ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 1997 года по МПК C04B41/70 

Изобретение относится к высокотемпературным защитным покрытиям и может быть использовано для защиты технологической оснастки из нержавеющей стали от газовой коррозии.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования высокотемпературного защитного покрытия, в котором при многократных циклических нагревах в агрессивной газовой среде обеспечивается снижение разницы коэффициентов термического расширения между подложкой и покрытием, предотвращается окисление подложки в начальный момент формирования покрытия и повышается прочность сцепления покрытия с подложкой, за счет чего повышается термостойкость высокотемпературного защитного покрытия.

Согласно изобретению поставленная задача достигается тем, что высокотемпературное защитное покрытие, выполнено двуслойным, нижний слой которого имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 42,0 46,0
B₂O₃ 2,0 4,0
BaO 15,0 17,0
CaO 7,0 8,0
MgO 1,5 2,4
Al₂O₃ 8,5 10,5
Na₂O 0,5 1,0
F₂ 1,0 2,0
Cr₂O₃ 9,0 10,0
MoO₃ 1,5 2,25
Co₂O₃ 1,5 2,0
MnO₂ 1,5 2,0
а верхний покровный слой имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 31,5 35,5
B₂O₃ 4,0 6,0
BaO 30,5 31,5
CaO 2,0 3,0
Al₂O₃ 1,5 2,5
TiO₂ 1,0 2,0
Cr₂O₃ 22,0 23,5
MoO₃ 0,75 1,0
Co₂O₃ 0,5 0,75
MnO₂ 0,5 0,75
дополнительно содержит подслой нихрома пористостью не более 5% толщиной 50 100 мкм и шероховатостью R_z40 R_z100.

Нихром Х20Н80 имеет коэффициент термического расширения 17,6•10^-6 1/^oС, что является промежуточным значением между КТР подложки и покрытия, что способствует выравниванию коэффициентов термического расширения и предотвращает скалывание покрытия.

Подслой нихрома имеет пористость не более 5% что предотвращает окисление подложки в начальный момент формирования покрытия.

Подслой нихрома имеет толщину 50 100 мкм. При толщине подслоя менее 50 мкм имеет место несплошность покрытия. Подслой нихрома толщиной 100 мкм обладает высокими эксплуатационными свойствами, а наносить более толстое покрытие экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости нихрома. Таким образом, оптимальная толщина нихрома составляет 50 100 мкм.

Подслой нихрома имеет шероховатость R_z40 R_z100. При шероховатости подслоя нихрома менее R_z40 микронеровности покрытия имеют низкую высоту, в результате чего защитное покрытие имеет низкую прочность сцепления с подслоем. При шероховатости подслоя нихрома более R_z100 микроневровности покрытия имеют такую высоту и угол у вершины, при которых они становятся концентраторами напряжений в защитном покрытии, в результате чего прочность его сцепления с подслоем снижается. Таким образом, оптимальный диапазон шероховатости нихромового подслоя составляет R_z40 - R_z100.

Кроме того, нихром обладает высокой температурой плавления (1550^oC), что в случае механического повреждения верхних слоев покрытия предотвращает преждевременный выход из строя подложки.

Пример.

На контейнеры для высокотемпературной пайки, изготовленные из нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 2 мм наносили методом плазменного напыления подслой нихрома Х20Н80 пористостью 5% и толщиной 100 мкм. При напылении променяли проволоку диаметром 1,2 мм по ТУ 14-1-997-74.

Технологические режимы напыления:
Расход плазмообразующего газа (аргона) л/мин 40 45
Ток, A 320 350
Напряжение, В 35 45
Расстояние до напыляемой поверхности, мм 60 80
Минимальная пористость подслоя достигалась применением проволоки малого диаметра, технологическими режимами напыления и конструкцией плазмотрона.

Подслой нихрома опесочивали карбидом кремния марки 54С по ОСТ 2МТ-72-8-78 зернистостью 80-125 мкм по ГОСТ 3647-80, после чего шероховатость подслоя составляла R_z40 R_z100. Оптимальный диапазон шероховатости определяли экспериментально путем замера прочности сцепления покрытия с подложкой, который производили на бобышках из нержавеющей стали методом склеивания двух бобышек с покрытием и испытанием на разрывной машине ЦД-4. При шероховатости подслоя менее R_z40 и более R_z100 наблюдалось снижение прочности сцепления покрытия с подслоем. Контроль шероховатости осуществляли по ГОСТ 2789-73.

