Способ получения защитного покрытия углерод-углеродного композиционного материала

Изобретение относится к области машиностроения и касается способа получения защитного покрытия углерод-углеродного композиционного материала. Способ включает нанесение на поверхность материала композиции, состоящей из смеси порошка боросиликатного стекла и связующего. Перед нанесением композиции поверхность материала предварительно обрабатывают водной суспензией борной кислоты в объемном соотношении 1:1. В качестве связующего используют состав, содержащий в объемном соотношении 40-45% этилсиликата, 40-45% этилового спирта и 10-20% кремнийорганического лака. Полученное предлагаемым способом покрытие позволяет обеспечить защиту углерод-углеродного композиционного материала в условиях температур 1000-1200°С в течение требуемого времени работы изделий ракетно-космической техники.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к защите от окисления поверхности деталей из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ), работающих в изделиях ракетно-космической техники при температурах выше 1000°С в условиях воздействия среды со значительным окислительным потенциалом.

Наиболее распространенным способом защиты УУКМ от окисления является создание на его поверхности покрытия из карбида кремния.

Известны: способ получения защитного покрытия, заключающийся в насыщении углеродного материала кремнием и последующем переводе его посредством высокотемпературной обработки в карбид кремния (Свойства конструкционных материалов на основе углерода: Справочник под ред. В.П.Соседова. - М.: Металлургия, 1975, стр.270-272), и способ получения защитного покрытия УУКМ путем осаждения карбида кремния из газовой фазы (патент РФ №2130509).

Оба способа требуют значительного оснащения специальным оборудованием, особенно для крупногабаритных деталей.

Известен также способ получения защитного покрытия, включающий нанесение на поверхность материала композиции (шликера), состоящей из смеси порошка боросиликатного стекла и связующего, например метилцеллюлозы или поливинилового спирта (Солнцев С.С., Туманов А.Т. Защитные покрытия металлов при нагреве. - М.: Машиностроение, 1976, стр.12-14, 25-32).

В данном способе процесс формирования покрытия на основе стекол более технологичен и не требует значительного оснащения, но он не обеспечивает требуемую надежность покрытия из-за недостаточной адгезии покрытия с защищаемой поверхностью в связи с плохой смачиваемостью поверхности УУКМ при нанесении на нее исходной композиции.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ получения защитного покрытия углерод-углеродного композиционного материала по патенту США №5518816.

Применение этого способа также не требует значительного оснащения, что особенно важно при получении защитного покрытия крупногабаритных деталей, таких как сопловые насадки жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), однако данный способ, в свою очередь, не обеспечивает в должной мере надежность покрытия из-за его недостаточной адгезии с защищаемой поверхностью в связи с плохой смачиваемостью поверхности УУКМ при нанесении на нее исходной композиции.

Технической задачей данного изобретения является повышение надежности покрытия УУКМ.

Технический результат достигается тем, что в способе получения защитного покрытия углерод-углеродного композиционного материала, включающем нанесение на поверхность материала композиции, состоящей из смеси порошка боросиликатного стекла и связующего, перед нанесением композиции поверхность материала обрабатывают водной суспензией борной кислоты в объемном соотношении 1:1, при этом в качестве связующего используют состав, содержащий в объемном соотношении 40-45% этилсиликата, 40-45% этилового спирта и 10-20% кремнийорганического лака.

Обработка поверхности водной суспензией борной кислоты позволяет улучшить смачиваемость УУКМ, что обеспечивает проникновение исходной композиции при ее нанесении в поверхностный слой материала и в итоге повышает адгезию покрытия с защищаемой поверхностью.

При этом предпочтительным как показали эксперименты, является объемное соотношение воды и борной кислоты 1:1.

Использование в качестве связующего состава, содержащего этилсиликат, этиловый спирт и кремнийорганический лак, является наилучшим с точки зрения повышения адгезии защитного покрытия.

Процентное содержание компонентов в составе связующего, определенное эмпирически, является оптимальным для получения требуемой адгезии защитного покрытия.

Предлагаемый способ заключается в следующем: поверхность детали из УУКМ предварительно обрабатывают водной суспензией борной кислоты (соотношение ≈ 1:1), после чего деталь сушат при t=160°C в течение 10-20 мин, а в качестве связующего для получения шликерной смеси используют состав, состоящий в объемном соотношении из этилсиликата ТУ 2311-014-12288-779 40-45%, этилового спирта 40-45% и 10-20% кремнийорганического лака КО85М ГОСТ 1106674.

На защищаемую поверхность детали из УУКМ наносят от трех до шести слоев смеси, состоящей из порошка на основе боросиликатных стекол и предлагаемого связующего, при этом каждый последующий слой проходит сушку на воздухе при температуре 100-200°С.

Предварительная обработка водной суспензией борной кислоты позволяет улучшить смачиваемость поверхности УУКМ при нанесении исходной композиции и при применении входящего в ее состав связующего, включающего этилсиликат, этиловый спирт и кремнийорганический лак, повышает адгезию защитного покрытия.

Пример

Образец из УУКМ был подвергнут обработке водной суспензией борной кислоты, высушен в печи при t=160°С в течение 15 минут.

Затем на образец было нанесено 5 слоев покрытия, состоящего из порошка боросиликатного стекла состава: 70% двуокиси кремния SiO₂, 28% борного ангидрида В₂О₃, 1% окиси алюминия Аl₂O₃ и связующего состава: этилсиликат 40%, этиловый спирт 40%, лак КO85ФМ 20%.

Порошок и связующее смешивались перед нанесением до сметанообразного состояния в соотношениях 1:4, 1:5, 1:6.

После нанесения каждого слоя образец сушили при температуре 160±10°С в воздушной атмосфере печи.

Оценку стойкости покрытия проводили путем взвешивания образца до и после выдержки при температуре 1200°С в течение 30 мин, при этом потеря веса образца составила не более 0,03 г/см².

Полученное предлагаемым способом покрытие позволяет обеспечить надежную защиту УУКМ в условиях температур 1000-1200°С в течение требуемого времени работы изделий ракетно-космической техники.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить надежность работы защитных покрытий УУКМ, не требуя при этом значительного технического оснащения.

Способ получения защитного покрытия углерод-углеродного композиционного материала, включающий нанесение на поверхность материала композиции, состоящей из смеси порошка боросиликатного стекла и связующего, отличающийся тем, что обрабатывают поверхность материала перед нанесением композиции водной суспензией борной кислоты в объемном соотношении 1:1, при этом в качестве связующего наносимой композиции используют состав, содержащий в объемном соотношении 40-45% этилсиликата, 40-45% этилового спирта и 10-20% кремнийорганического лака.