ЖАРОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2006 года по МПК C03C8/22 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (камера сгорания, жаровые трубы, газоводы и др.) из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1000°С.

Известно, что нарушение сплошности покрытия, которое может иметь место как в процессе изготовления, так и при эксплуатации изделий, ослабляет защитное действие покрытий. Для устранения отдельных сколов и других дефектов покрытия необходим повторный обжиг деталей, что приводит к разупрочнению защищаемых материалов. При возникновении мелких дефектов в процессе эксплуатации детали также повторно эмалируются и обжигаются.

Для устранения дефектов эмалевого покрытия необходимо применение жаростойких покрытий, формируемых при комнатной температуре.

Известно покрытие, имеющее следующий химический состав, в мас.%: фритта А: SiO₂ 35-50, В₂O 3-10, Al₂О₃ 0-5 и/или Sb₂O₃, RO 0-5, R¹ ₂O 15-30, TiO₂ 20-30, ZnO 0,1-10, Fe₂O₃ 0-10, Cr₂О₃, NiO, MnO, CoO и/или CuO, фритта В: SiO₂ 40-60, В₂О 3-10, Al₂О₃ 10-25, RO 10-30, R¹ ₂O 0,1-10, Fe₂O₃ 0-10, Cr₂O₃, NiO, MnO, CoO и/или CuO, где RO включает MgO, CaO, SrO и/или BaO, a R₂O Na₂O, K₂O и/или Li₂O, сырьевые материалы, выбранные из группы: кварц, полевой шпат, оксид циркония, волластонит, нефелин, сиенит и другие, а также необходимые количества добавок из группы Fe₂O_з, Cr₂O₃, NiO, MnO, CoO, CuO, TiO₂ и их смесей (WO 98/28236).

Известно покрытие следующего химического состава, в мас.%: SiO₂ 38-52,6, В₂O₃ 6,0-7,5, Al₂О₃ 18,0-20,0, BaO 7,0-9,0, CaO 3,5-7,5, MgO 0,9-2,0, TiO₂ 2,5-4,0, Cr₂O₃ 4,0-5,5, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ 5,5-6,5, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ содержит в мас.%: SiO₂ 56,25-58,05, Al₂О₃ 34,3-35,1, CaO 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, К₂O 2,5-2,6, Na₂O 0,6-0,7, TiO₂ 1,6-1,8, SO₃ 0,15-0,25, Fe₂O₃ 0,8-1,0 или SiO₂ 35,25-40,05, Al₂О₃ 34,3-35,1, CaO 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, K₂O 2,5-2,6, Na₂O 0,6-0,7, TiO₂ 1,6-1,8, SO₃ 0,15-0,25, Fe₂O₃ 0,8-1,0, SiB₄ 18,0-21,0 (Патент РФ №2163897).

Известные покрытия имеют низкие показатели температуроустойчивости, прочности сцепления, термостойкости при температуре эксплуатации 1000°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаростойкое покрытие состава, в мас.%:

SiO₂20,0-31,0В₂О₃4,0-5,0Al₂О₃10,0-12,0BaO4,0-6,0CaO2,0-4,0MgO0,5-1,5TiO₂1,5-2,5Cr₂О₃15,0-17,0минеральное комплексное соединение на основе SiO₂5,0-6,0тальк2,0-2,5слюда2,0-2,5полиметилфенилсилоксан0,6-0,8кремнийорганическая смола10,5-14,5толуол8,0-11,0

При этом минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ содержит в мас.%:

SiO₂56,25-58,05Al₂О₃34,3-35,1CaO1,0-1,2MgO1,0-1,1К₂O2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂О₃0,8-1,0

или

SiO₂35,25-40,05Al₂О₃34,3-35,1CaO1,0-1,2MgO1,0-1,1К₂O2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂O₃0,8-1,0SiB₄18,0-21,0(Патент РФ №2191165) 

Недостатками покрытия-прототипа являются недостаточно высокие температуроустойчивость, прочность сцепления, термостойкость при температуре эксплуатации 1000°С.

Технической задачей изобретения является создание жаростойкого покрытия с повышенной температуроустойчивостью, прочностью сцепления, термостойкостью при температуре эксплуатации 1000°С, формирующегося при комнатной температуре.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂О₃, Al₂О₃, BaO, CaO, MgO, TiO₂, Cr₂О₃, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, в мас.%:

SiO₂56,25-58,05Al₂O₃34,3-35,1CaO1,0-1,2MgO1,0-1,1К₂О2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂О₃0,8-1,0

или

SiO₂35,25-40,05Al₂О₃34,3-35,1CaO1,0-1,2MgO1,0-1,1К₂О2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂O₃0,8-1,0SiB₄18,0-21,0,

полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит SiB₄, ксилол при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

SiO₂20,0-33,0В₂O₃4,0-5,0Al₂О₃7,0-8,0BaO7,0-8,0CaO4,0-5,5MgO0,5-1,5TiO₂1,0-2,2Cr₂O₃15,0-17,0минеральное комплексное соединение на основе SiO₂5,0-6,0полиметилфенилсилоксан0,5-0,8кремнийорганическая смола11,5-12,5ксилол10,0-11,0SiB₄1,5-2,5

Авторами установлено, что введение SiB₄, ксилола при заявленном соотношении компонентов жаростойкого покрытия позволяет устранять дефекты эмалевого покрытия и в то же время упрочняет структуру покрытия за счет образования боросиликатного стекла, армированного частицами борида кремния, что повышает его температуроустойчивость, прочность сцепления, термостойкость при температуре эксплуатации 1000°С.

