ЖАРОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2008 года по МПК C03C8/22 

Изобретение относится к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (створки, проставки, патрубки и др.) из жаропрочных железоникелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 900°С, используемых в авиационной технике и в машиностроении.

Известно, что как в процессе изготовления, так и при эксплуатации изделий с жаростойкими покрытиями имеет место нарушение сплошности покрытий, что ослабляет их защитное действие. 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, мас.%: фритта А: SiO₂ 35-50, В₂О 3-10, Al₂О₃ 0-5 и/или Sb₂O₃, RO 0-5, R¹ ₂O 15-30, TiO₂ 20-30, ZnO 0,1-10, Fe₂О₃ 0-10, Cr₂O₃, NiO, MnO, CoO и/или CuO, фритта В: SiO₂ 40-60, B₂O 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, СаО, 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 Fe₂O₃, Cr₂O₃, NiO, MnO, CoO, CuO, TiO₂ и их смесей. (WO 98/28236).

Известно покрытие следующего химического состава, мас.%:

SiO₂ 38-52,6, В₂O₃ 6,0-7,5 Al₂O₃ 18,0-20,0, BaO 7,0-9,0, СаО 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, мас.%: SiO₂ 56,25-58,05, Al₂О₃ 34,3-35,1, СаО 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, Fe₂О₃ 0,8-1,0 или SiO₂ 35,25-40,05, Al₂О₃ 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, K₂O 2,5-2,6 Na₂O 0,6-0,7, TiO 21,6-1,8, SO₃ 0,15-0,25, Fe₂О₃ 0,8-1,0, SiB₄ 18,0-21,0. (Патент РФ №2163897).

Известно покрытие следующего химического состава, мас.%: SiO₂ 20,0-36,0, В₂O₃ 4,0-5,0, Al₂О₃ 5,0-6,0, BaO 5,0-6,0, СаО 2,0-4,0, MgO 0,5-1,5, TiO₂ 1,5-2,5, Cr₂O₃ 15-17, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ 5,0-6,0, Na₂O 4,0-5,0, Р₂O₅ 1,0-2,0, полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8, кремний органическая смола 11,5-13,2, ксилол 9,0-11,0, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ содержит, мас.%: SiO₂ 56,25-58,05, 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 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 №2239616).}

Известные составы покрытий обладают пониженными характеристиками по температуроустойчивости и прочности сцепления с железоникелевыми сплавами и коррозионностойкими сталями при рабочей температуре 900°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаростойкое покрытие состава, 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

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

SiO₂56,25-58,05Al₂O₃34,3-35,1CaO1,0-1,2MgO1,0-1,1K₂O2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂O₃0,8-1,0

или

SiO₂35,25-40,05Al₂O₃34,3-35,1CaO1,0-1,2MgO1,0-1,1K₂O2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂O₃0,8-1,0SiB₄18,0-21,0

(Патент РФ №2273609)

Недостатками покрытия-прототипа являются неудовлетворительные температуроустойчивость, прочность сцепления и термостойкость для железоникелевых сплавов и коррозионностойких сталей при температуре эксплуатации 900°С.

Технической задачей изобретения является создание жаростойкого покрытия с повышенной температуроустойчивостью, термостойкостью и прочностью сцепления для железоникелевых сплавов и коррозионностойких сталей при температуре эксплуатации 900°С, формирующегося при комнатной температуре.

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

SiO₂56,25-58,05Al₂O₃34,3-35,1СаО1,0-1,2MgO1,0-1,1K₂O2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂O₃0,8-1,0

или

SiO₂35,25-40,05al₂о₃34,3-35,1СаО1,0-1,2MgO1,0-1,1K₂O2,5-2,6Na₂O0,6-0,7TiO₂1,6-1,8SO₃0,15-0,25Fe₂O₃0,8-1,0SiB₄18,0-21,0

полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, SiB₄, ксилол, которое дополнительно содержит МоО₃, Со₂О₃, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂16,0-25,0В₂О₃3,5-4,0Al₂O₃1,5- 2,0BaO20,0- 21,0CaO2,5-3,0TiO₂1,5-2,0Cr₂O₃16,5-17,5минеральное комплексное соединение на4,0-5,0основе SiO₂ полиметилфенилсилоксан0,5-1,0кремнийорганическая11,5-12,5смола ксилол10,0-11,0SiB₄0,5-1,0МоО₃1,0-1,5Со₂O₃2,0-2,5

Авторами установлено, что введение окислов МоО₃, Со₂O₃, при заявленном соотношении и содержании компонентов жаростойкого покрытия позволяет устранять дефекты жаростойкого покрытия и в то же время упрочняет структуру покрытия за счет образования сложных соединений с элементами сплава, что позволяет повысить температуроустойчивость, термостойкость и прочность сцепления при температуре эксплуатации 900°С.

