranium métallique est déformée par extrusion. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le permanganate est un permanganate d'un métal alcalin. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la température de la solution est comprise entre 800C et 1000C.