Композиция для защиты сталей от окисления Советский патент 1992 года по МПК C03C8/14 C21D1/70 

Изобретение относится к области термической обработки сталей, в частности, низколегированных, и может быть использовано в машиностроительной, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности.

Известно покрытие, применяемое для защиты никеля и его сплавов от окисления при высокотемпературном нагреве, содержащее нефелиновый концентрат, датолито- вый концентрат, жидкое стекло и воду (СМ А, С. СССР № 983146, кл, С 21 D 1/68, Б. И. № 4 1983), при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефелиновый

концентрат24,5 - 50,5

датолитовый

концентрат21,5- 38,5

жидкое стекло9,3 - 12,3

водаостальное

Недостатком этого покрытия является его способность к защите металла в течение весьма непродолжительного времени (1

час), Известно также покрытие, применяемое для защиты металлов от окисления при кагреве, содержащее огнеупорную глину, вермикулит, шамот, хлористый цинк и воду (СМ А, С. СССР № 821508, кл. С 21 D 1/70, Б. И, № 14 1981), при следующем соотношении компонентов, мас.%: огнеупорная

глина18,0-24,0

вермикулит24,0 - 32,0

шамот18,0-24,0

хлористый цинк1,0-2,0

водаостальное.

Недостатком этого покрытия является необходимость механического воздействия для удаления покрытия с поверхности металла по окончании процесса термообработки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является покрытие, содержащее фритту. TiCrB2, горючий сланец и жидкое стекло (СМ А. С. СССР № 1491825, кл. С 03 С 8/14, Б. И. № 10

VI

О

Сл

N О О

1989) при следующем их соотношении, мас.%:фритта 75,0-82,7 TiCrBal.S- 3,5 горючий сланец 0,8 - 1,5 жидкое стекло остальное, причем фритта содержит следующие компоненты, мас.%:

А 20з1,0-1,5

Na209,0-10,0

В20з16,0-18,0

Р20б2,0- 3,0

,5 - 3,0

ТЮ217,0-20,0

МдО1,5- 3,0

№зА Р610,0-12,0

SI02остальное.

Недостатками этого покрытия являются:

1)неспособность покрытия к защите сталей при температурах, превышающих 1060-1070°С:

2)недостаточная длительность сохранения покрытием своих защитных свойств (1 час) при максимальной температуре.

Целью данного изобретения является расширение температурного интервала и продолжительности защитного действия покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая композиция для защиты сталей от окисления при нагреве содержит фритту эмали ЭСП- 2105, ГОСТ 24405-80, жидкое стекло, глинозем технический, песок и глину огнеупорную при следующем соотношении компонентов, мас.%: фритта эмали

ЭСП-210 3,3-5,5

жидкое стекло23,9 - 33,2

глинозем технический 14,0-44,1 песок25,9-46,4

глина огнеупорная0,9-2,8.

Отличие данного изобретения состоит в комплексном введении в покрытие двух тугоплавких компонентов (глинозем технический и песок), позволяющих увеличить как максимальную рабочую температуру использования предлагаемого покрытия, так и продолжительность защитного действия при этой температуре.

Жидкое стекло, образуя при сушке газонепроницаемую пленку, позволяет осуществить защиту металла, начиная уже с комнатных температур. Фритта эмали ЭСП- 210° , размягчаясь при 500 - 600°С, способствует сохранению слоя, препятствующего проникновению кислорода при этих температурах и выше. Далее, наличие огнеупорных компонентов (глинозем технический, песок) в покрытии обуславливает снижение

коэффициента диффузии кислорода при высоких температурах (950 - 1100°С). Следовательно, предлагаемое покрытие позволяет обеспечить защиту стали от окисления в до- вольно широком интервале температур (начиная с комнатных и до 1100°С).

Кроме того, большое количество тугоплавких компонентов предотвращает взаимодействие легкоплавких компонентов 0 покрытия с металлом, и, как следствие, образование прочного сцепления между ними, что обуславливает полное самоскалывание покрытия после термообработки.

Пример 1

5 Для приготовления покрытия исходные компоненты, за исключением жидкого стекла, раздельно размалывали в шаровой мельнице до прохода через сито 3600 отв/см2.

В качестве фритты использовали стан0 дартную фритту эмали ЭСП-2105 ГОСТ

24405-80 следующего состава, мас,%: Si02

-54,2; АЬОз-7,5; В20з - 16,0; №20 - 19,0;

СаО - 3,3; F, сверх 100% - 7,0.

К компонентам, отвешенным в соответ- 5 ствии с указанным составом, добавляли воду в количестве, необходимом для нанесения покрытия пульверизацией. Покрытие наносили на холодную обезжиренную поверхность заготовок стали, например 0 15Х2НМФА, и высушивали при температуре 20 - 24°С. Толщина покрытия составила 0,3 - 0,5 мм. Образцы с нанесенным покрытием загружали в печь типа СНОЛ-1.62, 5.1/11- HIV 4.2 и нагревали со скоростью 70 - 5 100°С/ч до достижения 1100°С, после чего температуру в печи стабилизировали и образцы выдерживали в течение 2 часов, затем образцы извлекали и охлаждали на воздухе, Для испытания была взята компо- 0 зиция покрытия следующего состава, мас.%:

фритта эмали

ЭСП-21058,2

жидкое стекло35,7

5 глинозем технический2,8

песок53,1

глина огнеупорная0,2,

Самоотслаивание покрытия после термообработки и охлаждения не наблюда- 0 лось, при ударе покрытие также не скалывается. Пример 2.

