Способ получения огнеупорного защитного покрытия на поверхности металла

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«ц992612 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2910. 80 (21) 2999598/22-02 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет

Опубликовано 3001,83. Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 300183 ($)) Кд 3

С 23 0 5/10

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53)УДК 666.76 (088. 8) « л:,)

t л к

B.A. Перепелицын, А.С. Фрейденберг, Н.В. Хворо,«." :

P.Ô. Фарвазев, Г.Д. Бухман и В.Л. Седышев/

М (72) Авторы изобретения

Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности (71 ) Заявитель (54 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО ЗЩИТНОГО

ПОКРЫТИЯ HA ПОВЕРХНОСТИ МЕТЛЛЛЛ

Изобретение относится к получению огнеуПорного защитного покрытия на поверхности металла и может быть использовано для защиты поверхности горелок-форсунок котлов ТЭЦ от абразивного воздействия угольной пыли при температуре более 1000 С, а также для защиты другого оборудования, работающего в аналогичных условиях.

Известен способ получения износостойкого покрытия для защиты оборудо«вания от абразивного износа, включа ющий нанесение на защищаемую поверхность композиции, состоящей

Жз бакелитового лака и абразивного порошка с высокой твердостью, с последующей термообработкой 1 ).

К недостаткам укаэанного защитвого покрытия относится его незначительная жаропрочность, поэтому его нельзя испольэовать при температурах выше 200оС.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту способ получения жаропрочного защитного покрытия, включающий нанесение на эащнщаемую поверхность намаэыванивм, распылением или окунанием состава, содержащего 25%-ный раствор монофосфата алюминия (100 вес.ч.) и порошка карбида кремния с размером зерен менее 3 мкм (40 вес.ч.) с последующей термообработкой при

600 С (2 1.

Однако покрытия, получаемые. известным способом, характеризуются недостаточной жаропрочностью, не позволяющей эксплуатировать.оборудование с таким покрытием выше

1000 С, так как при более высоких температурах карбид кремния окисляется и разрушается.

Кроме того, материал покрытия

15 подвержен разупрочнению в интервале температур 500-700оС, в связи с чем при этих температурах не обеспечивается достаточной абразиво устойчивости, а карбид кремния является дефицитным материалом.

Цель изобретения — повышение доЛговечности покрытия в условиях высокотемпературного абразивного воздействия.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему нанесение огнеупорной массы и термообработку, перед нанесением огнеупорной массы нагретую до 150.200 С поверхность покрывают огне992612 упорным волокнистым материалом, пропитанным раствором связующего, а после термообработки оплавляют поверхность огнеупорной массы.

В качестве связующего для пропитки волокнистого материала и в составе огнеупорной массы может быть использован коллоидный раствор золя кремниевой кислоты.

Для повышения долговечности покрытия может быть использована плас- 10 тичная масса на основе электрокорунда.

Сущность, предлагаемого способа заключается в следующем.

Предварительный нагрев поверхности защищаемого металла до 150-200 C обеспечивает улучшение адгеэии волокнистого огнеупорного материала, пропитанного раствором золя кремниевой кислоты вследствие испарения влаги и полимеризации образующегося при этом аглорфного кремнезема, создающего контактное сцепление металла и .волокнистого материала.

Применение волокнистого материала 25 необходигло для того, чтобы обеспечить снятие внутренних напряжений на границе разнородных материалов металл-огнеупорная композиция вслед- ствие высокой эластичности огнеупор- 3О ных волокон.

ВОль крем11иевОЙ кислОты пригKIIHют В сВязи с высоким хими геcKHM сродством к огнеупорным, материалам и отсутст>зием отрицательного Воздействия на свойства. огнеупорного покрытия.

Электрокорунд повг шает устойчивость к.высокой температуре и абразивному износу, так как он сочетает в себе весьгла высокую твердость, огнеупорность и устойчивость к газовой среде любого состава.

