Защитное технологическое покрытие



Защитное технологическое покрытие

 


Владельцы патента RU 2544205:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные технологические покрытия от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства. Защитное технологическое покрытие содержит, мас.%: 2,5-27 Al2O3; 1-15 СаО; 6-8 MgO; 1,5-2,5 B2O3; 1-2,5 ВаО; 5-7,52 BaO·3SiO2; 3-5 2MgO·2Al2O3·SiO2; 0,5-2 Ваморфный; 20-30 MoSi2; SiO2 - остальное.

Технический результат - понижение значений окисляемости, коэффициента трения и требуемого удельного давления на заготовку в процессе горячей обработки давлением, а также повышение смачивающей способности поверхности заготовки при высоких температурах нагрева до 1450°C. 2 табл.

 

Изобретение относится к области производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные технологические покрытия от окисления и в качестве высокотемпературной смазки 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.%:

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

(RU 2151110, 18.01.1999).

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

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

(RU 2190584, 28.11.2000).

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

SiO2 22-55
MgO 6,5-20
Na2O 0,5-6,5
СаО 1-6
B2O3 14-45
3СаО·Al2O3 1,5-8
MgO·ZrO2 0,5-2,5
Al2O3·MgO 1-1,5
Al2O3 остальное

(RU 2312827, 20.12.2007).

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

Al2O3 17-33
СаО 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

(RU 2345963, 10.02.2009).

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

SiO2 12-20
MgO 1,5-5
3СаО·Al2O3 10-15
Al2O3·MgO 3-10
BaO·2SiO2 1,5-5
ZnO2·Al2O3 3-8
Al2O3 остальное

(RU 2379239, 20.01.2010).

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

Al2O3 3-21
СаО 1,5-13
MgO 0,5-5,5
B2O3 3-18
ВаО 3-13
K2O 0,1-5
2BaO3·SiO2 1-3
2Al2OB2O3 1-3
SiO2 остальное

(RU 2379238, 20.01.2010).

Недостатками известных защитных технологических покрытий являются повышенное значение коэффициента трения и требуемого удельного давления на заготовку в процессе горячей обработки давлением, а также высокая окисляемость и низкая смачивающая способность при высокотемпературных нагревах до 1450°C.

Техническим результатом является понижение значений окисляемости, коэффициента трения и требуемого удельного давления на заготовку в процессе горячей обработки давлением, а также повышение смачивающей способности поверхности заготовки при высоких температурах нагрева до 1450°С.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что предложено защитное технологическое покрытие, содержащее, мас.%: Al2O3, СаО, MgO, B2O3, ВаО, 2BaO·3SiO2, SiO2, при этом оно дополнительно содержит 2MgO·2Al2O3·SiO2, Bаморфный и MoSi2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al2O3 2,5-27
СаО 1-15
MgO 6-8
B2O3 1,5-2,5
ВаО 1-2,5
2BaO·3SiO2 5-7,5
2MgO·2Al2O3·SiO2 3-5
Ваморфный 0,5-2
MoSi2 20-30
SiO2 остальное

Предложенное защитное технологическое покрытие приводит к снижению окисляемости, требуемого удельного давления на заготовку в процессе горячей обработки давлением, коэффициента трения и повышению смачивающей способности поверхности образцов сплавов интерметаллидной системы Ti-Al-Nb, никелевого жаропрочного сплава ВЖ172 и высокопрочного титанового сплава ВТ23 при высоких температурах нагрева заготовок и деталей до 1450°C.

Введение 2MgO2·Al2O3·SiO2, Ваморфный и MoSi2 в предлагаемое защитное технологическое покрытие при заявленном содержании компонентов снижает окисляемость и краевой угол смачивания, а также снижает удельное давление и коэффициент трения.

Рентгеноструктурный анализ предлагаемого защитного технологического покрытия показал, что в процессе технологических нагревов в покрытии образуются температуроустойчивые фазы 2MgO2·Al2O3·5SiO2, 3Al2O3·2SiO2, 2CaO·Al2O3·SiO2 и 3ВаО·Al2O3, обеспечивающие снижение окисляемости и повышение смачивающей способности, а также снижение удельного давления и коэффициента трения при температурах нагрева до 1450°C.

