ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ Российский патент 2014 года по МПК C03C8/02 C21D1/70 

Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы при термической обработке сталей и сплавов как защитные покрытия от окисления при технологических нагревах в процессе получения деталей и заготовок.

Известно защитное покрытие (см. патент РФ №2190584, МПК C04B 41/86, C03C 8/02 от 28.11.2000 г.) для композиционного материала следующего химического состава, мас.%:

SiO₂ 10-30 Al₂O₃ 3-20 CaO 8-12 MgO 0,5-5 B₂O₃ 3-12 Na₂O 0,1-0,4 K₂O 0,1-0,2 BaO 3-11 SiB₄ 0,5-5 MoSi₂ 32-70

Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.

Известно также защитное покрытие (см. патент РФ №2151110, МПК C03C 8/02 от 18.01.1999 г.) для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:

SiO₂ 40-75 Al₂O₃ 6-18 CaO 4-11 MgO 1-4 B₂O₃ 5-15 Na₂O 0,5-1 K₂O 0,3-3 BaO 5-10 Al₂O₃·3SiO₂ 2-7

Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.

Известно защитное покрытие (см. патент РФ №2151111, МПК C03C 8/02 от 18.01.1999 г.) следующего химического состава, мас.%:

SiO₂ 28-50 Al₂O₃ 5-15 CaO 1-6 MgO 1-4 B₂O₃ 14-45 Na₂O 1-6 K₂O 1-4 BaO 3-12 2CaO·SiO₂ 0,1-0,5 3CaO·Al₂O₃ 0,1-0,5

Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное покрытие для сталей и сплавов (см. патент РФ №2345963, МПК C03C 8/02 от 06.06.2007) следующего химического состава, мас.%:

Al₂O₃ 17-33 CaO 0,5-7,8 MgO 0,5-5 2CaO·SiO₂ 0,5-1 3CaO·Al₂O₃ 0,5-1 2MgO·Al₂O₃·5SiO₂ 5-10 CaO·6Al₂O₃ 5-10 SiO₂ остальное

Недостатками прототипа являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы покрытия при высокотемпературных нагревах, вследствие чего при нагреве окончательно готовых деталей и заготовок имеет место окисление их, снижение качества поверхности металла из-за недостаточности времени работоспособности покрытия.

Технической задачей изобретения является создание защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой и увеличением времени работоспособности его при нагревах до 1250°C.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложенное защитное покрытие, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, 3CaO·Al₂O₃, CaO·6Al₂O₃, которое дополнительно содержит BaO·Al₂O₃·2SiO₂, при следующем соотношении компонентов, мас.%

Al₂O₃ 19-35 CaO 1-8 MgO 1-7,5 3CaO·Al₂O₃ 0,8-1,2 CaO·6Al₂O₃ 3-11 BaO·Al₂O₃·2SiO₂ 3-7 MgO·Al₂O₃ 0,3-1 SiO₂ остальное

Авторами экспериментально установлено, что введение BaO·Al₂O₃·2SiO₂ в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов повысило рабочую температуру и продолжительность работы покрытия при высокотемпературных нагревах до 1250°C.

Исследования показали, что в процессе технологических нагревов в покрытии формируется температуроустойчивая кристаллическая фаза BaO·Al₂O₃·2SiO₂, обеспечивающая повышение рабочей температуры и продолжительности работы покрытия при высокотемпературных нагревах до 1250°C.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1

Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих мас.% (таблица 1) Al₂O₃ - 19, CaO - 8, MgO - 1, CaO·6Al₂O₃ - 11, MgO·Al₂O₃ - 0,3, BaO·Al₂O₃·2SiO₂ - 3, SiO₂ - 56,5 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 в течение 3 суток, затем замеряли вязкость шликера вискозиметром В3246 и из краскораспылителя наносили на образцы сталей ВКС130 и ВНС2. Вязкость шликера покрытия составляла 20 с, толщина покрытия 0,4 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при 20°C в течение 12 часов и затем проводили нагрев по режимам 1200°C и 1250°C с выдержкой 10 ч. Данные режимы нагревов соответствуют режимам термической обработки и горячей обработки давлением сталей.

