Защитное покрытие для сталей и сплавов


 

C21D1/70 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2530283:

Ильина Алина Дмитриевна (RU)

Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении сцепления покрытия к сталям и увеличении вязкости покрытия при сохранении температуроустойчивости до 1150°C. Защитное покрытие содержит следующие компоненты, мас. %: SiO2 - 23-55, MgO - 6,5-20, Na2O - 0,5-6,5, 3СаО·Al2O3 - 1,5-8,0, BaO·Al2O3· SiO2 - 1,5-4,0, Al2O3- остальное. 2 табл.

 

Изобретение относится к покрытиям для защиты от окисления при технологических нагревах в процессе получения высококачественных деталей и полуфабрикатов из сталей и сплавов при термической и термомеханической обработке заготовок.

Известно защитное покрытие для сталей и сплавов (см Патент РФ №2151110, МПК C03C 8/02, от 18.01.1999) следующего химического состава, масс.%:

SiO2 40 - 75
Al2O3 6 - 18
СаО 4 - 11
MgO 1 - 4
B2O3 5 - 15
Na2O 0,5 - 1
K2O 0,3 - 3
BaO 5 - 10
Al2O3·3SiO2 2 - 7

Недостатком известного покрытия является высокое сцепление с металлической подложкой и низкая вязкость покрытия.

Известно защитное покрытие для композиционных материалов (см. Патент РФ №2190584, МПК С04В 41/86 от 28.11.2000 г) следующего химического состава, масс.%:

SiO2 10 - 30
Al2O3 3 - 20
СаО 8 - 12
MgO 0,5 - 5
B2O3 3 - 12
Na2O 0,1 - 0,4
K2O 0,11 - 0,2
BaO 3 - 11
SiB4 0,5 5
MoSi2 32 - 70

Недостатком известного покрытия является высокое сцепление с защищаемым металлом.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное покрытие преимущественно для титановых сплавов (см. Патент РФ №2312827, МПК C03C 8/02 от 26.06.2006 г.) следующего химического состава, масс.%:

SiO2 23 - 55
MgO 6,5 - 20
Na2O 0,5 - 6,5
3СаО·Al2O3 1,5 - 8,0
MgO·ZrO2 0,5 - 2,5
Al2O3·MgO 1 - 1,5
Al2O3 Остальное

Недостатком прототипа является высокое сцепление защитного технологического покрытия к поверхности стальных и титановых деталей и заготовок после проведения термической обработки и низкая вязкость покрытий при рабочих температурах до 1100°C. При изготовлении окончательно готовых деталей оставшееся защитное технологическое покрытие вследствие высокого сцепления с поверхностью заготовок, после проведении термической обработки и охлаждения необходимо обязательно удалить механической или химической обработкой.

Технической задачей изобретения является создание защитного технологического покрытия, обладающего пониженным сцеплением к сталям и сплавам и повышенной вязкостью покрытия при сохранении температуроустойчивости до 1150°C.

Решение задачи достигается тем, что предложено защитное покрытие, включающее SiO2, Al2O3, MgO, Na2O, 3СаО·Al2O3, которое дополнительно содержит ВаО-Al2O3-SiO2 при следующем соотношении компонентов, масс.%:

BaOAl2O3SiO2 1,5 - 4,0
SiO2 23 - 55
MgO 6,5 - 20
Na2O 0,5 - 6,5
3СаО·Al2O3 1,5 - 8,0
Al2O3 остальное

Экспериментально установлено, что введение ВаО-Al2O3·SiO2 в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов снизило сцепление покрытия с поверхностью деталей и заготовок из сталей и сплавов, например ВКС10, 30ХГСНА, и повысило температуроустойчивость до 1150°C.

Рентгеноструктурный анализ предлагаемого защитного покрытия показал, что в процессе технологических нагревов на поверхности образуются температуроустойчивые керамические кристаллические фазы, обеспечивающие снижение сцепления покрытия с поверхностью деталей и заготовок и повышение температуроустойчивости покрытия до 1150°C.