Покрытие имело следующий состав, мас.%: 5 - фритта эмали

ЭСП-210 5,5

жидкое стекло33,2

глинозем технический14,0

песок46,4

глина огнеупорная /0,9.

Подготовка компонентов составов, нанесение их на образцы стали и термообработка осуществлялась аналогично примеру 1.

При охлаждении покрытия наблюда- лось 100% самоотслаивание покрытия, поверхностная оксидная пленка не более 0,05 мм, поверхность металла ровная, матовая. Пример 3.

Была приготовлена композиция покры- тия следующего состава, мас.%: фритта эмали

ЭСП-210 4,8

жидкое стекло28,9

глинозем технический27,3

песок37,3

глина огнеупорная1,7.

Подготовка составов, нанесение и термообработка осуществлялись по схеме, описанной в примере 1.

При охлаждении наблюдалось 100% самоотслаивание покрытия, поверхность металла светлая, ровная, оксидной пленки практически нет.

П р и м е р 4.

Для испытания использовалась композиция покрытия следующего состава, масс.%:

фритта эмали

ЭСП-21053,3

жидкое стекло23,9

глинозем технический44,1

песок25,9

глина огнеупорная2,8.

Приготовление покрытия, его нанесе- ние и термообработка осуществлялись по схеме, описанной в примере 1.

При охлаждении покрытия наблюдалось его 100% самоотслаивание, поверхность стали светло-серая, ровная, матовая, толщина оксидной пленки не более 0,05 мм. Пример 5.

Было приготовлено покрытие следующего состава, масс.%:

фритта эмали

ЭСП-210 1,5

жидкое стекло13,4

глинозем технический66,0

песок14,9

глина огнеупорная4,2,

Подготовка состава покрытия, нанесение и термообработка осуществлялись согласно схеме в примере 1.

При охлаждении наблюдалось самоотслаивание покрытия на 80% площади образ- ца, поверхность стали была темная, неоднородная.

Пример 6.

Для испытания по прототипу использовалась композиция покрытия следующего состава, масс.%:

фритта78,8

TiCrB22,5

горючий сланец1,2

жидкое стекло17,5

причем фритта была сварена следующего состава, масс. %: А120з -1,25; NaaO - 9,5; ВаОз- 17,0; PaOs- 2,5; К20 -2,7; ТЮа - 18,5; МдО - 2,25; NaaAIFe - 11,0; SiOa - 35,3.

Подготовка компонентов, нанесение покрытия и термообработка осуществлялись аналогично примеру 1.

При охлаждении образца самоотслаивание покрытия наблюдалось на 60% площади образца, поверхность образца была темная, матовая, толщина оксидной пленки составляла около 0,3 мм.

Из выше описанного видно, что для покрытий в примерах 2, 3, 4 самоотслаивание составляет 100%. При содержании всоставе покрытия компонентов вне пределов, предлагаемых настоящим изобретением (составы покрытий в примерах 1, 5) либо самоотслаивание покрытия не наблюдается, либо под покрытием образуется заметная оксидная пленка толщиной до 0,2 мм.

Таким образом, предлагаемый в заявке состав покрытия обеспечивает 100% самоудаление покрытия после термообработки вместе с достаточной защитой поверхности металла от окисления в течение 2 часов при температуре 1100°С, в то время как состав покрытия по прототипу (А. С. № 1491825) обеспечивает лишь 60% самоотслаиеание покрытия наряду с худшей защитой металла при том же режиме термообработки.

Формула изобретения

Композиция для защиты сталей от окисления, включающая силикатную фритту и жидкое стекло, отличающаяся тем, что, с целью расширения температурного интервала и продолжительности защитного действия, оно в качестве силикатной фритты содержит фритту ЭСП-210 и дополнительно технический глинозем, песок и огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фритта

ЭСП-210 3,3-5,5;

жидкое стекло23,9 - 33,2;

технический глинозем 14,0-44,1;

песок25,9 - 46,4;

огнеупорная глина0,9-2,8.

Сущность изобретения: композиция для защиты сталей от окисления содержит в мас.%: фритта ЭСП-210 3,3 - 5,5, жидкое стекло 23,9 - 33,2, глинозем технический 14 - 44,1, песок 25,9 - 46,4, глина огнеупорная 0,9 - 2,8. Характеристика покрытия: температурный интервал защитного действия до 1100°С, время защитного действия 2 ч. Самоотслаивания покрытия после термообработки и охлаждения не наблюдается, при ударе покрытие не скалывается.