Жаростойкое покрытие

Жаростойкое покрытие

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (камера сгорания, жаровые трубы, газоводы и др.) из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1000°С.

Известно, что нарушение сплошности покрытия, которое может иметь место как в процессе изготовления, так и при эксплуатации изделий, ослабляет защитное действие покрытий. 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, в мас.%: фритта А: SiO₂ 35-50, В₂O 3-10, Al₂О₃ 0-5 и/или Sb₂O₃, RO 0-5, R¹ ₂O 15-30, TiO₂ 20-30, ZnO 0,1-10, Fe₂O₃ 0-10, Cr₂О₃, NiO, MnO, CoO и/или CuO, фритта В: SiO₂ 40-60, В₂О 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, CaO, 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 Fe₂O_з, Cr₂O₃, NiO, MnO, CoO, CuO, TiO₂ и их смесей (WO 98/28236).

Известно покрытие следующего химического состава, в мас.%: SiO₂ 38-52,6, В₂O₃ 6,0-7,5, Al₂О₃ 18,0-20,0, BaO 7,0-9,0, CaO 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 в мас.%: SiO₂ 56,25-58,05, Al₂О₃ 34,3-35,1, CaO 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, 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 №2163897).

Известные покрытия имеют низкие показатели температуроустойчивости, прочности сцепления, термостойкости при температуре эксплуатации 1000°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаростойкое покрытие состава, в мас.%:

SiO2	20,0-31,0
В2О3	4,0-5,0
Al2О3	10,0-12,0
BaO	4,0-6,0
CaO	2,0-4,0
MgO	0,5-1,5
TiO2	1,5-2,5
Cr2О3	15,0-17,0
минеральное комплексное
соединение на основе SiO2	5,0-6,0
тальк	2,0-2,5
слюда	2,0-2,5
полиметилфенилсилоксан	0,6-0,8
кремнийорганическая смола	10,5-14,5
толуол	8,0-11,0

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

SiO2	56,25-58,05
Al2О3	34,3-35,1
CaO	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
Fe2О3	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
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
(Патент РФ №2191165)

Недостатками покрытия-прототипа являются недостаточно высокие температуроустойчивость, прочность сцепления, термостойкость при температуре эксплуатации 1000°С.

Технической задачей изобретения является создание жаростойкого покрытия с повышенной температуроустойчивостью, прочностью сцепления, термостойкостью при температуре эксплуатации 1000°С, формирующегося при комнатной температуре.

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

SiO2	56,25-58,05
Al2O3	34,3-35,1
CaO	1,0-1,2
MgO	1,0-1,1
К2О	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
CaO	1,0-1,2
MgO	1,0-1,1
К2О	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, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит SiB₄, ксилол при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

SiO2	20,0-33,0
В2O3	4,0-5,0
Al2О3	7,0-8,0
BaO	7,0-8,0
CaO	4,0-5,5
MgO	0,5-1,5
TiO2	1,0-2,2
Cr2O3	15,0-17,0
минеральное комплексное
соединение на основе SiO2	5,0-6,0
полиметилфенилсилоксан	0,5-0,8
кремнийорганическая смола	11,5-12,5
ксилол	10,0-11,0
SiB4	1,5-2,5

Авторами установлено, что введение SiB₄, ксилола при заявленном соотношении компонентов жаростойкого покрытия позволяет устранять дефекты эмалевого покрытия и в то же время упрочняет структуру покрытия за счет образования боросиликатного стекла, армированного частицами борида кремния, что повышает его температуроустойчивость, прочность сцепления, термостойкость при температуре эксплуатации 1000°С.

Примеры осуществления.

Покрытие получают путем перемешивания компонентов при комнатной температуре в течение 5-10 минут до получения однородной массы. Нанесение покрытия на дефектные места производится мягкой кистью ровным слоем. После нанесения покрытия детали сушатся 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 приведены в таблице 3.

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

Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом, имеющим низкие технические характеристики при температуре эксплуатации 1000°С, у предлагаемого состава температуроустойчивость повысилась более чем в 2 раза, прочность сцепления в 2 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.

Предлагаемое покрытие обеспечивает экологическую чистоту производства.

Таблица №1Составы предлагаемых покрытий
№п/п	SiO2	В2О3	Al2О3	BaO	CaO	MgO	TiO2	Cr2О3	Минеральное комплексное соединение на основе SiO2	Полиметил-фенилсилоксан	Кремнийор ганическая смола	SiB4	Ксилол	Тальк	Слюда	Толуол
1	20,0	5,0	8,0	8,0	5,5	1,5	2,2	17,0	6,0	0,8	12,5	2,5	11,0	-	-	-
2	33,0	4,0	7,0	7,0	4,0	0,5	1,0	15,0	5,0	0,5	11,5	1,5	10,0	-	-	-
3	25,6	4,5	7,5	7,5	5,0	1,2	2,0	16,0	5,5	0,7	12,0	2,0	10,5	-	-	-
4	31,0	4,0	10,0	4,0	2,0	0,5	2,5	15,0	6,0	0,6	12,4	-	-	2,0	2,0	8,0

Таблица №2Составы минерального комплексного соединения на основе SiO2
№п/п	Компоненты, в масс.%
SiO2	Al2О3	CaO	MgO	К2О	Na2O	TiO2	SO3	Fe2O3	SiB4
1	56,25	35,1	1,2	1,1	2,6	0,7	1,8	0,25	1,0	-
2	58,05	34,3	1,0	1,0	2,5	0,6	1,6	0,15	0,8	-
3	57,30	34,55	1,1	1,05	2,55	0,65	1,7	0,2	0,9	-
4	35,25	35,1	1,2	1,1	2,6	0,7	1,8	0,25	1,0	21,0
5	40,05	34,3	1,0	1,0	2,5	0,6	1,6	0,15	0,8	18,0
6	37,30	34,55	1,1	1,05	2,55	0,65	1,7	0,2	0,9	20,0

Таблица №3Свойства предлагаемых покрытий и покрытия прототипа
№п/п	Свойство	Предлагаемые составы	Прототип
1	2	3	4
1	Температуроустойчивость при 1000°С, ч	110	110	120	50
2	Прочность сцепления, балл	1	1	1	2
3	Термостойкость при 1000°С, цк	200	200	210	130
4	Жаростойкость, г/м2хч при 1000°С	0,01	0,01	0,01	0,01

Жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂О₃, Al₂О₃, BaO, CaO, MgO, TiO₂, Cr₂O₃, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, мас.%:

SiO2	56,25-58,05
Al2О3	34,3-35,1
CaO	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
Al2О3	34,3-35,1
CaO	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, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит SiB₄, ксилол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2	20,0-33,0
В2O3	4,0-5,0
Al2O3	7,0-8,0
BaO	7,0-8,0
CaO	4,0-5.5
MgO	0,5-1,5
TiO2	1,0-2,2
Cr2O3	15,0-17,0
минеральное комплексное
соединение на основе SiO2	5,0-6,0
полиметилфенилсилоксан	0,5-0,8
кремнийорганическая смола	11,5-12.5
ксилол	10,0-11,0
SiB4	1,5-2,5