Изобретение поясняется следующими примерами:

Пример 1

Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих масс.% (таблица 1) SiO2 - 23, MgO - 20, Na2O - 6,5, 3CaO·Al2O3 - 8,0, ВаО-Al2O3-SiO2 - 1,5, Al2O3 - 41 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 в течение 3 суток, затем замеряли вязкость шликера вискозиметром В3246 и из краскораспылителя наносили на образцы сталей ВКС10, ВКС-12, 30ХГСНА. Вязкость шликера покрытия составляла 18 с, толщина покрытия 0,4 мм. Образцы с покрытием подвергали сушки при 20°C в течение 24 часов и затем проводили термическую обработку.

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

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

Таблица 1
Компоненты, масс.%
Номера составов покрытий SiO2 MgO Na2O 3CaO·Al2O3 BAO-Al2O3-SiO2 2CaO·SiO2 K2O BaO B2O3 CaO Al2O3
Предлагаемые
1 23 20 6,5 8 1,5 - - - - - ост.
2 55 6,5 0,5 1,5 4,0 - - - - - ост.
3 30 10 5 5 3,0 - - - - - ост.
Прототип 4 28 1 1 0,5 - - 0,5 1 12 45 6 5

Сцепление предлагаемого защитного покрытия с поверхностью образцов сталей ВКС-10, ВКС12, 30ХСНА определялось по площади скола в % и по внешнему виду образцов после проведение технологических нагревов.

Вязкость покрытий определялась методом вдавливания иглы в покрытие под нагрузкой 5 г при постепенном нагревании образца с покрытием. Подъем температуры в печи осуществлялся 5°C в минуту.

По глубине проникновения иглы в покрытие по диаграмме вязкости рассчитывалась вязкость покрытия.

Из таблицы 2 видно, что окисляемость сталей ВКС12, 30ХГСНА и сплава ВТ6 с предлагаемым покрытием при температурах 850°C и 1150°C меньше в 10 и 25 раз соответственно на стали ВКС10, на стали 30ХГСНА в 20 и 32 раза по сравнению с покрытием прототипом.

Вязкость предлагаемого покрытия для сталей и сплавов при температурах 850°C, 1150°C в 2 раза выше по сравнению с покрытием прототипа. Площадь скола защитного покрытия с поверхности образцов после технологических нагревов и охлаждения составляет 100%.

Таким образом, предлагаемое покрытие обеспечивает защиту конструкционных сталей от окисления при длительных нагревах до 1150°C и обладает низким сцеплением с поверхностью защищаемых сталей и сплавов, не требуется дополнительного процесса удаления покрытия с заготовок.

Применение предлагаемого защитного технологического покрытия позволит получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой 5, обеспечить стабильные механические свойства, снизить трудоемкость и энергоемкость производства металлических деталей и полуфабрикатов.

Таблица 2
Номера составов покрытий Окисляемость сталей ВКС10, 30ХГСНА и г/см2 Сцепление покрытия после нагрева, охлаждения воздухом, площадь скола % Внешний вид покрытия после испытания и охлаждения воздухом Вязкость покрытия, η (пуаз)
Температура нагрева при выдержке 5 часов, °C
900 1150 900 1150 900 1150 900 1150
Предлагаемые покрытия на сталь ВКС10
1 0,25 0,35 100 100 Покрытие 108 106
2 0,25 0,35 100 100 скололось 108 106
3 0,255 0,35 100 100 Поверхность без следов окисления 108 106
Предлагаемые покрытия на сталь 30ХГСНА
1 0,15 0,25 100 100 Покрытие 108 106
2 0,15 0,25 100 100 скололось 108 106
3 0,15 0,25 100 100 Поверхность без следов окисления 108 106
Покрытие-прототип на сталь ВКС10 2 8 0 0 Покрытие не скалывается 103 102
Под покрытием окалина
Покрытие-прототип на сталь 30ХГСНА 2 6 0 0 Покрытие не скалывается 103 102
Под покрытием окалина

Защитное покрытие для сталей и сплавов, включающее SiO2, MgO, Na2O, 3СаО·Al2O3, Al2O3, отличающееся тем, что дополнительно содержит BaO-Al2O3-SiO2 при следующем соотношении компонентов, масс.%:

BaOAl2O3SiO2 1,5 - 4,0
SiO2 23 - 55
MgO 6,5 - 20
Na2O 0,5 - 6,5
3СаО·Al2O3 1,5 - 8,0
Al2O3 остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлических изделий для упрочнения путем изменения их физической структуры и может быть использовано для получения дисперсионно-упрочненной структуры металлического сплава зубчатого колеса трансмиссии.

