Покрытие для защиты стали от окисления

 

Изобретение относится к термической обработке металлов и можетбыть использовано в машиностроительной, металлообрабатывающей и других отраслях промьшшенности. Цель изоб- . ретения - улучшение защитных свойств при длительном нагреве. Покрытие для защиты стали от окисления при нагреве под закалку состоит из двух слоев, причем первый слой содержит, мас.^: жидкое стело ^'l-^^, технический глинозем 37,6-51,1, песок 16,8-22,8, огнеупорная глина 1,6-2,1, a второй слой содержит, мае.4: жидкое стекло 5-15; технический глинозем 66,5-85,5*, фритта эмали ЭСП-210^ 5-15,' огнеупорная глина 3,5-'»,5, 2 табл.

..Я0„ „1 7088

ЩЮЗ СОВЕТСНИХ еееее

РЕСПУБЛИН (1) С 21 в 1/70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

И АВТОРСКОМУ сВКД ЕТЕЛьСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4705896/02 (22) 19.06.89 (46) 30-.01.9Z. 6юл. М 4 (71) Новочеркасский политехнический институт им.Серго Орджоникидзе (72) A.Ã.Òêà÷åâ, В.Л.Гузий, Е.А.Яценко, А.С,Кушкарев и Л.В.Воробьева . (53) 621.785.02(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1451113, кл. С 21 D 1/70, 1989. (54) ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЗАЦИТЫ СТАЛИ ОТ

ОКИСЛЕНИЯ:. . (57) Изобретение относится к термической обработке металлов и может

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть, использовано в машиностроительной, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности.

Известно покрытие, применяемое для защиты никеля и его сплавов при высокотемпературном нагреве, содержащее жидкое стекло, нефелиновый концентрат, датолитовый концентрат и воду при следующем соотношении компонентов, мас ° 4

Нефелиновый концентрат 24,5-50,5 датолитовый концентрат 21,5-38,5 Жидкое стело 9, 3 -1-,,3.

Вода Остальное

Недостатки указанного покрытия . его способность к защите металла в течение весьма непродолжительного времени (1 ч), а также то, что после термообработки покрытие необхо2 быть использовано в машиностроительной, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности. Цель изобретения - улучшение защитных свойств при длительном нагреве. Покрытие для защиты стали от окисления при нагреве под закалку состоит из двух слоев, причем первый слой содержит, мас.ь: жидкое стело 24-44, технический глинозем 37,6-51,1, песок 16,8-22,8, огнеупорная глина 1,6-2,1, а второй слой содержит, мас.3: жидкое стекло

5-15, технический глинозем 66,5-85,5, фритта эмали ЭСП-210 5-15, огнеупорная глина 3,5-4, 5, 2 табл. димо удалять щелочным расплавом при

400 С в течение 30 мин, что связано 2 с дополнительными затратами труда и материалов.

Известно также покрытие для защиты металлов от окисления при нагреве, содержащее глину, вермикулит, шамот, хлористый цинк и воду при следующем соотношении компонентов., мас.Ж:

Огнеупорная глина 18,0-24,0

Вермикулит г4,0-3г,о

Иамот 18,0-24,0

Хлористый цинк 1,0-2,0

Вода Остальное

Недостаток этого покрытия заключается в необходимости механического воздействия для удаления покрытия с поверхности металла по окончании процесса термообработки.

Наиболее близким к изобретению является покрытие для защиты сталей

17.08879 от окисления при нагреве, состоящее из двух слоев, причем подслой содер.

-жит электрокорунд, карбид кремния и поливиниловый спирт при следуюцем соотношении компонентов, мас.4:

Электроплавленный корунд 71,0-75,0

Карбид кремния 20,0-26,0

Поливиниловый спирт 3,0-5,0> 10 а покровный слой содержит В О, MgO

СаО, ВаО, AQO@, Na@0> K O, SiOg nPu следуюцем соотношении компонентов, мас,Ж: BQ0g 24,0-30,0, AlrzO 7,08,5; Narz0 4,5-6,0, MgO 1,0-1,5

СаО 4,0-5,4, Ва0 6,0-7,5, К20 0,20,4; SiOq остальное до 100.

Йедостатком данного покрытия является малая продолжительность (0,5 ч) его защитного действия в 20 интервале температур 550-1100ОС.

Цель изобретения — улучшение зацитных свойств при длительность на-. греве при обеспечении полного самоудаления покрытия с поверхности 25 металла после термообработки.

