Жаростойкое покрытие для фехралевых сплавов электронагревателей

Изобретение относится к области синтеза жаростойких покрытий для защиты фехралиевых сплавов. Технический результат изобретения - повышение прочности и термостойкости кордиеритовой керамики для электронагревательных элементов. Покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: однозамещенный фосфат алюминия Al(H₂PO₄)₃ - 33,5, кордиеритовый порошок Mg₂Al₄Si₅O₁₈ - 37,5, порошок твердоэлектролитной циркониевой керамики ZrO₂ - 4, вода дистиллированная H₂O - 25.

 

Предлагаемое изобретение относится к области создания жаростойких покрытий для защиты фехралевых сплавов от газовой коррозии, в частности электронагревательных элементов в приборостроении, металлургии, машиностроении и электротехнической промышленности.

Благодаря редкому сочетанию высокой термостойкости кордиеритовая керамика находит широкое применение в промышленности. Известным недостатком кордиеритовой керамики является невысокая прочность, что в рабочих условиях при температуре до 950°C приводит к растрескиванию покрытия нагревательных элементов и возникновению газовой коррозии проволоки из нихрома или фехраля.

Нагревательный элемент выполнен в виде трубки из кварцевого стекла, на которую намотан нихром или фехраль диаметром 0,2 мм. Для изоляции витков друг от друга спираль нагревательного элемента покрыта высокотемпературным керамическим составом (В.П. Пирог и др. Исследование градуировочной характеристики амперометрического диффузионного датчика кислорода, Приборы №3, 2008 г., стр. 32-35).

Известен способ упрочения пористой кордиеритовой керамики на основе талька, каолина и глинозема за счет изменения компонентного состава шихты (Патент №2036883 РФ, МКИ⁶ C04B 35/18, 1995). Для более точной корректировки состава в нее вводят дополнительно кварцевый песок и полевой шпат. Рассмотренный состав позволяет не только добиться удовлетворительного соотношения основных оксидов, но и регулировать содержание примесей, снизив содержание оксидов железа и титана и изменив содержание и соотношение оксидов щелочных металлов в соответствии с имеющимися в литературе рекомендациями и данных проведенных экспериментов. Заготовку формируют методом дублирования полимерной матрицы и спекают. После термообработки при 1350°C в кордиеритовой керамике и предложенном составе отсутствуют линии каких-либо фаз, кроме кордиерита гексагональной модификации. Прочность пористых кордиеритовых материалов составляет 0.48-1.05 МПа.

Целью изобретения является повышение прочности кордиеритовой керамики.

Указанная цель достигается тем, что в способе упрочнения кордиеритовой керамики, включающем подготовку шихты, содержащей кордиеритовый порошок Mg₂Al₄Si₅O_18, пропитку заготовки шликером, сушку и последующий отжиг, согласно предлагаемому техническому решению шихту подвергают предварительной механохимической активации однозамещенного фосфата алюминия Al(H₂PO₄)₃ в водной среде с добавкой оксида циркония ZrO₂.

Предложенное техническое решение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения. В качестве сырьевых материалов использовали кордиеритовый порошок для горячего литья ТУ16-538-036-70, алюминий фосфорнокислый однозамещенный Al(H₂PO₄)₃ ТУ6-09-858-76 и циркониевая твердоэлектролитная керамика ZrO₂. Твердоэлектролитную керамику перед смешиванием предварительно подвергают мокрому помолу до среднего размера частиц не более 16 мкМ и высушивается. Готовится смесь следующего состава (мас.%): вода дистиллированная H₂O - 25, однозамещенный фосфат алюминия Al(H₂PO₄)₃ - 33,5, кордиеритовый порошок Mg₂Al₄Si₅O₁₈ - 37,5, порошок твердоэлектролитной циркониевой керамики ZrO₂ - 4. Состав смеси рассчитан с учетом максимального приближения к составу стехиометрического кордиерита. Для приготовления смеси используется металлический стакан в котором в дистиллированной воде H₂O растворяется однозамещенный фосфат алюминия Al(H₂PO₄)₃, затем добавляется кордиеритовый порошок Mg₂Al₄Si₅O₁₈ и порошок твердоэлектролитной циркониевой керамики ZrO₂. Раствор тщательно перемешивается с помощью металлического шпателя до однородной массы.

Введение добавки диоксида циркония ZrO₂ позволяет повысить прочность кордиеритовой керамики и получить термостойкий плотноспекшийся материал обмазки электронагревательного элемента при температуре 1250°C.

Срок годности смеси 1-2 часа с момента приготовления. Готовая смесь - серовато-белая однородная масса.

Нанесение смеси производится в следующем порядке:

- подготавливается электронагревательный элемент;

- на рабочий стол укладывается металлическая пресс-форма, состоящая из двух частей;

- заполняются обе части пресс-формы готовой смесью с помощью металлического шпателя;

- электронагревательный элемент укладывается в первую часть пресс-формы и закрывается второй частью, зажимается, убираются излишки смеси и выдерживается в таком состоянии в течение 10-12 секунд;

- извлекается электронагревательный элемент из пресс-формы и сушится с обмазкой на воздухе при температуре 25±5°C в течение 2-х недель;

- электронагреватель с нанесенной смесью помещается в печь и нагревается до 1250°C с равномерным подъемом температуры со скоростью 100°C в час;

- при температуре 1250°C выдерживается в печи в течение 1 часа;

- охлаждается электронагревательный элемент от 1250°C до комнатной температуры вместе с печью.

Термостойкость покрытия из указанного состава составляет не менее 250 циклов при подъеме температуры от комнатной до 850°C в течение 15 минут и работе при этой температуре не менее 8 часов.

Жаростойкое покрытие для фехралиевых сплавов, включающее в себя кордиеритовый порошок Mg₂Al₄Si₅O₁₈ - 37,5 мас.%, отличающееся тем, что с целью повышения прочности керамики дополнительно содержит однозамещенный фосфат алюминия Al(H₂PO₄)₃ - 33,5 мас.%, твердоэлектролитную циркониевую керамику ZrO₂ - 4 мас.% и дистиллированную воду H₂O - 25% от сухой смеси компонентов.