В процессе оплавления поверхности огнеупорной массы происходит перекристаллизация зерен электрокорунда через жидку>о фазу с образованием единого кристаллического сростка, придающему поверхности покрытия монолитность, твердость, прочность и высокую плотность.

Предлагаемый способ обеспечивает формирование высокоизносоустойчивой структуры защитного покрытия, обуславливающей повышение долговечности покрытия в условиях высокотемпературного абразивного износа.

Пример 1. Огнеупорный тканый материал из каолиновой ваты пропитывают коллоидным раствором золя кремниевой кислоты и наклеивают на 60 нагретую до 200оС гладкую поверхность трубы из нержавеющей стали, после чего намазывают огнеупорную пластичную массу, Ъ: электрокорунд (фракции менее 0,1 мм) 75; oríåóïoðная глина 15; асбест 5, коллоидный раствор золя кремниевой кислоты (концентрация Si0 200 r/л) 5. Толщина слоя огнеупорной массы 10-15 мм.

После нанесения огнеупорной массы проводят сушку при 120 С в течение

15 ч с предварительной выдержкой при комнатной температуре в течение суток. После завершения сушки Оплавляют наружнуго поверхность покрытия с помощью газовой горелки при температуре 1770 С, равной огнеупорности массы. Оплавленный слой охлаждают на воздухе до 20 С.

Пример 2. Процесс ведут аналогично примеру 1, только после сушки слоя огнеупорной массы оплавление наружной поверхности не проводят.

Пример 3. На гладкую поверхность трубы из нержавеющей стали сразу намазывают огнеупорную пластичную массу, после чего ее сушат при 120 С в течение 15 ч с предварительной выдержкой при комнатной температуре в течение суток. После сушки наружную поверхность покрытия оплавляют. Таким образом, отсутствует операция наклеивания огнеупорного волокнистого материала на нагретую поверхность.

Пример 4. На гладкую поверхность трубы из нержавеющей стали наносят абразивный дисперсный состав, вес.ч.: 25 o.-ный раствор монофосфа-. та алюминия 100; порошок карбида кремния с размером зерен менее 3 мкм о

>40. После сушки при 120 С в течение суток производят обжиг в печи при

600оС. Оплавление поверхности не производят.

В табл. 1 приведены физико-механические характеристики защитных покрытий.

Увеличение содержания Огнеупорной глины и асбеста B составе огнеупорной массы приводит к трещинообразованию и пористости покрытия во ьремя термообработки.

С цель>о изучения влияния предлагаемого способа на свойства покрытий, изготовленных иэ иэвеотных материалов, проведено экспериментальное исследование покрытий, изготовленных по предлагаемому способу иэ каменноугольной эолы (44Ъ) и бакелитового лака (56Ъ) и смеси карбида кремния (38Ъ) с моноалюмофосфатом (72Ъ). При изготовлении покрытий из указанных материалов предварительно нагревают защищаемую металлическую поверхность до 170 С, на нее наносят термоэластичный (первый) слой, состоящий из каолиновой ваты (90Q) и раствора кремнезема плотностью 1,27 г/см . После этого на поверхность первого слоя каолиновой ваты наносят рабочие слои 2, сушат их при 120 С в течение суток с по992612 следующим оплавлением при 1000 С (масса 2) и 1700ОС (масса 3).

Результаты исследования физико-химических свойств полученных покрытий приведены в табл.4, из данных которой видно, что реализация предлагаемого способа позволяет резко улучшить ка.чество покрытий из известных масс.

Так, огнеупорность возрастает на

130-500 С, предел прочности при .сжатии и термическая, стойкость повышают ся в 1,5 раза, а расчетная долговечность увеличивается более чем в два раза.

Существенные улучшения качества покрытия определяются резким снижением (примерно в три раза ) скорости высокотемпературного абразивного износа (см, табл. 2 и 3 ) масс 2 и 3 в случае их изготовления предлагаемым способом в результате оплавления рабочей поверхности. О высокой эффективности предлагаемого способа особенно свидетельствует коренное улучшение физико-химических свойств покрытия, изготовленного из массы 2.

