СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1997 года по МПК C04B28/24 C04B111/20 

Изобретение относится к получению огнеупорных покрытий, предназначенных для защиты металлических поверхностей, в частности металлических конструкций электротермических печей для производства кристаллического кремния.

Известен состав для получения защитного покрытия тиглей, который содержит кварцевый песок, огнеупорную глину, графит, молотый асбест, кремнефтористый натрий, жидкое стекло и воду. Покрытие получают путем нанесения приготовленного состава на стенки тигля [1]
Недостатком данного решения является то, что полученное таким способом защитное покрытие имеет невысокий срок службы, особенно в условиях электротермического получения кремния.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления теплозащитного покрытия, включающий нанесение на защищаемую поверхность несущего слоя, на который наносят теплоизоляционный слой, причем несущий слой выполняют из композиции состава, мас. каолиновое волокно 25-75, фосфатное связующее 25-75; а теплоизоляционный слой из композиции состава, мас. асбестовое волокно 50-58, 3, жидкое стекло (плотность 1,2 г/см³) 38,3-43,7, полифосфат натрия (плотность 1,08 г/см³) 3,4-6,3 [2]
Недостатком известного способа является то, что в условиях электротермического процесса получения кристаллического кремния данное покрытие не обеспечивает длительной защиты металлических конструкций от термического и химического (от газообразного SiO) воздействия.

Целью изобретения является увеличение срока службы защитного покрытия за счет повышения качества наносимых слоев.

Поставленная цель достигается тем, что по способу получения многослойного покрытия для защиты металлических поверхностей путем нанесения на металлическую поверхность несущего слоя и последующих слоев, содержащих связующее, отвердитель и огнеупорный наполнитель, в составы для нанесения несущего и последующих слоев вводят связующее на основе жидкостного стекла с мольным отношением SiO₂ Na₂O, определяемым по уравнению:

где n мольное отношение SiO₂ Na₂O;
m порядковый номер наносимого слоя, 1, 2, 3 и т.д.

±0,1 интервал значений отношения SiO₂ Na₂O, в пределах которого достигается поставленная цель технического решения.

Введение в составы слоев многослойного покрытия для защиты металлических поверхностей связующего на основе жидкого стекла с мольныым отношением SiO₂ Na₂O, определяемым по уравнению:

обеспечивает высокую адгезионную прочность несущего слоя (n₁=6,5-8) к защищаемой поверхности (при минимальном количестве вводимых огнеупорных наполнителей) и высокую прочность на разрыв последующих слоев с высокой прочностью сцепления между ними (n₂=4,6-5,7; n₃=3,8-4,6 и т.д.) с одновременным повышением стойкости покрытия от термического и химического (от газообразного SiO) воздействия при производстве кристаллического кремния в электротермических печах.

Отклонение за пределы интервала значений мольного отношения SiO₂ Na₂O, соответствующих любому из слоев, ведет к снижению качества соответствующего слоя (ухудшаются присущие этим слоям механические и защитные свойства), что снижает надежность многослойного покрытия в целом и уменьшает срок службы последнего.

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не были обнаружены технические решения с признаками, отличающими предлагаемый объект изобретения от прототипа, а именно: позволяющими получить надежное защитное покрытие из слоев, обладающих одновременно высокими механическими и защитными свойствами.

Для испытания в лабораторных уловиях получают многослойное (из трех слоев) покрытие для защиты металлических поверхностей. Для приготовления составов используют связующее на основе жидкого стекла плотностью 1,55 г/см³. В качестве отвердителя применяют кремнефтористый натрий в порошке, а огнеупорных наполнителей молотый асбест, магнезит, каолин. Наполнители могут быть самыми разнообразными в зависимости от назначения защитного покрытия.

Пример 1. В состав для нанесения несущего (первого) слоя вводят связующее на основе жидкого стекла с мольным отношением n₁ SiO₂ Na₂O, определяемым по уравнению:

Состав для нанесения несущего слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₁=8 90
Кремнефтористый натрий 5
Асбест молотый 5
Для нанесения второго слоя:

Состав для нанесения второго слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₂=5,7 83
Кремнефтористый натрий 5
Асбест молотый 12
Для нанесения третьего (наружнего) слоя:

Состав для нанесения третьего слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₃=4,6 63
Кремнефтористый натрий 5
Магнезит 13
Каолин 10
Молотый асбест 9
Несущий слой наносят на стальные пластины, поверхность которых предварительно освобождают от ржавчины и обрабатывают содовым раствором. Второй слой наносят на несущий, не дожидаясь полного твердения последнего. Аналогично наносят третий (наружный) слой на второй. После сушки многослойное покрытие подвергают прокалке при 100^oC, после чего металлические пластины, защищенные данным покрытием, помещают в зону термохимического воздействия и определяют стойкость покрытия. Готовят специальные образцы для испытания несущего слоя на адгезионную прочность (определяют предел прочности при сдвиге после сушки при 120^oC и прокалки 1000^oC). Готовят и испытывают образцы на определение предела прочности на разрыв последующих слоев, прочности сцепления между слоями, осыпаемости наружного слоя и термостойкости (теплосмены при 800^oC на воздухе) покрытия.

