Защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов

Изобретение относится к технологии производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от окисления при технологических нагревах в процессе получения высококачественных деталей и полуфабрикатов из сталей и сплавов при термической и термомеханической обработке давлением в машиностроении и в других областях народного хозяйства. Технической задачей изобретения является создание защитного технологического покрытия для сталей и сплавов, обладающего повышенной плотностью кажущейся и температуроустойчивостью (при выдержке 25 часов) при высокотемпературных нагревах до 1200°С. Предложено защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов, имеющее следующий химический состав: Аl₂О₃ 19-35, СаО 1-8, MgO 1-7,5, 3СаО·Аl₂О₃ 0,8-1,2, СаО·6Аl₂О₃ 3-11, ВаО·6Аl₂О₃ 3-5, MgO·Аl₂О₃ 0,3-1, SiO₂ - остальное. Предлагаемое защитное покрытие позволяет получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой. 2 табл.

 

Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от окисления при технологических нагревах в процессе получения высококачественных деталей и полуфабрикатов из сталей и сплавов при термической и термомеханической обработке давлением в машиностроении и в других областях народного хозяйства.

Известно защитное покрытие следующего химического состава, мас.%:

SiO2	10-30
Al2O3	3-20
CaO	8-12
MgO	0,5-5
B2O3	3-12
Na2O	0,1-0,4
K2O	0,1-0,2
BaO	3-11
SiB4	0,5-5
MoSi2	32-70 (Патент РФ №2190584)

Недостатком известного покрытия является недостаточная плотность кажущаяся (характеризующая эффективность защитного действия покрытия) при высокотемпературных нагревах.

Известно также защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:

SiO2	40-75
Al2O3	6-18
CaO	4-11
MgO	1-4
B2O3	5-15
Na2O	0,5-1
K2O	0,3-3
BaO	5-10
Al2O3·3SiO2	2-7 (Патент РФ №2151110)

Известно защитное технологическое покрытие следующего химического состава, мас.%:

SiO2	28-50
Al2O3	5-15
CaO	1-6
MgO	1-4
В2О3	14-45
Na2O	1-6
K2O	1-4
ВаО	3-12
2СаО·SiO2	0,1-0,5
3CaO·Al2O3	0,1-0,5 (Патент РФ №2151111)

Недостатком известных покрытий являются недостаточная плотность кажущаяся и температуроустойчивость.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:

Al2O3	17-33
CaO	0,5-7,8
MgO	0,5-5
2CaO·SiO2	0,5-1
3СаО·Al2O3	0,5-1
2MgO·Al2O3·5SiO2	5-10
СаО·6Al2O3	5-10
SiO2	остальное (Патент РФ №2345963)

Недостатком прототипа являются недостаточная плотность кажущаяся и температуроустойчивость (при выдержке 25 часов) при высокотемпературных нагревах до 1200°С.

Технической задачей изобретения является создание защитного технологического покрытия для сталей и сплавов, обладающего повышенной плотностью кажущейся и температуроустойчевостью (при выдержке 25 часов) при высокотемпературных нагревах до 1200°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложенно защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов, включающее Al₂O₃, CaO, MgO, 3СаО·Al₂O₃, СаО·6Al₂O₃, SiO₂, которое дополнительно содержит ВаО·6Al₂O₃, MgO·Al₂O₃, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al2O3	19-35
CaO	1-8
MgO	1-7,5
3СаО·Al2O3	0,8-1,2
СаО·6Al2O3	3-11
ВаО·6Al2O3	3-5
MgO·Al2O3	0,3-1
SiO2	остальное

Установлено, что введение ВаО·6Al₂O₃ и MgO·Al₂O₃ в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов повысило плотность кажущуюся и температуроустойчивость (при выдержке 25 часов) при высокотемпературных нагревах до 1200°С.

Рентгеноструктурный анализ предлагаемого защитного покрытия показал, что в процессе технологических нагревов в покрытии образуются керамические кристаллические фазы 2ВаО·3СаО, 2СаО·Al₂O₃ и ВаО·5Al₂O₃, обеспечивающие повышение плотности кажущейся и температуроустойчивости при высокотемпературных нагревах до 1200°С.

