Защитное технологическое покрытие

Защитное технологическое покрытие

Реферат

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↔Тисп, 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

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.