Примеры 2, 3, 4 получения защитных покрытий осуществляли аналогично примеру 1.

Составы предлагаемых защитных покрытий и их свойства приведены в таблицах 1, 2.

Рабочая температура покрытия определялась термогравиметрическим методом путем непрерывного взвешивания образцов с покрытием при температурах нагрева 1200°C и 1250°C и выдержкой до 25 ч.

Из таблицы 2 видно, что температуроустойчивость образцов сталей ВКС130, ВНС2 с предлагаемым защитным покрытием при температурах 1200°C и 1250°C меньше на стали ВКС130 в 37,5 и 51 раз, на стали ВНС2 в 25 и 42,7 раз соответственно исследуемым температурам 1200°C, 1250°C при выдержке 10 ч по сравнению с покрытием прототипом.

Полученные данные свидетельствуют, что предлагаемое защитное покрытие по сравнению с покрытием-прототипом имеет стабильные свойства, вследствие чего обеспечивается более высокая рабочая температура и длительность работы при температурах нагрева 1200°C и 1250°C.

Предлагаемое защитное покрытие позволит получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, обеспечить стабильные механические свойства, получить экономию дорогостоящих сталей и сплавов, снизить трудоемкость, энергоемкость производства металлических деталей и полуфабрикатов и повысить ресурс их эксплуатации в 1,5-2 раза при высоких температурах.

Таблица 1 Номера составов покрытий Компоненты, мас.% Al₂O₃ CaO MgO 2CaO·SiO₂ 3CaO·Al₂O₃ 2MgO·Al₂O₃·5SiO₂ CaO·6Al₂O₃ BaO·Al₂O₃ ·2SiO₂ MgO·Al₂O₃ SiO₂ Предлагаемые                     1 19 8 1 - 1,2 - 11 3 0,3 ост. 2 10 1 7,5 - 0,8 - 7 5 1 ост. 3 35 5 4,5 - 1 - 3 4 0,7 ост. Прототип 3 25 5 3,0 0,75 0,75 7,5 7,5 - - ост.

Таблица 2 Номера составов покрытий Окисляемость сталей ВКС130, ВНС2, г/см² Продолжительность работы (образование прогаров) Температура нагрева, °C при выдержке 10 час Температура, °C при выдержке до 25 час 1200 1250 1200 1250 Предлагаемые покрытия на сталь ВКС130         1   0,6 Нет нет 2 0,3 0,65 3 0,3 0,55 Предлагаемые покрытия на сталь ВНС2         1 0,2 0,4 нет Нет 2 0,2 0,45 3 0,2 0,4 Прототип ВКС-130 11,25 30,6 Нет есть ВНС-2 5 17,08 нет Есть Покрытие-прототип на сталь ВКС130 3 11,25 30,6 нет Есть Покрытие-прототип на сталь ВНС2 3 5 17,08 Нет Есть

Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в создании защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой, и увеличении времени работоспособности его при нагревах до 1250°C. Защитное технологическое покрытие содержит, мас.%: Al₂O₃ - 19-35; CaO - 1-8; MgO - 1-7,5; 3CaO·Al₂O₃ - 0,8-1,2; CaO·6Al₂O₃ - 3-11; MgO·Al₂O₃ - 0,3-1; BaO·Al₂O₃·2SiO₂ - 3-7; SiO₂ - остальное. 2 табл.

Защитное покрытие для сталей и сплавов, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, CaO·6Al₂O₃, 3CaO·Al₂O₃, MgO·Al₂O₃ отличающееся тем, что дополнительно содержит BaO·Al₂O₃·2SiO₂, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al₂O₃ 19-35 CaO 1-8 MgO 1-7,5 3CaO·Al₂O₃ 0,8-1,2 CaO·6Al₂O₃ 3-11 BaO·Al₂O₃2SiO₂ 3-6 MgO·Al₂O₃ 0,3-1 SiO₂ остальное