Изобретение относится к устройствам термообработки стальных изделий непосредственным действием волновой энергии и может быть применено в серийном производстве газовых центрифуг на рабочем месте выполнения технологической операции лазерной закалки торцевой поверхности малогабаритной опорной иглы.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термической обработки штампов из полутеплостойких и теплостойких сталей повышенной вязкости, к примеру 5ХНМ и 4Х5МФС, а также пресс-форм из стали 4Х5МФС.

Изобретение относится к способам упрочнения поверхности металлических материалов с помощью формирования наноразмерных покрытий путем воздействия лазерного излучения и может быть применено в различных отраслях промышленности для получения износостойких и антифрикционных покрытий.
Изобретение относится к области машиностроения и металлургии. Для повышения твердости и увеличения глубины прокаливаемости осуществляют предварительную обработку путем нагрева изделия выше критической точки стали, из которой изготовлено это изделие, выдержки и последующего охлаждения на воздухе, причем в процессе охлаждения к изделию прикладывают ударно-импульсные колебания с частотой нанесения ударов от 30 до 10000 герц, а затем проводят закалку.

Изобретение относится к области термической обработке отливок из коррозионно-cтойкой стали мартенситного класса, используемых для высокоточных деталей машиностроения и приборостроения.

Изобретение относится к термообработке, такой как, например, высокочастотная закалка металлических деталей. Устройство для индукционной закалки содержит катушки (26) для индукционного нагрева, которые индуктивно нагревают различные части обрабатываемого целевого участка (A) в осевом направлении заготовки (12), причем заготовка (12) и катушка (26) для нагрева совершают относительное движение вдоль окружного направления (R) обрабатываемого целевого участка (A).
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, применяемых для изготовления элементов тепловых энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°C.

Изобретение относится к способу термомеханической обработки для получения толстого листа (1) из исходного материала с повышенной вязкостью, в частности низкотемпературной вязкостью.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения. Для предотвращения брака по механическим свойствам непрерывно отожженной металлической заготовки и обеспечения максимального выхода годного осуществляют управление непрерывной термообработкой металлических заготовок, которое включает неразрушающий непрерывный контроль получаемой в результате термообработки характеристики механических свойств, при этом в качестве контрольной характеристики используют значение удельных энергозатрат, проводят сравнение значений текущих энергозатрат со значениями энергозатрат, полученными из предварительно установленных регрессионных зависимостей механических свойств от удельных энергозатрат, обеспечивающими получение необходимых механических свойств, и регулируют режим термообработки заготовки, обеспечивая попадание величины удельных энергозатрат в интервал допустимых значений.
Изобретение относится к электроизоляционным стеклоэмалям для деталей из нержавеющей стали. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности сцепления стекла с металлом, расширении температурной зоны устойчивости стекломатрицы от 700 до 900оС.
Глазурь // 2486141
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамические изделия декоративно-художественного назначения. .
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам фритты эмали для высокотемпературной отделки бетонных изделий (стеновых панелей, плит). .
Глазурь // 2480426
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамику. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов силикатных покрытий для нанесения на керамический кирпич. .
Ангоб // 2472723
Изобретение относится к составам ангобов, которые могут быть использованы в производстве изделий бытовой керамики (блюда, бочонки, банки, подставки и др.). .
Изобретение относится к технологии силикатов, в частности к составам эмалевого шликера для покрытия изделий из керамики. .
Эмаль // 2459770
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам эмалей для керамических художественных изделий. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов шихты глазурей для нанесения на керамическую плитку, изразцы. .
Эмаль // 2446115
Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в создании защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой, и увеличении времени работоспособности его при нагревах до 1250°C. Защитное технологическое покрытие содержит, мас.%: Al2O3 - 19-35; CaO - 1-8; MgO - 1-7,5; 3CaO·Al2O3 - 0,8-1,2; CaO·6Al2O3 - 3-11; MgO·Al2O3 - 0,3-1; BaO·Al2O3·2SiO2 - 3-7; SiO2 - остальное. 2 табл.
Наверх