Жаростойкое покрытие

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к материалам для защиты жаропрочных никелевых сплавов от разрушения под действием газовой коррозии высокоскоростного потока горячих газов в процессе эксплуатации. Технический результат изобретения: обеспечение необходимой жаростойкости, термостойкости, эффективного интервала размягчения покрытий для жаропрочных никелевых сплавов при температурах эксплуатации 1100^oC и выше, повышение ресурса работы изделий в 2 раза. Жаростойкое покрытие имеет состав, мас.%: SiO₂ 38,0 - 52,6; B₂O₃ 6,0 - 7,5; Al₂O₃ 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. Состав минерального комплексного соединения на основе SiO₂, мас.%: SiO₂ 56,25 - 58,5; Al₂O₃ 34,30 - 35,10; 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 или SiO₂ 35,25 - 40,05; Al₂O₃ 34,30 - 35,10; 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. 3 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты жаропрочных никелевых сплавов от разрушения под действием газовой коррозии высокоскоростного потока горячих газов в процессе эксплуатации.

Известно жаростойкое покрытие, мас.%: Фритта с малым ТКЛР/температурный коэффициент термического расширения/ - 37,5 Фритта со средним ТКЛР - 12,5 Фритта с большим ТКЛР - 37,5 Отожженный порошок никеля - 7,5 Глина - 5,0 Окись хрома (сверх 100%) - 15,0 [1] Наиболее близким по составу к заявляемому покрытию является жаростойкое покрытие состава, мас.%: SiO₂ - 58,2 B₂O₂ - 5,0
Al₂O₃ - 17,5
BaO - 1,5
CaO - 10,0
MgO - 4,0
TiO₂ - 1,0
As₂O₃ - 0,3
ZnO - 2,5 [2]
Экспериментально установлено, что известные составы покрытий не обладают необходимой термостойкостью, жаростойкостью, эффективным интервалом размягчения при температуре 1100^oC и выше.

Перед авторами стояла техническая задача по устранению вышеуказанных недостатков.

Поставленная задача может быть решена путем создания жаростойкого покрытия для защиты жаропрочных никелевых сплавов, содержащего SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, BaO, CaO, MgO, TiO₂, отличающегося тем, что оно дополнительно содержит Cr₂O₃ и минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 38,0 - 52,6
B₂O₃ - 6,0 - 7,5
Al₂O₃ - 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
Химический состав минерального комплексного соединения на основе SiO₂, мас.%:
SiO₂ - 56,25 - 58,05
Al₂O₃ - 34,30 - 35,10
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
или
SiO₂ - 35,25 - 40,05
Al₂O₃ - 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
Авторами установлено, что предлагаемое в состав покрытия минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ помимо создания седиментационноустойчивого коллоидного раствора оказывает влияние на техническое и технологические свойства покрытия. В отличие от традиционно применяемых для стабилизации шликера покрытий минеральных соединений монтмориллонитового типа с низкой температурой спекания предлагаемое минеральное комплексное соединение содержит в основном минерал монотермит и имеет ряд существенных особенностей. В частности, оно отличается широким интервалом спекшегося состояния (1700^oC), вязкостью (содержание K₂O/Na₂O >1), стеклостойкостью. Этот комплекс свойств способствует сохранению в течение длительного времени в процессе формирования покрытия глинистого каркаса, что в свою очередь упрочняет структуру покрытия и повышает такие его характеристики как жаростойкость, термостойкость, эффективный интервал размягчения.

Составы заявляемых покрытий приведены в табл. 1 и 2.

Покрытие получают по традиционной шликерно-обжиговой технологии, основные операции которой следующие: приготовление и нанесение шликера, обжиг [3] Компоненты покрытия размалывают в фарфоровых барабанах в течение 30-35 ч. Шликер наносят на образцы посредством сжатого воздуха краскораспылителем. Обжиг покрытия осуществляют в печи электросопротивления при температуре 1100 - 1200^oC в течение 2 - 5 мин
Свойства заявляемых покрытий приведены в табл. 3.

Анализ результатов испытаний покрытий свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом у заявляемого состава покрытия жаростойкость выше более чем в 10 раз, термостойкость ~ в 4 раза (при 1100^oC) и ~ в 9 раз (при 1200^oC), эффективный интервал размягчения шире на 150^oC.

Покрытие экологически чистое, взрыво-пожаробезопасное. Применение предлагаемого покрытия позволит обеспечить работоспособность деталей из жаростойких никелевых сплавов при 1100^oC, повысить ресурс работы изделий ~ в 2 раза и получить значительный технико-экономический эффект.

Литература
1. Солнцев С.С. "Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали" -М.: Машиностроение, 1984 г., с. 73.

2. "Стекло", справочник, - М.: Стройиздат, под ред. проф. Павлушкина Н. М., 1973 г., с. 283.

3. Холодилин Н.Н. "Эмалирование стальных и чугунных изделий", М.: Государственное издательство по строительству, архитектуре и строительным материалам", 1962 г., с. 63.

Формула изобретения

Жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, BaO, CaO, MgO, TiO₂, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Cr₂O₃ и минеральное комплексное соединение на основе SiO₂ при следующем содержании компонентов, мас.%:
SiO₃ - 38,0 - 52,6
B₂O₃ - 6,0 - 7,5
Al₂O₃ - 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 оно содержит, мас.%: SiO₂ 56,25 - 58,05; Al₂O₃ 34,30 - 35,10; 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 или SiO₂ 35,25 - 40,05; Al₂O₃ 34,30 - 35,10; 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2