ЗАЩИТНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2010 года по МПК C03C8/02 

Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от окисления и в качестве теплоизоляции при технологических нагревах в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства.

Известно защитное технологическое покрытие следующего химического состава, мас.%:

SiО₂ 28-50 MgO 1-4 Na₂О 1-6 К₂О 1-4 А1₂О₃ 5-15 ВаО 3-12 СаО 1-6 В₂О₃ 14-45 3СаО·Аl₂О₃ 0,1-0,5 2CaO·SiО₂ 0,1-0,5

Патент РФ №2151111.

Недостатком известного покрытия является низкая термостойкость покрытия, недостаточная температуроустойчивость.

Известно также защитное покрытие для композиционного материала следующего химического состава, мас.%:

SiО₂ 10-30 А1₂О₃ 3-20 СаО 8-12 MgO 0,5-5 В₂О₃ 3-12 Na₂О 0,1-0,4 К₂О 0,1-0,2 ВаО 3-11 MoSi₂ 32-70

Патент РФ №2190584.

Недостатком известного покрытия является низкая термостойкость при высоких температурах нагрева до 1200°С.

Известно также защитное покрытие для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:

SiО₂ 40-75 Аl₂О₃ 6-18 СаО 4-11 MgO 1-4 В₂О₃ 5-15 Na₂О 0,5-1 К₂О 0,3-3 ВаО 5-10 Al₂О₃·3SiО₂ 2-7

Патент РФ №2151110.

Недостатком известного покрытия является низкая термостойкость и недостаточная температуроустойчивость.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:

SiО₂ 23-55 MgO 6,5-20 Na₂О 0,5-6,5 3СаО·Аl₂О₃ 1,5-8,0 MgО·ZrО₂ 0,5-2,5 Al₂О₃·MgO 1-1,5 Al₂О₃ остальное

Патент РФ №2312827.

Недостатком известного покрытия является низкая термостойкость и недостаточная температуроустойчивость.

Технической задачей изобретения является создание защитного технологического покрытия, обладающего повышенной термостойкостью и температуроустойчивостью до 1200°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложенное защитное технологическое покрытие, включающее SiО₂, MgO, 3СаО·Аl₂О₃, Al₂О₃·MgO и Аl₂О₃, которое дополнительно содержит BaО·2SiО₂, ZnO·Al₂О₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiО₂ 12-20

MgO 1,5-5

3СаО·Аl₂О₃ 10-15

Al₂О₃·MgO 3-10

BaО·2SiО₂ 1,5-5

ZnO·Al₂О₃ 3-8

Al₂О₃ остальное

Авторами установлено, что введение BaO·2SiО₂, ZnO·Аl₂O₃ в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов повысило термостойкость и температуроустойчивость покрытия при термомеханической обработке сталей и сплавов.

Рентгеноструктурный анализ предлагаемого защитного технологического покрытия показал, что в процессе технологических нагревов в покрытии образуются температуроустойчивые фазы MgO·2SiО₂, Аl₂О₃·5СаО, 3Al₂О₃·5SiО₂, обеспечивающие повышение термостойкости и температуроустойчивости защитного технологического покрытия при температурах до 1200°С.

Примеры осуществления

Пример 1

Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих мас.% SiО₂ - 12, MgO - 5, СаО·Аl₂О₃ - 15, Аl₂O₃·MgO - 10, BaО·2SiО₂ - 5, ZnO·Аl₂O₃ - 8, Аl₂О₃ - 45, помещали в фарфоровый барабан с алундовыми шарами в соотношении 1:1,5, затем в барабан добавляли 150 мл водопроводной воды. Размол и перемешивание компонентов проводили в течение 24 часов на шаровой мельнице. Готовый шликер покрытия выгружали в полиэтиленовую емкость, проводили старение шликера, затем замеряли вязкость шликера вискозиметром В3246 и из краскораспылителя наносили на образцы сталей ВКС9, ВКС180 и титанового сплава ВТ20. Вязкость шликера покрытия составляла 19 с, толщина покрытия - 0,5 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при 20°С и затем проводили термическую обработку.

Примеры 2, 3 получения защитных покрытий осуществляли аналогично примеру 1.