Затем на подслой нихрома наносили двухслойное защитной покрытие: нижний слой имел следующий состав, мас.

SiO₂ 42,0 46,0
B₂O₃ 2,0 4,0
BaO 15,0 17,0
CaO 7,0 8,0
MgO 1,5 2,5
Al₂O₃ 8,5 10,5
Na₂O 0,5 1,0
F₂ 1,0 2,0
Cr₂O₃ 9,0 10,0
MoO₃ 1,5 2,25
Co₂O₃ 1,5 2,0
MnO₂ 1,5 2,0
а верхний покровный слой имел следующий состав мас.

SiO₂ 31,5 35,5
B₂O₃ 4,0 6,0
BaO 30,5 31,5
CaO 2,0 3,0
Al₂O₃ 1,5 2,5
TiO₂ 1,0 2,0
Cr₂O₃ 22,0 23,5
MoO₃ 0,75 1,0
Co₂O₃ 0,5 0,75
MnO₂ 0,5 0,75
Покрытие наносили из шликера методом распыления согласно ОСТ 1-90221-77 "Покрытия защитно-технологические высокотемпературные".

В контейнерах из нержавеющей стали с защитным покрытием, выполненным по предлагаемому изобретению, многократно производили пайку при температуре 1250^oC, при этом контейнеры выдержали 57 циклов.

Внедрение изобретения позволит повысить термостойкость высокотемпературного защитного покрытия в агрессивной газовой среде.

Использование: для защиты крупногабаритной тонкостенной оснастки от газовой коррозии. Сущность изобретения. Покрытие содержит подслой нихрома пористостью не более 5%, толщиной 50 - 100 мкм и шероховатостью R_z40 - R_z100. На подслое выполнено двуслойное покрытие, нижний слой которого включает, мас.%: SiO₂ 42,0 - 46,0; B₂O₃ 2,0 - 4,0; BaO 15,0 - 17,0; CaO 7,8 - 8,0; MgO 1,5 - 2,5; Al₂O₃ 8,5 - 10,5; Na₂O 0,5 - 1,0; F₂ 1,0 - 2,0; Cr₂O₃ 9,0 - 10,0; MoO₃ 1,5 - 2,25; Co₂O₃ 1,5 - 2,0; MnO₂ 1,5 - 2,0. Верхний покровный слой включает, мас.%: SiO₂ 31,5 - 35,5; B₂O₃ 4,0 - 6,0; BaO 30,5 - 31,5; CaO 2,0 - 3,0; Al₂O₃ 1,5 - 2,5; TiO₂ 1,0 - 2,0; Cr₂O₃ 22,0 - 23,5; MoO₃ 0,75 - 1,0; Co₂O₃ 0,5 - 0,75; MnO₂ 0,5 - 0,75. Характеристика: контейнеры с покрытием выдержали 57 термоциклов при пайке при температуре 1250^oC.

Высокотемпературное защитное покрытие, выполненное двуслойным, нижний слой имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 42 46
B₂O₃ 2 4
BaO 15 17
CaO 7 8
MgO 1,5 2,5
Al₂O₃ 8,5 10,5
Na₂O 0,5 1,0
F₂ 1-2
Cr₂O₃ 9 10
MoO₃ 1,5 2,25
Co₂O₃ 1,5 2,0
MnO₂ 1,5 2,0
а верхний покровный слой имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 31,5 35,5
B₂O₃ 4 6
BaO 30,5 31,5
CaO 2 3
Al₂O₃ 1,5 2,5
TiO₂ 1 2
Cr₂O₃ 22,0 23,5
MoO₃ 0,75 1,0
Co₂O₃ 0,5 0,75
MnO₂ 0,5 0,75
отличающееся тем, что оно дополнительно содержит подслой нихрома пористостью не более 5% толщиной 50 100 мкм и шероховатостью R_z 40 - R_z 100.