Примеры осуществления

Покрытие получали путем перемешивания компонентов при комнатной температуре в течение 5-10 минут до получения однородной массы. Покрытие наносили на дефектные места детали из железоникелевого сплава ЭИ-703 и стали 12Х18Н10Т мягкой кистью ровным слоем. После нанесения покрытия детали сушили 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 и покрытия-прототипа приведены в таблице 3.

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

Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом на железоникелевом сплаве и коррозионностойкой стали при температуре эксплуатации 900°С, у предлагаемого покрытия соответственно повысилась температуроустойчивость в 1,5; 2,3 раза, прочность сцепления в 3; 2,5 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.

Таблица 1
Составы предлагаемых покрытий и покрытия-прототипа№ п/пSiO₂В₂O₃Al₂O₃BaOCaOTiO₂Cr₂О₃Минеральное комплексное соединение на основе SiO₂Полиметил-фенилсилоксанКремнийорганическая смолаSiB₄КсилолМоО₃Со₂О₃MgO116,04,02,021,03,02,017,55,01,012,51,011,01,52,5-225,03,51,520,02,51,516,54,00,511,50,510,01,02,0-320,53,81,820,52,71,717,04,50,712,00,710,51,32,3-4 прототип25,64,57,57,55,02,016,05,50,712,02,010,5--1,0

Таблица 2
Составы минерального комплексного соединения на основе SiO₂№ п/пКомпоненты, мас.%SiO₂Al₂O₃CaOMgOК₂ОNa₂OTiO₂SO₃Fe₂O₃SiB₄156,2535,11,21,12,60,71,80,251,0-258,0534,31,01,02,50,61,60,150,8-357,3034,551,11,052,550,651,70,20,9-435,2535,11,21,12,60,71,80,251,021,0540,0534,31,01,02,50,61,60,150,818,0637,3034,551,11,052,550,651,70,20,920,0

Таблица 3
Свойства предлагаемых покрытий и покрытия-прототипа№ п/пСвойствоПредлагаемые составыПрототип1234ЭИ-70312Х18Н10ТЭИ-70312Х18Н10ТЭИ-70312Х18Н10ТЭИ-70312Х18Н10Т1Температуроустойчивость при 900°С, ч14013515014014013580602Прочность сцепления, балл121212353Термостойкость при 900°С, цк220210230215230215180150

Изобретение относится к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных железоникелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 900°С. Технический результат изобретения заключается в повышении температуроустойчивости, термостойкости и прочности сцепления жаростойкого покрытия. Жаростойкое покрытие содержит следующие компоненты: SiO₂ - 16,0-25,0; В₂O₃ - 3,5-4,0; Al₂O₃ - 1,5-2,0; ВаО - 20,0-21,0; СаО - 2,5-3,0; TiO₂ - 1,5-2,0; Cr₂O₃ - 16,5-17,5, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ - 4,0-5,0; полиметилфенилсилоксан - 0,5-1,0; кремний-органическая смола - 11,5-12,5; ксилол - 10,0-11,0; SiB₄ - 0,5-1,0; MoO₃ - 1,0-1,5; Со₂O₃ - 2,0-2,5. Минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ имеет следующий состав: SiO₂ - 56,25-58,05; Al₂O₃ - 34,3-35,1; СаО - 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; Al₂O₃ - 34,3-35,1; СаО - 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. 3 табл.

Жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂O₃, Al₂О₃, ВаО, СаО, TiO₂, Cr₂O₃, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, в мас.%: SiO₂ 56,25-58,05; Al₂O₃ 34,3-35,1; СаО 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; А1₂O₃ 34,3-35,1; СаО 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, SiB₄, ксилол, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит МоО₃, Со₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 16,0-25,0; В₂O₃ 3,5-4,0; Al₂O₃ 1,5-2,0; ВаО 20,0-21,0; СаО 2,5-3,0; TiO₂ 1,5-2,0; Cr₂O₃ 16,5-17,5, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ 4,0-5,0; полиметилфенилсилоксан 0,5-1,0; кремний-органическая смола 11,5-12,5; ксилол 10,0-11,0; SiB₄ 0,5-1,0; МоО₃ 1,0-1,5; Со₂O₃ 2,0-2,5.