Защитное технологическое покрытие
Владельцы патента RU 2379239:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к защитным покрытиям от окисления и в качестве теплоизоляции при технологических нагревах в процессе изготовления деталей в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства. Технический результат изобретения заключается в создании защитного технологического покрытия, обладающего повышенной термостойкостью и температуроустойчивостью до 1200°С. Защитное технологическое покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: SiO2 - 12-20; MgO - 1,5-5; 3СаО·Аl2О3 - 10-15; Аl2О3·MgO - 3-10; BaO2·2SiO2 - 1,5-5; ZnO·Al2O3 - 3-8; Аl2О3 - остальное. 2 табл.
Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от окисления и в качестве теплоизоляции при технологических нагревах в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства.
Известно защитное технологическое покрытие следующего химического состава, мас.%:
| SiО2 | 28-50 |
| MgO | 1-4 |
| Na2О | 1-6 |
| К2О | 1-4 |
| А12О3 | 5-15 |
| ВаО | 3-12 |
| СаО | 1-6 |
| В2О3 | 14-45 |
| 3СаО·Аl2О3 | 0,1-0,5 |
| 2CaO·SiО2 | 0,1-0,5 |
Патент РФ №2151111.
Недостатком известного покрытия является низкая термостойкость покрытия, недостаточная температуроустойчивость.
Известно также защитное покрытие для композиционного материала следующего химического состава, мас.%:
| SiО2 | 10-30 |
| А12О3 | 3-20 |
| СаО | 8-12 |
| MgO | 0,5-5 |
| В2О3 | 3-12 |
| Na2О | 0,1-0,4 |
| К2О | 0,1-0,2 |
| ВаО | 3-11 |
| MoSi2 | 32-70 |
Патент РФ №2190584.
Недостатком известного покрытия является низкая термостойкость при высоких температурах нагрева до 1200°С.
Известно также защитное покрытие для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:
| SiО2 | 40-75 |
| Аl2О3 | 6-18 |
| СаО | 4-11 |
| MgO | 1-4 |
| В2О3 | 5-15 |
| Na2О | 0,5-1 |
| К2О | 0,3-3 |
| ВаО | 5-10 |
| Al2О3·3SiО2 | 2-7 |
Патент РФ №2151110.
Недостатком известного покрытия является низкая термостойкость и недостаточная температуроустойчивость.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:
| SiО2 | 23-55 |
| MgO | 6,5-20 |
| Na2О | 0,5-6,5 |
| 3СаО·Аl2О3 | 1,5-8,0 |
| MgО·ZrО2 | 0,5-2,5 |
| Al2О3·MgO | 1-1,5 |
| Al2О3 | остальное |
Патент РФ №2312827.
Недостатком известного покрытия является низкая термостойкость и недостаточная температуроустойчивость.
Технической задачей изобретения является создание защитного технологического покрытия, обладающего повышенной термостойкостью и температуроустойчивостью до 1200°С.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложенное защитное технологическое покрытие, включающее SiО2, MgO, 3СаО·Аl2О3, Al2О3·MgO и Аl2О3, которое дополнительно содержит BaО·2SiО2, ZnO·Al2О3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiО2 12-20
MgO 1,5-5
3СаО·Аl2О3 10-15
Al2О3·MgO 3-10
BaО·2SiО2 1,5-5
ZnO·Al2О3 3-8
Al2О3 остальное
Авторами установлено, что введение BaO·2SiО2, ZnO·Аl2O3 в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов повысило термостойкость и температуроустойчивость покрытия при термомеханической обработке сталей и сплавов.
Рентгеноструктурный анализ предлагаемого защитного технологического покрытия показал, что в процессе технологических нагревов в покрытии образуются температуроустойчивые фазы MgO·2SiО2, Аl2О3·5СаО, 3Al2О3·5SiО2, обеспечивающие повышение термостойкости и температуроустойчивости защитного технологического покрытия при температурах до 1200°С.
Примеры осуществления
Пример 1
Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих мас.% SiО2 - 12, MgO - 5, СаО·Аl2О3 - 15, Аl2O3·MgO - 10, BaО·2SiО2 - 5, ZnO·Аl2O3 - 8, Аl2О3 - 45, помещали в фарфоровый барабан с алундовыми шарами в соотношении 1:1,5, затем в барабан добавляли 150 мл водопроводной воды. Размол и перемешивание компонентов проводили в течение 24 часов на шаровой мельнице. Готовый шликер покрытия выгружали в полиэтиленовую емкость, проводили старение шликера, затем замеряли вязкость шликера вискозиметром В3246 и из краскораспылителя наносили на образцы сталей ВКС9, ВКС180 и титанового сплава ВТ20. Вязкость шликера покрытия составляла 19 с, толщина покрытия - 0,5 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при 20°С и затем проводили термическую обработку.
