Силикатная композиция для получения термостойкого покрытия

Силикатная композиция для получения термостойкого покрытия

Реферат

 

Изобретение может быть использовано для теплозащиты поверхности металлоконструкций. Изобретение направлено на разработку рецептуры силикатной композиции для получения термостойкого покрытия с повышенными показателями огнестойкости, влагостойкости, адгезией к металлам, прочностью. Техническим результатом является повышение эффективности защитного силикатного термостойкого покрытия за счет повышения огнестойкости, влагостойкости, стойкости к расплавам металлов, адгезии к металлам. Предварительно готовят смесь порошкообразных оксидов щелочноземельных металлов, например, оксида Mg 5,0-10,0 мас. %, оксидов переходных металлов, например, оксида хрома 15,0-20,0 мас.%, оксида титана (IV) 10,0-20,0 мас.%. Затем смесь оксидов просушивают и смешивают со связующим в виде жидкого стекла с модулем 2,6-3,0. Полученную силикатную композицию наносят на образцы из стали, которые помещают в термостат и выдерживают первоначально при 100^oС, затем при 300^oС. После чего образцы вынимают из термостата, охлаждают и проводят испытания по качественным показателям. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области силикатных покрытий и мотет быть использовано для защиты поверхности конструкционных металлических изделий от воздействия высоких температур, открытого пламени и расплавов металлов.

Известна силикатная композиция, содержащая жидкое стекло в качестве связующего, порошкообразные оксиды металлов в качестве огнеупорного наполнителя, кварцевое стекло (авт. св. СССР 1242502, МПК С 09 D 1/02, приоритет 04.01.85, публ. бюл. 25 от 07.07.86).

К недостатком известной композиции относятся недостаточно высокие показатели огнестойкости, стойкости к расплавам металлов, что ограничивает области ее применения в качестве универсальной и эффективной защиты металлоконструкций.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой является силикатная композиция, содержащая в качестве связующего жидкое минеральное стекло, оксиды алюминия, магния, натрия в качестве порошкообразного огнеупорного наполнителя (авт. св. СССР 1527220, кл. МПК С 04 В 35/18, приоритет 08.06.87, публ. бюл. 45 от 07.12.89).

К недостаткам прототипа относятся сравнительно невысокие огнестойкость и стойкость к воздействию расплавов металлов, температура плавления которых превышает 600^oС.

Кроме того, в известной композиции не обеспечены высокие показатели влагостойкости и адгезии к металлическим подложкам.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке простой рецептуры силикатной композиции, пригодной для получения термостойкого покрытия, эффективно работающего в условиях эксплуатации, характеризующихся высокими (порядка 1000^oС и более) температурами, воздействием открытого пламени, при контакте с расплавами металлов, температура плавления которых не менее 600^oС.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой силикатной композиции, заключается в повышении эффективности защитного силикатного покрытия на ее основе, за счет повышения показателей огнестойкости, влагостойкости, стойкости к расплавам металлов, адгезии к металлическим подложкам.

Указанные техническая задача и новый технический результат обеспечены тем, что в известной силикатной композиции для получения термостойкого покрытия, включающей жидкое стекло в качестве связующего, оксиды металлов в качестве порошкообразного огнеупорного наполнителя, в соответствии с предлагаемой композицией содержится жидкое стекло с модулем 2,6-3,0 в качестве связующего, смесь порошкообразных оксидов щелочноземельных и переходных металлов и, дополнительно, оксид титана (IV), при следующем содержании ингредиентов, мас.%: Оксиды щелочноземельных металлов - 5,0-10,0 Оксиды переходных металлов - 15,0-20,0 Окись титана (IV) - 10,0-20,0 Жидкое стекло - Остальное характеризующихся дисперсностью не более 1,010^-5 м. Согласно предлагаемому изобретению силикатную композицию готовят следующим образом.

Первоначально готовят силикатную композицию из сырьевых компонентов - жидкого калиевого или натриевого стекла, взятых в виде водного раствора с модулем 2,6-3,0 (модуль водного раствора жидкого стекла характеризует отношение содержания оксида щелочного металла к содержанию оксида кремния), а также из смеси оксидов щелочноземельных, переходных металлов и оксида титана (IV). Экспериментально показана эффективность сочетания в составе силикатной композиции порошкообразных оксидов щелочноземельных металлов, близких по свойствам к щелочным металлам, содержащимся в связующем, на чем основано высокое химическое сродство этих реагентов и водных растворов жидкого стекла, в результате чего обеспечиваются высокие прочностные показатели и однородность структуры покрытия. При этом, в отвержденном покрытии не возникают дефекты вспучивания, отслоения от подложки из металла, растрескивания при воздействии высоких температур, открытого пламени и повышенной влажности.

Наличие в составе наполнителя оксидов щелочноземельных металлов способствует связыванию свободной влаги композиции, что ведет к уменьшению возможности появления дефектов покрытия-вспучивания, растрескивания, вздутий, расслоений, т. е. повышению его качества. При этом повышается термоустойчивость покрытия.

