Жаростойкое покрытие

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей выхлопной системы планера, выполненных из жаропрочных сплавов и коррозионно-стойких сталей, от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации до 600°С. Технический результат изобретения - создание покрытия с повышенной температуроустойчивостью и прочностью сцепления при температуре эксплуатации 600°С, формирующегося при комнатной температуре. Жаростойкое покрытие содержит, мас.%: SiO₂ 20,0-36,5, В₂O₃ 4,0-5,0, Al₂O₃ 5,0-6,0, BaO 5,0-6,0, CaO 2,0-4,0, MgO 0,5-1,5, TiO₂ 1,5-2,5, Cr₂О₃ 15,0-17,0, Na₂O 2,0-3,5, Р₂O₅ 0,5-1,5, натриевое жидкое стекло 23,0-27,0 и минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ 5,0-6,0 химического состава, мас.%: SiO₂ 56,25-58,05, Al₂O₃ 34,3-35,1, CaO 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, К₂О 2,5-2,6, Na₂O 0,6-0,7, TiO₂ 1,6-1,8, SO₃ 0,15-0,25, Fe₂O₃ 0,8-1,0, или другого, где вместо SiO₂ 56,25-58,05 содержится SiO₂ 35,25-40,05 и SiB₄ 18,0-21,0. Предлагаемое покрытие обеспечивает экологическую чистоту производства, снижение энергоемкости и трудоемкости операций ремонта в производственных условиях и повышение надежности работы деталей с покрытием в 1,5-2 раза. 3 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей выхлопной системы планера, выполненных из жаропрочных сплавов и коррозионно-стойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации до 600°С.

Одним из факторов, определяющим эксплуатационные показатели жаростойких покрытий, является сплошность. Наличие незначительных дефектов ослабляет защитное действие покрытий. Для устранения отдельных сколов и других дефектов покрытия в процессе изготовления необходим повторный обжиг деталей, что приводит к разупрочнению защищаемых материалов. При возникновении мелких дефектов в процессе эксплуатации детали также повторно эмалируются и обжигаются.

Для устранения дефектов эмалевого покрытия необходимо применение жаростойких покрытий холодного отверждения.

Известно покрытие, имеющее следующий химический состав, мас.%: фритта А: SiO₂ 35-50, В₂O 3-10, Аl₂О₃ 0-5 и/или Sb₂О₃, RO 0-5, R¹ ₂O 5-30, TiO₂ 20-30, ZnO 0,1-10; 0-10 Fе₂O₃, Сr₂О₃, NiO, MnO, CoO и/или CuO; фритта В: SiO₂ 40-60, В₂O 3-10, Аl₂О₃ 10-25, RO 10-30, R¹ ₂O 0,1-10, 0-10 Fе₂O₃, Сr₂O₃, NiO, MnO, CoO и/или CuO, где RO включает MgО, СаО, SrO и/или ВаО, а R₂O, Na₂O, K₂O и/или Li₂O, сырьевые материалы, выбранные из группы: кварц, полевой шпат, оксид циркония, волластонит, нефелин, сиенит и другие, а также необходимые количества добавок из группы Fе₂O₃, Сr₂O₃, NiO, MnO, CoO, CuO, ТiO₂ и их смесей (WO 98/28236).

Указанный состав покрытия формируется при температурах порядка 700°С и при этом отличается недостаточно высокими характеристиками по температуроустойчивости и прочности сцепления при рабочей температуре 600°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаростойкое покрытие химического состава, мас.%:

SiO₂ 38-52,6

В₂O₃ 6,0-7,5

Аl₂О₃ 18,0-20,0

ВаО 7,0-9,0

СаО 3,5-7,5

MgО 0,9-2,0

ТiO₂ 2,5-4,0

Сr₂O₃ 4,0-5,5

минеральное комплексное соединение 5,5-6,5

на основе SiO₂

При этом минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ содержит, мас.%:

SiO₂ 56,25-58,05

Al₂O₃ 34,3-35,1

CaO 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

К₂О 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

ТiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе₂O₃ 0,8-1,0

или

SiO₂ 35,25-40,05

Al₂O₃ 34,3-35,1

CaO 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

К₂О 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

ТiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе₂O₃ 0,8-1,0

SiB₄ 18,0-21,0

(Патент РФ №2163897)

Указанные составы покрытия формируются при температуре 1180-1200°С и имеют низкие показатели по температуроустойчивости и прочности сцепления при температуре эксплуатации 600°С.