Примеры осуществления.

Технология изготовления шликера для защитного технологического покрытия проводилась следующим образом. Для получения фритты защитного технологического покрытия следующие компоненты: Al2O3, CaO, MgO, В2О3, BaO, 2BaO·3SiO2, 2MgO·Al2O3·SiO2, Ваморфный, MoSi2, SiO2, в пропорциях, указанных в таблице 1, помещали в фарфоровый барабан с алундовыми шарами в соотношении 1: 1,5, где проводили размол и перемешивали компоненты в течение 3 ч на валковой мельнице. Варку фритты проводили в алундовых тиглях в камерной печи. Далее приготавливали шликер покрытия путем размола фритты и перемешивания компонентов с добавлением 250 мл водопроводной воды в фарфоровых барабанах валковой мельницы в течение 36 ч. Готовый шликер покрытия выгружали в полиэтиленовую емкость, где проходило старение шликера в течение 5 суток.

Шликер с вязкостью 21 Па·с, определенной вискозиметром ВЗ 246, наносили краскораспылителем КРУ4 на образцы сплавов интерметаллида системы Ti-Al-Nb, жаропрочного сплава ВЖ172 и высокопрочного сплава ВТ 23. Толщина предлагаемого защитного покрытия составляла 0,25 мм. Образцы с защитным технологическим покрытием подвергали сушке при 20°C в течение 24 ч, затем проводили нагрев при 1150 и 1450°C с выдержкой 10 ч. Данные режимы нагревов соответствуют режимам изотермической штамповки и термообработки заготовок из сплавов интерметаллида системы Ti-Al-Nb, жаропрочного сплава ВЖ172 и высокопрочного сплава ВТ23.

Свойства предлагаемого покрытия и его прототипа приведены в таблице 2.

Образцы сплава интерметаллида системы Ti-Al-Nb, жаропрочного сплава ВЖ172 и высокопрочного титанового сплава ВТ23 с предлагаемым защитным технологическим покрытием и покрытием-прототипом подвергались испытаниям для определения окисляемости, краевого угла смачивания, удельного давления и коэффициента трения при температурах 1150 и 1450°C.

Окисляемость образцов с предлагаемым защитным технологическим покрытием и покрытием-прототипом определялась путем непрерывного их взвешивания через 3 ч, 5 ч, 10 ч, без извлечения образцов из высокотемпературной камерной печи ТК1600 при заданных температурах нагрева 1150 и 1450°C.

Смачивающая способность покрытия оказывает существенное влияние на качество защитного действия данного покрытия. Смачивающая способность предлагаемого защитного покрытия определялась по значениям краевого угла смачивания поверхности образцов сплава интерметаллида системы Ti-Al-Nb, жаропрочного сплава ВЖ172 и высокопрочного сплава ВТ23 при заданных температурах нагрева 1150 и 1450°C. Для определения краевого угла смачивания из сухого шликера предлагаемого покрытия и покрытия-прототипа прессовали штабики диаметром 4 мм и высотой 2 мм. Изготовленные штабики устанавливали на пластины сплава интерметаллида системы Ti-Al-Nb, жаропрочного сплава ВЖ172 и высокопрочного сплава ВТ23, загружали в печь и нагревали на заданные температуры 1150 и 1450°C в течение 0,5 ч. После выгрузки образцы охлаждали на воздухе до комнатной температуры и исходя из размеров площади растекшегося штабика определялся краевой угол смачивания по формуле:

Θ о = π d 2 2 , где Θ о - краевой угол смачивания, град,

d - диаметр растекания капли покрытия, мм.

Сниженное удельное давление, прикладываемое на заготовку при деформации и обусловленное использованием защитных технологических покрытий, позволяет получать точные штамповки с минимальными припусками, которые в дальнейшем удаляются механической обработкой, что соответственно повышает коэффициент использования металла. Снижение требуемого удельного давления на поверхность заготовки объясняется тем, что защитное технологическое покрытие играет роль высокотемпературной смазки и при давлении равномерно распределяется по всей поверхности заготовки. Таким образом, для получения заготовки заданной формы при горячей штамповке при использовании предложенного покрытия необходимо прикладывать меньшее удельное давление к заготовке.