Цель достигается тем, что предлагаемое покрытие для зациты металла от окисления при нагреве состоит из двух слоев, причем первый слой ЗО (подслой) содержит жидкое стекло, технический глинозем, песок, огнеупорную глину при следуюцем соотношении компонентов, мас.4:

Жидкое стекло 24,0-44,0

Технический глинозем 37,6-51,1

Песок 16,8 22,8

Огнеупорная глина 1,6-2,) второй слой покрытия (покровный слой). содержит жидкое стекло, технический глинозем, фритту эмали ЭСП - 210 и огыеупорную глину при следуюцем соотношении компонентов, мас.З;

Жидкое стекло 5,0-15,0

Технический .глинозем 66,5-85,5 фритта эмали

ЭСП-210 - 5,0-15,0

Огнеупорная глина 3,5-4,5 фритта эмали ЭСР-210 имеет следующий состав, мас.4: $10,р 54,2, А1 0

75, В Оэ 160; Na<0 190; СаО 33, F (сверх 100) 7,0.

Сущность данного изобретения состоит в том, что введенная в состав покрытия фритта эмали ЭСП-210 служит, 5. в качестве.стеклосвязки в температурной области 500-600"С, вследствие чего впервые при весьма высоком содержании тугоплавкого глинозема в покрытии уже в этой температурной области образуется кислородонепроницаемая пленка из второго слоя покрытия. Первый слой покрытия (подслой) впервые содержит такое количество глинозема и песка, что в нем не образуется жидкая фаза даже при максимальной температуре работы покрытия - 950 С.

После нанесения и высушивания покрытия жидкое стекло связывает между собой твердые частицы песка, глинозема и фритты эмали ЭСП-21Ф, в результате чего проникновение кислорода сквозь поры зацитного слоя снижается. С увеличением температуры первоначально вступают во взаимодействие сухой остаток жидкого стекла и фритты эмали ЭСП-210, а образующаяся жидкая фаза заполняет поры второго слоя покрытия.

Большое количество orнеупорных наполнителей (технического глинозема и песка) подслоя наряду с отсутствием в нем жидкой фазы предотвращает взаимодействие первого слоя покрытия с металлом и, как следствие, образование прочного сцепления между ними. Отсутствие прочного сцепления металла с покрытием обуславливает полное самоскалывание покрытия после термообработки .

Пример l. Для испытания взята композиция покрытия следующего состава.

Первый слой, мас.4:

Жидкое стекло "9,0

Технический глинозем 34,3

Песок 15,3

Огнеупорная глина . 1,4

Второй слой, мас.4:

Жидкое стекло . 17,5

Технический глинозем 2,7 фритта эмали ЭСП-210 17,5

Огнеупорная глина 2,3

Для приготовления первого и второго слоев покрытия исходные компоненты,за исключением жидкого стекла, отдельно размалывали в шаровой мельнице до прохода через сито

3900 отв/см . Отвешенные в соответствии с указанным составом навески глины, песка, глинозема и фритты эмали ЭСП-21 Р тщательно перемешивали 3-5 мин, затем добавляли жидкое стекло и воду и вновь перемешивали. Вода добавлялась в количе-. стве, необходимом для нанесения

1708879

44,0

37,6

16,8

1,6

50

После охлаждения в воде покрытие полностью самоудалялось, поверхность металла не имела следов окалины. покрытия пульверизацией. Образцы с нанесенным покрытием загружали в печь типа СКОЛ - 1.62, 5.1/11

11Ц(4.2 и нагревали со скоростью

70дС в час до достижения температуры

950 С, а затем температуру в печи стабилизировали и образцы с покрытием выдерживали 8 ч, после чего образцы извлекали и охлаждали в воде с 1О температурой 20 С.

Самопроизвольного скалывания на данном покрытии не наблюдалось, при ударе отслаивания покрытия также не наблюдалось. 15

Пример 2. Покрытие имело следующий состав.

Первый слой, мас.4;

Жидкое стекло

Глинозем технический 20

Песок

Глина огнеупорная

Второй слой, мас.В:

Жидкое стекло 15,0

Технический глинозем 66,5 25

Фритта эмали ЭСП-210 15,0

Огнеупорная глина 3,5

Подготовка компонентов составов, нанесение их иа образцы стали и термообработка осуществлялись анало- 30 гично примеру 1.

После охлаждения образцов в воде самопроизвольное скалывание наблюдалось на 303 площади образца, после скалывания покрытия поверхность 35 металла была чистой от следов окалины, имела серебристый блеск.

Пример 3. Композиция покрытия была принята следующей.

Состав первого слоя покрытия, мас.3:

Жидкое стекло 34,4

Технический глинозем 44,4

Песок 19,8

Огнеупорная глина 1,8 45.