При этом из легкоплавкой композиции (огнеупорность 1000 С) удалось получить огнеупорное покрытие (огнеупорность 1500 С) с расчетным сроком эксплуатации в высокотемпературном ЗО абразивном потоке 140 ч.

Как показало петрографическое исследование, коренное улучшение свойств покрытий, изготовленных из известных материалов предлагаемым способом, до- 35 стигается в основном благодаря нанесению термоэластичного огнеупорного слоя из коалиновой ваты и раствора кремнезоля .(слой 1), наносимых на предварительно нагретую поверхность 4р защищаемого металла. При этом после нанесения рабочего слоя (слой 2) и последующего оплавления существенно повышается как огнеупорность двухслойной композиции, так и высокотемпературная образивность всего покрытия.

Таким образом, повышение долговечности покрытий различного состава, полученных предлагаемым способом, достигается путем использования оптимальной технологии изготовления покрытий: характера операций, их после- довательности и режимов проведения.

При этом наилучшие показатели имеют покрытия, полученные из предлагаемой композиции (каолиновая вата, кремнезоль, электрокорунд, асбест, огнеупорная глина).

Предлагаемый способ позволяет существенно улучшить эксплуатационные свойства жаропрочного покрытия на поверхности металла: высокотемпературную абразивоустойчивость, огнеупорность, термическую стойкость.

Путем улучшения термофизических свойств покрытий реализация предлагаемого способа получения защитного покрытия на поверхности металла дает воэможность значительно повысить срок эксплуатации ответственнйх металлических устройств и деталей, работающих в условиях воздействия температур и абразивных потоков твердых частиц; увеличить производительность теплотехнических агрегатов,атакже использовать широкодоступное оборудование и сравнительно широко распространенные материалы, выпускаемые серийно отечественной промышленностью.

Промышленное внедрение предлагаемого способа получения жаропрочного покрытия на поверхности металла только на одном предприятии позволит получить около 150 тыс.руб. в год.

>Ъ ф

О о

К и н

Э

» ф ао 0 о х о

1» е

«ъ (0 ) ф оо

Ю о х х х х о н

c a:

v н и о

v о

И о

C)

1

«! л

C) (1

«-1 л

Ю

Ю

Ю

% !

1-

К

Ц о о

И

1": о х о

Е о о

И н

Ц о х о

Е и

Г . ч !

Ф !

I!!

Ю

1 1 о о е о х и х

Pl Х хаио е к н о

Ф д х хнхп д О

ХОИ0.

ЭХО 1

МКо О

0 Оо О юн<ч х

vw v йке ойле

Ц3х0

0.0,Д о е х о х о oz

Е И И ои K

u o e о ох х о х ф, гЧ Qj а ео еох е» х — u

1» а к о

I: н

>,,0 3 енаи х v x<

4ОО охи

1 а

1 о о

И

К х х

И н

0,О о м

L" а ц о х о

m F. х

i I >ада о о

Х . с

uZw х

Хо! Ы

0гч х

1» Э > !

II_#_4 I кых

ХОЕЕ I хнах еоех нино

992612

0, о

Эх (U

Х Б Х е е а е

Е н:Е

C! о

R х х х о ххх х !ц 0 ххо

Ф н н, ь

kct3

004 кхо

992612

О о (Ч

%-»

U о о

О

Ю о л

00 х а

1" о .О о и о

И о

1 О.