В примерах 2 и 3 получают многослойное защитное покрытие аналогично примеру 1 при следующих параметрах.

Пример 2. В состав первого слоя вводят связующее на основе жидкого стекла с мольным отношением n₁ SiO₂ Na₂O, определяемым по уравнению:

Состав для нанесения первого слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₁=7,2 90
Кремнефтористый натрий 5
Асбест молотый 5
Для нанесения второго слоя

Состав для нанесения второго слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₂=5,1 83
Кремнефтористый натрий 5
Асбест молотый 12
Для нанесения третьего слоя,

Состав для нанесения третьего слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₃=4,2 63
Кремнефтористый натрий 5
Асбест молотый 9
Магнезит 13
Каолин 10
Пример 3. В состав первого слоя вводят связующее на основе жидкого стекла с мольным отношением n₁ SiO₂ Na₂O, определенным по уравнению:

Состав для нанесения первого слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₁=6,5 90
Кремнефтористый натрий 5
Асбест молотый 5
Для нанесения второго слоя:

Состав для нанесения второго слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₂=4,6 83
Кремнефтористый натрий 5
Асбест молотый 12
Для нанесения третьего слоя:

Состав для нанесения третьего слоя, мас.

Связующее на основе жидкого стекла с n₃=3,8 63
Кремнефтористый натрий 5
Асбест молотый 9
Магнезит 13
Каолин 10
В примерах 4-9 получение защитного покрытия осуществляют аналогично примерам 1-3 за пределами заявленных интервалов.

Осуществляют получение защитного покрытия по известному способу.

Показатели многослойного покрытия и результаты испытания приведены в табл. 1 и 2. На одной электротермической печи проводятся испытания катододержателя, покрытого данным покрытием.

Результаты положительные.

На чертеже дана схема осуществления предлагаемого способа.

Из данных табл.1 и 2 видно, что использование заявляемого способа получения многослойного покрытия для защиты металлических поверхностей (по примерам 1-3) обеспечивает повышение качества наносимых слоев. По сравнению с известным способом предел прочности при сдвиге несущего слоя к защищаемой поверхности после прокалки выше на 3 МПа (12%), предел прочности на разрыв последующих слоев выше в среднем на 17% прочность сцепления между слоями увеличивается в 1,5 раза, а осыпаемость наружного слоя снижается в 2 раза. Термостойкость защитного покрытия увеличивается на 13% За счет повышения качества наносимых слоев срок службы многослойного защитного покрытия увеличивается в 1,2 раза.

Изобретение относится к получению огнеупорных покрытий, предназначенных для защиты металлических поверхностей, в частности металлических конструкций электротермических печей для производства кристаллического кремния. Цель изобретения - увеличение скока службы защитного покрытия за счет повышения качества наносимых слоев. Для этого в составы для нанесения несущего и последующих слоев вводят связующее но основе жидкого стекла с мольным отношением SiO₂: Na₂O, определяемым по уравнению , где n - мольное отношение SiO₂: Na₂O, m - порядковый номер наносимого слоя, 1, 2, 3 и т.д., ±0,1 - интервал значений отношения SiO₂:Na₂O, в пределах которого достигается постоянная цель технического решения. При этом повышается качество наносимых слоев. По сравнению с известным способом предел прочности при сдвиге несущего слоя к защищаемой поверхности после прокалки выше на 3 МПа (12%), предел прочности на разрыв последующих слоев в среднем - на 17%, прочность сцепления между слоями увеличивается в 1,5 раза, а осыпаемость наружного слоя снижается в 2 раза. Термостойкость защитного покрытия увеличивается на 13%. За счет повышения качества наносимых слоев срок службы многослойного покрытия увеличивается в 1,2 раза. 1 ил., 2 табл.

Способ получения многослойного покрытия для защиты металлических поверхностей путем нанесения на металлическую поверхность несущего слоя и последующих слоев, содержащих связующее, отвердитель и огнеупорный наполнитель, отличающийся тем, что в составы для нанесения несущего и последующих слоев вводят связующее на основе жидкого стекла с мольным отношением SiO₂ Na₂O, определяемым по уравнению

где n мольное отношение SiO₂ Na₂O;
m порядковый номер наносимого слоя, 1, 2, 3 и т.д.

±0,1 интервал значений отношения SiO₂ Na₂O, в пределах которого достигается поставленная цель технического решения.