Удельное давление замерялось манометром при деформации образцов с предлагаемым защитным технологическим покрытием и покрытием-прототипом при заданных температурах нагрева 1150 и 1500°C.

Коэффициент трения, характеризующий эффективность действия покрытий в качестве высокотемпературных смазок при горячей обработке давлением, определялся при горячей осадке образцов диаметром 5 мм и высотой 20 мм на гидравлическом прессе мощностью 2,5 т со скоростью 80 мм/с по формуле:

µ=tgα, где µ - коэффициент трения, α - двойной угол трения.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 2. Нижеприведенные экспериментальные данные соответствуют средним значениям, полученным из 3-х измерений окисляемости, краевого угла смачивания, удельного давления и коэффициента трения.

Окисляемость:

- образцов сплавов интерметаллида системы Ti-Al-Nb с предлагаемым покрытием при высокотемпературных нагревах при температуре 1150°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 12,7 раз, а при температуре 1450°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 3,2 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом;

- образцов жаропрочного сплава ВЖ172, с предлагаемым покрытием при высокотемпературных нагревах при температуре 1150°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 11 раз, а при температуре 1450°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 7 раз по сравнению с покрытием-прототипом;

- образцов высокопрочного сплава ВТ23, с предлагаемым покрытием при высокотемпературных нагревах при температуре 1150°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 12 раз, а при температуре 1450°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 12,5 раз по сравнению с покрытием-прототипом.

Краевой угол смачивания защитного технологического покрытия:

- образцов сплавов интерметаллида Ti-Al-Nb при технологических нагревах при температуре 1150°C меньше в 2,2 раза, а при температуре 1450°C меньше в 2,6 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом;

- образцов жаропрочного сплава ВЖ172 при технологических нагревах при температуре 1150°C меньше в 2,6 раз, а при температуре 1450°C меньше в 3 раза по сравнению покрытием-прототипом;

- образцов высокопрочного сплава ВТ23, при технологических нагревах при температуре 1150°C меньше в 3 раза, а при температуре 1450°C меньше в 3,5 раза по сравнению с покрытием-прототипом.

Удельное давление при деформации образцов:

- сплавов интерметаллида Ti-Al-Nb с предлагаемым защитным технологическим покрытием при температуре 1150°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 2,5 раза, а при температуре 1450°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 3,75 раз по сравнению с покрытием-прототипом;

- жаропрочного сплава ВЖ172, с предлагаемым защитным покрытием при температуре 1150°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 3,6 раз, а при температуре 1450°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 5,8 раз по сравнению с покрытием-прототипом;

- высокопрочного сплава ВТ23, с предлагаемым защитным покрытием при температуре 1150°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 3,3 раза, а при температуре 1450°C (с выдержкой 10 ч) меньше в 4,3 раз по сравнению с покрытием-прототипом.

Коэффициент трения с предлагаемым защитным технологическим покрытием:

- образцов сплавов интерметаллида Ti-Al-Nb при технологических нагревах при температуре 1150°C меньше в 4 раза, а при температуре 1450°C меньше в 8 раз по сравнению с покрытием-прототипом;

- образцов жаропрочного сплава ВЖ172, при технологических нагревах при температуре 1150°C меньше в 4 раза, а при температуре 1450°C меньше в 8 раз по сравнению с покрытием-прототипом;

- образцов высокопрочного сплава ВТ23, при технологических нагревах при температуре 1150°C меньше в 4 раза, а при температуре 1450°C меньше в 8 раз по сравнению с покрытием-прототипом.

В процессе термомеханической обработки сплавов интерметаллида Ti-Al-Nb, жаропрочного сплава ВЖ172 и высокопрочного сплава ВТ23 происходит равномерное растекание защитного технологического покрытия по всей поверхности заготовки, что говорит о его работе в качестве высокотемпературной смазки.