Включение в состав композиции оксидов переходных металлов приводит к повышению термостойкости, стойкости к расплавам металлов, температура плавления которых от 600^oС и более (алюминий), а также повышению адгезии к металлической подложке. Экспериментально подтвержден факт достижения механической прочности в отвержденном покрытии при сочетании оксидов щелочноземельных и переходных металлов, а также оксида титана (IV). При этом подтверждено и достижение высокой термостойкости (1000^oС) - близкой к прототипу, и огнестойкости.

При проведении исследований свойств покрытия установлено, что снижение содержания оксидов щелочноземельных металлов и оксидов переходных металлов ниже заявляемого предела значений ведет к резкому уменьшению термомеханических показателей покрытия, как следствие - к возникновению дефектов - вздутий, растрескиваний из-за недостаточного количества веществ, поглощающих свободную влагу, интенсивное удаление которой при термоотверждении покрытия способствует появлению дефектов.

Кроме того, в присутствии оксидов титана, переходных металлов увеличивается число контактов с поверхностью частиц жидкого стекла, что приводит к уменьшению усадки при отверждении покрытия и улучшению однородности структуры покрытия, результатом чего является повышение механической прочности и водостойкости. Поэтому при недостатке этих оксидов указанные показатели не обеспечиваются.

В случае превышения содержания оксидов щелочноземельных и переходных металлов сверх заявляемого предела значений не обеспечивается достаточная вязкость и жизнеспособность композиций, вследствие чего отсутствует принципиальная возможность нанесения покрытия.

Увеличение сверхпредельного содержания оксидов переходных металлов ведет к повышению скорости отверждения композиции, возникновению дефектов.

Экспериментально установлены оптимальные количества оксида титана (IV), достаточные для значительного повышения термомеханической прочности отвержденного покрытия. Кроме того, совокупное влияние всех предлагаемых оксидов в составе композиции повышает эффективность защитного силикатного покрытия, основанную на более высоких механической прочности, влагостойкости, огнестойкости и адгезии покрытия к металлической подложке.

При изменении содержания оксида титана (IV) резко уменьшается термостойкость и механическая прочность - наблюдаются дефекты отслоения, растрескивания, вздутия.

Экспериментально обоснован выбор оптимального содержания связующего и порошкообразного наполнителя в заявляемых диапазонах значений, необходимых для обеспечения заявляегого технического результата. Использование в составе силикатной композиции жидкого стекла с модулем 2,6+3,0 обеспечивает более "мягкий" режим отверждения композиции, на чем также основано повышение механической прочности покрытия и отсутствие дефектов структуры.

Введение смеси оксидов в состав композиции осуществляют последовательным дозированием заявляемого количества порошкообразных компонентов. Перед смешением порошкообразные оксиды металлов проверяют по показателю однородности дисперсионного состава. Дисперсионность порошка не должна превышать 1,010^-5 м, что способствует более высокой степени гомогенизации композиции и повышает качество покрытия.

После нанесения силикатной композиции на металлические образцы их нагревают до температуры 100^oС, а затем до температуры 300^oС. При этом происходит сушка и отверждение, упрочнение связей между составляющими композиции на фоне завершения процессов фазового золь-гель перехода и приведения в равновесие адгезионно-когезионных взаимодействий.

В результате отверждения силикатной композиции заявляемого состава получают высокоэффективное защитное термостойкое покрытие, характеризующееся высокими термомеханической прочностью, влагостойкостью, стойкостью к воздействию расплавов металлов, адгезией к металлам.

Возможность промышленной реализации предлагаемой силикатной композиции подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Готовят состав силикатной композиции, выбирая связующее в виде водного раствора силиката натрия (жидкого стекла ГОСТ 13078-81) с модулем 2,66. Затем готовят смесь порошков оксидов магния, хрома, оксида титана (IV), которые предварительно просушивают.

Дисперсность порошков оксидов <1,010^-5 м. Порошкообразные оксиды вводят в связующее и перемешивают, после чего композицию наносят на образцы из стали марок 12Х18 HIOT, ставят в термостат и нагревают до температуры 100^oС, затем до 300^oС.

В условиях данного примера получены следующие показатели покрытия: стойкость к воздействию открытого пламени при 1000^oС в течение 5 мин - выдерживает испытание; термостойкость, не менее 1000^oС; адгезия к металлам, не менее 10 МПа, влагостойкость в условиях 98 % влажности, не менее 6 месяцев; водостойкость, не менее 6 месяцев.

Данные по составам покрытия сведены в таблицу.

На основании приведенных экспериментальных данных можно заключить, что использование предлагаемой силикатной композиции при оптимальных содержаниях компонентов позволяет повысить огнестойкость, механическую прочность, адгезию к металлам и водостойкость по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Силикатная композиция для получения термостойкого покрытия, включающая жидкое минеральное стекло в качестве связующего, огнеупорный наполнитель на основе порошкообразных оксидов металлов, отличающаяся тем, что она содержит жидкое минеральное стекло с модулем 2,6-3,0 в качестве связующего, в качестве огнеупорного наполнителя - смесь оксидов щелочноземельных и переходных металлов и дополнительно оксид титана (IV) при следующем содержании ингредиентов, мас.%: Оксиды щелочноземельных металлов - 5,0-10,0 Оксиды переходных металлов - 15,0-20,0 Оксид титана (IV) - 10,0-20,0 Жидкое минеральное стекло с модулем 2,6-3,0 - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1