Составы предлагаемого защитного технологического покрытия и покрытия-прототипа приведены в таблице 1, свойства покрытий представлены в таблице 2.

Температуроустойчивость образцов с покрытием определялась путем непрерывного взвешивания без извлечения из печи при температуре 750°С и 1200°С в течение 10 часов.

Термостойкость образцов с покрытием определялась по количеству теплосмен до появления первой трещины и по внешнему виду образцов после нагревов по режиму 20↔750°С, 20↔1200°С с выдержкой при заданной температуре в течение 10 мин.

Из таблицы 2 видно, что окисляемость сталей ВКС9, ВКС180 и титанового сплава ВТ20 с предлагаемым покрытием при температурах 750°С, 1200°С меньше на стали ВКС9 в 50 и 25 раз соответственно, стали ВКС180 в 100 и 40 раз, сплава ВТ20 в 25 и 3,3 раза по сравнению с покрытием прототипом.

Термостойкость предлагаемого покрытия при температурах 750°С и 1200°С на сталях ВКС9, ВКС180 и титановом сплаве ВТ20 выше в 5 и 10 раз соответственно по сравнению с покрытием прототипом.

Применение предлагаемого защитного технологического покрытия позволит обеспечить защиту сталей и сплавов при полном цикле термической обработки, получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, повысить их ресурс и надежность.

Таблица 1 Номера составов покрытий SiО₂ MgO 3СаО·Аl₂О₃ Al₂О₃·MgO BaО·2SiО₂ ZnO·Al₂О₃ Na₂О MgО·ZrО₂ Al₂О₃ Предлагаемые                   1 12 5 15 10 1,5 8 - - ост. 2 20 1,5 10 3 3 3 - - ост. 3 17 3 12 5 5 5 - - ост. Прототип 4 30 10 5 1,25 - - 3 1,75 ост

Таблица 2 Номера составов покрытий Окисляемость сталей и сплавов, г/см² Термостойкость покрытия, режим 20°С↔Т_исп, количество циклов до Внешний вид покрытия после испытания пояления трещины Температура нагрева при выдержке 10 часов, °С 750 1200 750 1200 750 1200 Предлагаемые покрытия на сталь ВКС9         Наличие первой трещины Наличие первой трещины 1 0,02 0,2 10 10 2 0,02 0,2 10 10 3 0,02 0,2 10 10 Предлагаемые покрытия на сталь ВКС180         Наличие первой трещины Наличие первой трещины 1 0,01 0,2 10 10 2 0,01 0,2 10 10 3 0,01 0,2 10 10 Предлагаемые покрытия на сплав ВТ20         Наличие первой трещины Наличие первой трещины 1 0,02 0,6 10 10 2 0,02 0,6 10 10 3 0,02 0,6 10 10 Покрытие-прототип на сталь ВКС9 пример 1         Наличие первой трещины Наличие первой трещины 4 1 10 2 1 Покрытие-прототип на сталь ВКС180 пример 1         Наличие первой трещины Наличие первой трещины 4 1 8 2 1 Покрытие-прототип на сплав ВТ20 пример 1         Наличие первой трещины Наличие первой трещины 4 0,5 2 2 1

Изобретение относится к защитным покрытиям от окисления и в качестве теплоизоляции при технологических нагревах в процессе изготовления деталей в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства. Технический результат изобретения заключается в создании защитного технологического покрытия, обладающего повышенной термостойкостью и температуроустойчивостью до 1200°С. Защитное технологическое покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: SiO₂ - 12-20; MgO - 1,5-5; 3СаО·Аl₂О₃ - 10-15; Аl₂О₃·MgO - 3-10; BaO₂·2SiO₂ - 1,5-5; ZnO·Al₂O₃ - 3-8; Аl₂О₃ - остальное. 2 табл.

Защитное технологическое покрытие, включающее SiO₂, MgO, 3СаО·Аl₂О₃, Al₂O₃·MgO, Аl₂О₃, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит BaO·2SiO₂, ZnO·Al₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ - 12-20; MgO - 1,5-5; 3СаО·Аl₂О₃ - 10-15; Al₂O₃·MgO - 3-10; BaO₂·2SiO₂ - 1,5-5; ZnO·Al₂O₃ - 3-8; Аl₂О₃ - остальное.