Примеры осуществления.

Покрытие получают путем перемешивания компонентов при комнатной температуре в течение 5-10 минут до получения однородной массы. Нанесение покрытия на дефектные места производится мягкой кистью ровным слоем. После нанесения покрытия детали сушатся на воздухе в течение 30 часов.

Составы предлагаемого покрытия №1, 2, 3 и прототипа №4 приведены в таблице №1. Составы минерального комплексного соединения на основе SiO₂ приведены в таблице №2.

Свойства предлагаемых покрытий приведены в таблице 3.

Прочность сцепления (балл) определяли по методу решетчатого надреза путем анализа количества дефектов, в соответствии со специальной шкалой. Чем меньше дефектов, тем выше прочность сцепления.

Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом, имеющим низкие технические характеристики при температуре эксплуатации 1000°С, у предлагаемого состава температуроустойчивость повысилась более чем в 2 раза, прочность сцепления в 2 раза, термостойкость в 1,5 раза.

Применение предлагаемого покрытия, формируемого при комнатной температуре, обеспечивает снижение энергоемкости и трудоемкости операции ремонта в производственных условиях и повышение надежности работы деталей с покрытием в 1,5-2 раза.

Предлагаемое покрытие обеспечивает экологическую чистоту производства.

Таблица №1
Составы предлагаемых покрытий№п/пSiO₂В₂О₃Al₂О₃BaOCaOMgOTiO₂Cr₂О₃Минеральное комплексное соединение на основе SiO₂Полиметил-фенилсилоксанКремнийор ганическая смолаSiB₄КсилолТалькСлюдаТолуол120,05,08,08,05,51,52,217,06,00,812,52,511,0---233,04,07,07,04,00,51,015,05,00,511,51,510,0---325,64,57,57,55,01,22,016,05,50,712,02,010,5---431,04,010,04,02,00,52,515,06,00,612,4--2,02,08,0

Таблица №2
Составы минерального комплексного соединения на основе SiO₂№п/пКомпоненты, в масс.%SiO₂Al₂О₃CaOMgOК₂ОNa₂OTiO₂SO₃Fe₂O₃SiB₄156,2535,11,21,12,60,71,80,251,0-258,0534,31,01,02,50,61,60,150,8-357,3034,551,11,052,550,651,70,20,9-435,2535,11,21,12,60,71,80,251,021,0540,0534,31,01,02,50,61,60,150,818,0637,3034,551,11,052,550,651,70,20,920,0

Таблица №3
Свойства предлагаемых покрытий и покрытия прототипа№п/пСвойствоПредлагаемые составыПрототип12341Температуроустойчивость при 1000°С, ч110110120502Прочность сцепления, балл11123Термостойкость при 1000°С, цк2002002101304Жаростойкость, г/м²хч при 1000°С0,010,010,010,01

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (камера сгорания, жаровые трубы, газоводы и др.) из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1000°С. Технической задачей изобретения является создание покрытия с повышенной температуроустойчивостью, прочностью сцепления, термостойкостью при температуре эксплуатации 1000°С, формирующегося при комнатной температуре. Жаростойкое покрытие содержит в мас.%: SiO₂ 56,25-58,05, Al₂О₃ 34,3-35,1, CaO 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, К₂O 2,5-2,6, Na₂O 0,6-0,7, TiO₂ 1,6-1,8, SO₃ 0,15-0,25, Fe₂O₃ 0,8-1,0 или SiO₂ 35,25-40,05, Al₂О₃ 34,3-35,1, CaO 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, К₂O 2,5-2,6, Na₂O 0,6-0,7, TiO₂ 1,6-1,8, SO₃ 0,15-0,25, Fe₂O₃ 0,8-1,0, SiB₄ 18,0-21,0, полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, при этом оно дополнительно содержит SiB₄, ксилол при следующем соотношении компонентов, в мас.%: SiO₂ 20,0-33,0 В₂O₃ 4,0-5,0, Al₂O₃ 7,0-8,0, BaO 7,0-8,0, CaO 4,0-5,5, MgO 0,5-1,5, TiO₂ 1,0-2,2, Cr₂O₃ 15,0-17,0, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ 5,0-6,0, полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8, кремнийорганическая смола 11,5-12,5, ксилол 10,0-11,0, SiB₄ 1,5-2,5. Применение покрытия, формируемого при комнатной температуре, обеспечивает снижение энергоемкости и трудоемкости операции ремонта в производственных условиях и повышение надежности работы деталей с покрытием в 1,5-2 раза. Покрытие обеспечивает экологическую чистоту производства. 3 табл.

Жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂О₃, Al₂О₃, BaO, CaO, MgO, TiO₂, Cr₂O₃, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, мас.%:

SiO₂56,25-58,05Al₂О₃34,3-35,1CaO1,0-1,2MgO1,0-1,1К₂O2,5-2,6Na₂O0.6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂O₃0,8-1,0или SiO₂35,25-40,05Al₂О₃34,3-35,1CaO1,0-1,2MgO1,0-1,1К₂O2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂O₃0,8-1,0SiB₄18,0-21,0

полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит SiB₄, ксилол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂20,0-33,0В₂O₃4,0-5,0Al₂O₃7,0-8,0BaO7,0-8,0CaO4,0-5.5MgO0,5-1,5TiO₂1,0-2,2Cr₂O₃15,0-17,0минеральное комплексное соединение на основе SiO₂5,0-6,0полиметилфенилсилоксан0,5-0,8кремнийорганическая смола11,5-12.5ксилол10,0-11,0SiB₄1,5-2,5