Технической задачей изобретения является создание покрытия с повышенной температуроустойчивостью и прочностью сцепления при температуре эксплуатации 600°С, формирующегося при комнатной температуре.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂O₃, Аl₂О₃, ВаО, CaO, MgO, ТiO₂, Сr₂O₃ и минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, мас.%:

SiO₂ 56,25-58,05

Аl₂O₃ 34,3-35,1

CaO 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

К₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

ТiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fe₂O₃ 0,8-1,0

или

SiO₂ 35,25-40,05

Аl₂O₃ 34,3-35,1

CaO 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

К₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе₂O₃ 0,8-1,0

SiB₄ 18,0-21,0

которое дополнительно содержит Na₂O, P₂O₅, натриевое жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂ 20,0-36,5

В₂O₃ 4,0-5,0

Аl₂О₃ 5,0-6,0

BaO 5,0-6,0

CaO 2,0-4,0

MgO 0,5-1,5

TiO₂ 1,5-2,5

Сr₂O₃ 15,0-17,0

минеральное комплексное

соединение на основе SiO₂ 50-60

Nа₂О 2,0-3,5

P₂O₅ 0,5-1,5

натриевое жидкое стекло 23,0-27,0

Авторами установлено, что введение Na₂O, Р₂O₅, натриевого жидкого стекла (Na₂SiO₃) при заявляемом соотношении компонентов жаростойкого покрытия обеспечивает снижение температуры формирования покрытия до комнатной, что позволяет оперативно устранять дефекты эмалевого покрытия, и в то же время упрочняет структуру покрытия, снижает его высокотемпературную вязкость, что повышает его температуроустойчивость, прочность сцепления при температуре эксплуатации 600°С.

Примеры осуществления.

Покрытие получают путем перемешивания компонентов при комнатной температуре в течение 5-10 минут до получения однородной массы. Нанесение покрытия на дефектные места производится мягкой кистью ровным слоем. После нанесения покрытия детали сушатся на воздухе в течение 20 часов.

Составы предлагаемого покрытия №1, 2, 3 и прототипа №4 приведены в таблице 1. Составы минерального комплексного соединения на основе SiO₂ приведены в таблице 2.

Свойства предлагаемых покрытий приведены в таблице 3. Прочность сцепления (балл) определяли по методу решетчатого надреза.

Для этого на образцах с покрытием анализировали количество дефектов, чем меньше дефектов, тем выше прочность сцепления.

Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом, имеющим низкие технические характеристики при температуре эксплуатации 600°С, у предлагаемого состава температура формирования покрытия снижена до комнатной, температуроустойчивость повысилась в 100 раз, прочность сцепления в 2,5-5 раз.

Применение предлагаемого покрытия, формируемого при комнатной температуре обеспечивает снижение энергоемкости и трудоемкости операции ремонта в производственных условиях и повышение надежности работы деталей с покрытием в 1,5-2 раза.

Предлагаемое покрытие обеспечивает экологическую чистоту производства.

Жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂О₃, Аl₂О₃, BaO, СаО, MgO, TiO₂, Сr₂О₃, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, мас.%:

SiO₂ 56,25-58,05

Al₂O₃ 34,3-35,1

СаО 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

K₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе₂O₃ 0,8-1,0

или

SiO₂ 35,25-40,05

Аl₂O₃ 34,30-35,10

СаО 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

К₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе₂O₃ 0,8-1,0

SiB₄ 18,0-21,0,

отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Na₂O, Р₂O₅, натриевое жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂ 20,0-36,5

В₂O₃ 4,0-5,0

Аl₂О₃ 5,0-6,0

BaO 5,0-6,0

СаО 2,0-4,0

MgO 0,5-1,5

TiO₂ 1,5-2,5

Сr₂O₃ 15,0-17,0

минеральное комплексное 5,0-6,0

соединение на основе SiO₂

Na₂O 2,0-3,5

Р₂O₅ 0,5-1,5

Натриевое жидкое стекло 23,0-27,0