Примеры 2, 3 получения защитных покрытий осуществляли аналогично примеру 1.
Составы предлагаемого защитного технологического покрытия и покрытия-прототипа приведены в таблице 1, свойства покрытий представлены в таблице 2.
Температуроустойчивость образцов с покрытием определялась путем непрерывного взвешивания без извлечения из печи при температуре 750°С и 1200°С в течение 10 часов.
Термостойкость образцов с покрытием определялась по количеству теплосмен до появления первой трещины и по внешнему виду образцов после нагревов по режиму 20↔750°С, 20↔1200°С с выдержкой при заданной температуре в течение 10 мин.
Из таблицы 2 видно, что окисляемость сталей ВКС9, ВКС180 и титанового сплава ВТ20 с предлагаемым покрытием при температурах 750°С, 1200°С меньше на стали ВКС9 в 50 и 25 раз соответственно, стали ВКС180 в 100 и 40 раз, сплава ВТ20 в 25 и 3,3 раза по сравнению с покрытием прототипом.
Термостойкость предлагаемого покрытия при температурах 750°С и 1200°С на сталях ВКС9, ВКС180 и титановом сплаве ВТ20 выше в 5 и 10 раз соответственно по сравнению с покрытием прототипом.
Применение предлагаемого защитного технологического покрытия позволит обеспечить защиту сталей и сплавов при полном цикле термической обработки, получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, повысить их ресурс и надежность.
| Таблица 1 | |||||||||
| Номера составов покрытий | SiО2 | MgO | 3СаО·Аl2О3 | Al2О3·MgO | BaО·2SiО2 | ZnO·Al2О3 | Na2О | MgО·ZrО2 | Al2О3 |
| Предлагаемые | |||||||||
| 1 | 12 | 5 | 15 | 10 | 1,5 | 8 | - | - | ост. |
| 2 | 20 | 1,5 | 10 | 3 | 3 | 3 | - | - | ост. |
| 3 | 17 | 3 | 12 | 5 | 5 | 5 | - | - | ост. |
| Прототип 4 | 30 | 10 | 5 | 1,25 | - | - | 3 | 1,75 | ост |
| Таблица 2 | ||||||
| Номера составов покрытий | Окисляемость сталей и сплавов, г/см2 | Термостойкость покрытия, режим 20°С↔Тисп, количество циклов до | Внешний вид покрытия после испытания | |||
| пояления трещины | ||||||
| Температура нагрева при выдержке 10 часов, °С | ||||||
| 750 | 1200 | 750 | 1200 | 750 | 1200 | |
| Предлагаемые покрытия на сталь ВКС9 | Наличие первой трещины | Наличие первой трещины | ||||
| 1 | 0,02 | 0,2 | 10 | 10 | ||
| 2 | 0,02 | 0,2 | 10 | 10 | ||
| 3 | 0,02 | 0,2 | 10 | 10 | ||
| Предлагаемые покрытия на сталь ВКС180 | Наличие первой трещины | Наличие первой трещины | ||||
| 1 | 0,01 | 0,2 | 10 | 10 | ||
| 2 | 0,01 | 0,2 | 10 | 10 | ||
| 3 | 0,01 | 0,2 | 10 | 10 | ||
| Предлагаемые покрытия на сплав ВТ20 | Наличие первой трещины | Наличие первой трещины | ||||
| 1 | 0,02 | 0,6 | 10 | 10 | ||
| 2 | 0,02 | 0,6 | 10 | 10 | ||
| 3 | 0,02 | 0,6 | 10 | 10 | ||
| Покрытие-прототип на сталь ВКС9 пример 1 | Наличие первой трещины | Наличие первой трещины | ||||
| 4 | 1 | 10 | 2 | 1 | ||
| Покрытие-прототип на сталь ВКС180 пример 1 | Наличие первой трещины | Наличие первой трещины | ||||
| 4 | 1 | 8 | 2 | 1 | ||
| Покрытие-прототип на сплав ВТ20 пример 1 | Наличие первой трещины | Наличие первой трещины | ||||
| 4 | 0,5 | 2 | 2 | 1 |
Защитное технологическое покрытие, включающее SiO2, MgO, 3СаО·Аl2О3, Al2O3·MgO, Аl2О3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит BaO·2SiO2, ZnO·Al2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 - 12-20; MgO - 1,5-5; 3СаО·Аl2О3 - 10-15; Al2O3·MgO - 3-10; BaO2·2SiO2 - 1,5-5; ZnO·Al2O3 - 3-8; Аl2О3 - остальное.