Примеры осуществления

Пример 1

Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих мас.% (таблица 1) Al₂O₃ - 19, СаО - 8, MgO - 1, 3СаО·Al₂O₃ - 0,8 СаО·6Al₂O₃ - 11, ВаО·6Al₂O₃ - 3, MgO·Al₂O₃ - 0,3, SiO₂ - 56,5 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. Замеряли вязкость шликера вискозиметром В3246 и из краскораспылителя наносили на образцы сталей ВКС130 и ВНС2, и сплавов ЭИ826 и ВТ22. Вязкость шликера покрытия составляла 19 с, толщина покрытия 0,5 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при 20°С в течение 24 часов и затем проводили нагрев по режимам 1000°С и 1200°С с выдержкой 10 ч. Данные режимы нагревов соответствуют режимам термической обработки и горячей обработки давлением.

Примеры 2, 3, 4 получения защитных покрытий осуществляли аналогично примеру 1.

Составы предлагаемых защитных покрытий и их свойства приведены в таблицах 1, 2.

Температуроустойчивость образцов с предлагаемым защитным покрытием и покрытием-прототипом определялась термогравиметрическим методом путем непрерывного взвешивания образцов с покрытием при температурах нагрева 1000°С, 1200°С и выдержке 25 часов.

Плотность кажущаяся предлагаемого защитного покрытия и покрытия прототипа - это плотность с учетом пор в покрытии - определялась на образцах спрессованных на прессе при постоянном давлении (Р), равном - 0,1 кг/см², и спеченных в электрической печи при температуре 1000°С и 1200°С с выдержкой 25 часов. Затем образцы взвешивали и определяли вес и объем образцов предлагаемого защитного покрытия и покрытия-прототипа, путем деления полученного веса образца на его объем и получали плотность кажущуюся предлагаемого защитного покрытия и покрытия-прототипа.

Из таблицы 2 видно, что температуроустойчивость образцов сталей ВКС130, ВНС2 и сплавов на никелевой основе ЭИ826 и на титановой основе ВТ22 с предлагаемым защитным покрытием при температурах 1000°С и 1200°С меньше на стали ВКС130 в 40 и 53,3 раз, на стали ВНС2 в 33,3 и 46,6 раз, на сплаве ЭИ826 меньше в 38 и 53 раза, на сплаве ВТ22 в 48 и 48 раз соответственно исследуемым температурам 1000°С, 1200°С при выдержке 25 ч по сравнению с покрытием-прототипом.

Плотность кажущаяся предлагаемого защитного покрытия на сталях ВКС130, ВНС2 и сплавах ЭИ826 и ВТ22 по сравнению с покрытием-прототипом выше при температуре 1000°С в 1,6 раза, при 1200°С в 1,8 раза.

Применение предлагаемого защитного технологического покрытия позволит получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, обеспечить стабильные механические свойства, получить экономию дорогостоящих сталей и сплавов, снизить трудоемкость, энергоемкость производства металлических деталей и полуфабрикатов и повысить ресурс их эксплуатации в 1,5-2 раза при высоких температурах.

Таблица 2
Номера составов покрытий	Окисляемость сталей ВКС130, ВНС2 и сплавов ЭИ826, ВТ22, г/см2	Плотность кажущаяся покрытия, г/см3
	Температура нагрева, °С при выдержке 25 часов	Температура отжига, °С при выдержке 1 час
1000	1200	1000	1200
Предлагаемые покрытия на сталь ВКС130
1	0,15	0,3
2	0,15	0,3	3,8	3,8
3	0,15	0,3
Предлагаемые покрытия на сталь ВНС2
1	0,3	0,6
2	0,3	0,6	3,8	3,8
3	0,3	0,6
Предлагаемые покрытия на сплав ЭИ826
1	0,1	0,2
2	0,1	0,2	3,8	3,8
3	0,1	0,2
Предлагаемые покрытия на сплав ВТ22
1	0,25	0,45
2	0,25	0,45	3,8	3,8
3	0,25	0,45
Покрытие-прототип на сталь ВКС130
3	6	16	2,6	2,1
Покрытие-прототип на сталь ВНС2
3	10	28	2,6	2,1
Покрытие-прототип на сплав ЭИ826
3	3,8	10,6	2,6	2,1
Покрытие-прототип на сплав ВТ22
3	12	22	2,6	2,1

Защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов, включающее Al₂O₃, CaO, MgO, 3СаО·Al₂O₃, СаО·6Al₂O₃, SiO₂, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ВаО·6Al₂O₃, MgO·Al₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al2O3	19-35
CaO	1-8
MgO	1-7,5
3СаО·Al2O3	0,8-1,2
СаО·6Al2O3	3-11
ВаО·6Al2O3	3-5
MgO·Al2O3	0,3-1
SiO2	остальное