Состав второго слоя покрытия, мас.Ф:

Жидкое стекло 10,0

Технический глинозем 76,0

Фритта эмали ЭСП-210 10,0

Огнеупорная глина 4,0

Подготовка шликеров покрытия, нанесение их на поверхность образца и испытание покрытия осуществляли по схеме примера 1.

Пример 4. Взят следующий состав покрытия .

Первый слой, мас.ь:

Жидкое стекло 24,0 .Технический глинозем 51,1

Песок 22,8

Огнеупорная глина 2,1

Второй слой, мас.ь:

Жидкое стекло 5,0

Технический глинозем 85,5

Фритта эмали ЭСП-210 5,0

Огнеупорная глина 4 5

По окончании испытания аналогичного описанному в примере 1, наблюдалось полное самоотслаивание покрытия по всей поверхности образца, .толщина слоя окалины на поверхности образца достигала 0,05 мм.

Пример 5. В качестве испытуемого взято покрытие следующего состава.

Первый слой, мас.3:

Жидкое стекло 19,0

Технический глинозем 54,4

Песок 24,3

Огнеупорная глина 2эЗ

Второй слой, мас.ь:

Жидкое стекло 2,5

Технический глинозем 90,2

Фрита эмали ЭСП-210 2,5

Огнеупорная глина 4,8

По окончании испытания, аналогичного описанному в примерке l, наблюдалось полное самоотслаивание, толщина слоя окалины под покрытием достига" ла 0,1 мм.

Из описанных примеров видно, что лучшим является покрытие, описанное в примере 3.

Составы покрытий, взятых в качестве испытуемых, приведены в табл.1, где в качестве покровного слоя в извест" ном покрытии взято стекло состава, . ма с . 4: 8 0 24, 0; Ир 0 1, О, СаО 4, О, .ВаО

6,0; А1ф 7,0, Наф 4,5; Щ 0,2, Si®

53,3. Условия проведения. испытаний: нагрев со скоростью 70 С в час до

950 С, затем выдержка образцов в печи при этой температуре в течение

8 ч, после чего образцы извлекали и охлаждали в воде с температурой 20 С.

Результаты сравнительных испытаний предлагаемого покрытия и прототипа приведены в табл.2.

Таким образом, предлагаемый состав покрытия обеспечивает 1003-ное самоудаление покрытия вместе с дос79

Табл и ца

Состав защитных технологических покрытий

Предлагаемое покрытие

Компоненты составов

Прототип

Первый слой

Второй слой

Первый Второй слой слой

34,0

10,0

76,0

4,0

44,0

19,8

1,8

10,0

26,0

3 0

100,0

Т а б л и ц а 2

Результаты экспериментальных испытаний составов покрытий

Внешний вид

Самоотслаивание, 3

Составы покрытий покрытия после обжига поверхности металла после обжига

Белое, спекшееся, самоскалывается

Темно-серая, матовая, ровная

100

Предлагаемое

Оценить нельзя, покрытие не скалывается

Черное, пузыристое, прогоревшее местами

Прототип

17088 таточной защитой поверхности металла от окисления, в то время как состав покрытия по прототипу не способен защитить поверхность стали от окисле5 ния при длительной (8 и более часов) выдержке при 950 С.

Формула изобретения

Покрытие для защиты стали от скис- 10 ления, состоящее из подслоя, включающего кремнийсодержащие соединения и вещество, содержащее оксид алюминия, и покровного слоя, включающего вещество, содержащее оксиды металлов,15 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения защитных свойств при длительном нагреве, в качестве кремнийсодержащих соединений подслоя используют жидкое стекло, песок и огне 20

Жидкое стекло

Технический глинозем

Песок

Огнеупорная глина

Фритта >мали

ЭСП-210

Электрокорунд

Карбид кремния

Поливиниловый спирт

Стекло (состав см. выше) упорную глину, а в качестве вещества, содержащего оксид алюминия, .технический глинозем при следующем соотношении компонентов, мас А:

Жидкое стекло 24-44

Технический глинозем 37,6-51,1

Песок 16,8-22,8

Огнеупорная глина 1,6-2,1 а покровный слой дополнительно содержит жидкое стекло, технический глинозем, огнеупорную глину, а в качестве вещества, содержащего оксиды металлов, используют фритту эмали ЭСП-210 при следующем соотношении компонентов, мас.4:

Жидкое стекло 5-15

Технический глинозем 66,5-85,5

Фритта эмали ЭСП-210 5-15

Огнеупорная глина 3,5-4,5