Применение предлагаемого защитного технологического покрытия позволит получить точные штамповки, экономию металла 8-11%, снизить трудоемкость механической обработки заготовок на 20-30%, реализовать процесс изотермического деформирования заготовок на воздухе, так как покрытие выполняет роль разделительной пленки между штамповым инструментом и деформируемой заготовкой, обеспечивая легкое удаление деформируемой заготовки из штампа, так как без покрытия происходит процесс диффузионной сварки между инструментом и заготовкой.

Защитное технологическое покрытие, содержащее Al2O3, CaO, MgO, B2O3, BaO, 2BaO·3SiO2, SiO2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит 2MgO·2Al2O3·SiO2, Bаморфный и MoSi2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al2O3 2,5-27
CaO 1-15
MgO 6-8
B2O3 1,5-2,5
BaO 1-2,5
2BaO·3SiO2 5-7,5
2MgO·2Al2O3·SiO2 3-5
Bаморфный 0,5-2
MoSi2 20-30
SiO2 остальное



 

Похожие патенты:
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.
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.
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 защитным покрытиям от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей. Технический результат изобретения заключается в понижении значений окисляемости и в повышении термостойкости и сцепления покрытия с поверхностью защищаемых жаропрочных никелевых сплавов при температурах нагрева до 1250°C. Защитное технологическое покрытие включает, мас.%: Al2O3 2-21, BaO 16-18, CaO 7,5-9, MgO 6-8,5, B2O3 3-15, MgO·Cr2O3 1,5-2, TiB2 3-5, Ni3Al 1,5-3,5, BaO·B2O3 5-7,5, SiO2 - остальное. 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к батарее твердооксидных электролитических элементов (SOEC), изготовляемой способом, который включает следующие стадии: (a) формирование первого блока батареи элементов путем чередования по меньшей мере одной соединительной пластины и по меньшей мере одного узла элемента, причем каждый узел элемента содержит первый электрод, второй электрод и электролит, расположенный между этими электродами, а также обеспечение стеклянного уплотнителя между соединительной пластиной и каждым узлом элемента, причем стеклянный уплотнитель имеет следующий состав: от 50 до 70 мас.% SiO2, от 0 до 20 мас.% Аl2О3, от 10 до 50 мас.% СаО, от 0 до 10 мас.% МgО, от 0 до 2 мас.% (Na2O+K2O), от 0 до 10 мас.% В2O3 и от 0 до 5 мас.% функциональных элементов, выбранных из TiO2, ZrO2, F2, P2O5, МоО3, Fе2O3, MnO2, La-Sr-Mn-O перовскита (LSM) и их комбинаций; (b) превращение указанного первого блока батареи элементов во второй блок со стеклянным уплотнителем толщиной от 5 до 100 мкм путем нагревания указанного первого блока до температуры 500°C или выше и воздействия на батарею элементов давлением нагрузки от 2 до 20 кг/см2; (c) превращение указанного второго блока в конечный блок батареи твердооксидных электролитических элементов путем охлаждения второго блока батареи, полученного на стадии (b), до температуры ниже, чем на стадии (b), при этом стеклянный уплотнитель на стадии (a) представляет собой лист стекловолокон. Также изобретение относится к применению Е-стекла в качестве стеклянного уплотнителя в батареях твердооксидных электролитических элементов. Предлагаемые батареи демонстрируют малую степень ухудшения свойств в процессе эксплуатации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к защитным покрытиям от окисления. Техническим результатом изобретения является повышение жаростойкости, вязкости, понижение значений удельного давления и коэффициента трения покрытия при температурах нагрева штамповок до 1400°C. Защитное технологическое покрытие содержит, мас.%: SiO2 15-21; MgO 5-10; Na2O 7-8,5; 3CaO·Al2O3 1-9; Al2O3·MgO 2-5; B2O3 8-12,5; Bаморфный 2,5-3,5; NiAl2O4 3-5; NiSiO4 3,5-10; Al2O3 - остальное. 2 табл., 12 пр.

Глазурь // 2586648
Изобретение относится к составам глазурей для нанесения на обожженную керамическую плитку. Технический результат изобретения заключается в упрощении приготовления глазури. Глазурь содержит, мас.%: бой оконного и/или тарного стекла 93-97; глинистые отходы обогащения циркон-ильменитовой руды 3-7. 1 табл.
Наверх