Э Ц

1 Ф

Х S CII и 35и а ео

О ФЕЮ

Э л 1 о

ФФФО1 с4 хх Xw о о

Ю м

2 х ь»

III а о

I и

Ф х н о х а

in

Э око нок

ОМЙ ххх

М Х L кuе

ФФХ н Ф >»

Фхк

»» 40 оои х еоех

О М ЫЗ о ее а е н ах н

Ф

Ф х » х

2 а о и м

М х ь о а

g о а

I

»Cl

Ф I Х

Н I °

CI1 1 O

C»l I Ф

CII I К

1 о

И 1 III

I Ф

1 1-»

I O

1О

1О

Ы

Щ х к о

1»

» о х х

Ф

Е

Ф

1-»

Ф х

iIf о х х к о

Х о о в о

Х

Я

5 о х о

Ф х

X. ф а

Х а о х н м о к

Ф о

D» I»I

Ц х

> х а Ф о х

Х а о о а н 1

Н u . "III х е Ф х

Ф о х х

0 4 к о«

I ф Э хо о9 ео ох еа хох

Ф L х

1 о

1 1 Ф

ФВS

us I

K Ф ефо охх е м х ха

ФХФ

Ф к а х не

О 1» ох

Ф И. ао

yzv аНcD

Ф,ьо

Е» ИЧ>

Ро ох охх к

IХО ох

e III хэхй

Е О III

О III ф ах х еох

Х-5 0l

IIl х

"„,ц И ао ю х

ФР Х хо сии енк а хох и.

Хо ео нхи ."» мо с ао ф in

Ф ФГ х ow

НС1

О Ю

Q KCD

Ф Х1 а хч-

Ю ф окх

O III O, X e t= а к

Ф их он

Ц эхе

I ÅO х х ф»CI

ICI хХФ

Л àl» к д хо

Ф ко

Z CII O хахе о х ц хно э ь ю а

Е rl, ICI О

9926 12

Физико-химические свойства покрытий и

Таблица 3 крыти, полученных различными способами

Свойства+

Огнеупорность, С

> 1770 " 1000 .

1660

Относительная скорость абразивного износа при 1200 С,мм/ч

0,16-0,45

0,61-0,98

47,1

21,3

32,0

640

18

Расчетный срок эксплуатации в абразивном потоке при 1200 С, ч

820

316

Все показатели свойств являются средними значениями, определенными на трех образцах

Таблица 4

Физико-химические свойства покрытий, полученных предлагаемым

Ф

1 . способом из известных огнеупорных композиций

1730

1500

0,25»»0 36

3,1-4,7

Предел прочности прн сжатии, МПа,при

20 С

1000 С

32,2

47,6

5,1

Микротвердость рабочей поверхности, к г/мм

1410

980

Предел прочности при сжатии, МПа, при

20 С

1000 С б Микротвердость рабочей поверх.ности, кг/мм

Термическая стойкость (850-20 С), воздушные теплосмены

Огнеупорность, С

Относительная скорость абразивного износа при 1200 С, мм/ч

5,8

1780

Не определяют, так как материал плавится (огнеупорность

1200 С) 3,4 !

128(14

992612

Продолжение табл. 4

Термическая стойкость (850-20 С ), воздушные теплосмены

12

Расчетный срок эксплуатации в абразивном потоке при 1200 С, ч

140

720

+ Bce показатели свойств являются средними значениями, определенными на трех образцах

Формула изобретения

Составитель В. Олейниченко

Редактор Л. Пчелинская Техред М.Надь Корректор Ю. Макаренко

Заказ 378/33 Тираж 954

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", .r. Ужгород, ул. ПЬоектная, 4

1. Способ получения огнеупорного ;у защитного покрытия на поверхности металла, включающий нанесение огне,упорной массы и термообработку, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности по- 25 крытия в условиях высокотемпературного абразивного воздействия, перед нанесением огнеупорной массы нагретую до 150-200 С поверхность покрывают огнеупорным волокнистым материалом, пропитанным раствором связующего, а после термообработки оплавляют нанесенный состав.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю-, шийся тем, что для пропитки волокнистого материала используют коллоидный раствор золя кремниевой кислоты.

Источники информации, и

t принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 336339, кл. С 09 0 5/08, 1972..

2. Патент ФРГ 9 2434098, кл. С 23 F 7/08, 1976.