Порошковая шихта для получения металлокерамического покрытия

 

Изобретение относится к созданию средств защиты сплавов на никелевой основе от воздействия агрессивных сред, в частности к металлокерамическим покрытиям, используемым для защиты конструкций энергетических установок. Порошковая шихта для получения металлокерамического покрытия содержит следующие компоненты, мас.%: оксид бария 12 - 14; оксид бора 6,0 - 6,6; оксид алюминия 8,0 - 8,8; оксид церия 20,0 - 22,0; оксид циркония 2,5 - 3,0; никель - остальное. Технический результат изобретения - обеспечение работоспособности и надежности деталей из никелевых сплавов при циклическом воздействии высокоскоростного потока окислительного генераторного газа, содержащего твердый частицы, при температурах до 750^oC. 2 табл.

Изобретение относится к области создания средств защиты сплавов на никелевой основе с никелевым покрытием от воздействия агрессивных сред, в частности к созданию металлокерамических покрытий, работоспособных в высокоскоростном потоке газа - окислителя, содержащего твердые частицы - инициаторы возгорания.

Известно использование для защиты от возгорания стеклоэмалевых, стеклокерамических покрытий, получаемых по шликернообжиговой технологии на конструкциях энергетических установок (С. С. Солнцев "Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали", М., Машиностроение, 1984, стр. 197 - 210).

Однако эти покрытия при температуре около 650^oC разрушаются в потоке окислительного газа, содержащего твердые частицы АМг-6, из-за хрупкости и малой эрозионной стойкости.

В авт. свид. СССР N 462808, кл. C 03 C 8/16, описано стеклометаллическое покрытие. Порошковая шихта для получения этого покрытия на стали и чугуне содержит в своем составе следующие компоненты, мас. ч.: Эмалевая фритта - 100 Порошок никеля - 50 - 150 Оксид хрома - 0,1 - 1,2 Бетонит - 2,0 - 6,0 Поташ - 0,1 - 0,5 Состав фритты, мас.%: Оксид кремния - 8,74 Оксид бора - 15,14 Оксид бария - 11,15
Оксид свинца - 64,97
Порошковая шихта указанного состава, нанесенная в качестве покрытия на изделия из никелевого сплава с никелевым покрытием, термостойка лишь до 300 - 350^oC в условиях высокоскоростного теплового потока газа - окислителя в присутствии твердых частиц.

Задача изобретения - создание порошковой шихты, предназначенной для получения металлокерамического покрытия на конструкциях из никелевых сплавов с никелевым покрытием, работоспособных при температуре до 750^oC в потоке газа - окислителя, содержащего твердые частицы - инициаторы возгорания.

Задача решена за счет того, что шихта содержит помимо никелевого порошка, оксидов бария и бора также оксиды алюминия, циркония и церия при следующим соотношении компонентов, мас.%:
Оксид бария - 12 - 14
Оксид бора - 6,0 - 6,6
Оксид алюминия - 8,0 - 8,8
Оксид церия - 20 - 22
Оксид циркония - 2,5 - 3,0
Никель - Остальное
Технический результат - покрытие из предложенной порошковой шихты, нанесенное на конструкции из никелевых сплавов с никелевым покрытием, защищает их от возгорания в потоке газа - окислителя при температуре 700 - 750^oC в присутствии твердых частиц.

Для получения предложенной шихты были взяты мелкодисперсные порошки никеля, оксидов церия, циркония, алюминия, бария и бора в соотношении, указанном выше.

Из приготовленной шихты приготавливают водный шликер, далее наносят его методом окунания, распыления или залива на конструкции из сплава на никелевой основе с никелевым покрытием в зависимости от сложности их конфигурации. Шликерные слои сушат при температуре до 90^oC. Конструкции с полученным покрытием обжигают в печи в среде защитного газа при температуре 1000 - 1100^oC.

Пример конкретного использования.

Для работы в качестве образцов были взяты пластинки 20 х 30 х 1 мм и образцы-лопатки длиной 70 мм, шириной 12 мм, толщиной 3 мм из сплава ЭП-202 со слоем никеля гальванического толщиной 50 - 100 мкм.

Согласно рецептуре приготовили шликер и методом окунания нанесли на образцы. Сушили образцы при температуре до 90^oC. Обжигали образцы с покрытием в контейнере, заполненном аргоном, при температурах 1000, 1050, 1100^oC.

Оценивали прочность сцепления покрытия с подложкой, термическую устойчивость и стойкость к возгоранию образцов-лопаток с покрытием. О прочности сцепления судили по характеру скола покрытия от удара 0,5 кгсМ на копре по ГОСТ 4765-73. Термически устойчивым считали покрытие, выдерживающее без разрушения 10 термоциклов: 750 ± 20^oC (вода).

Стойкость к возгоранию определяли по методике на специальной установке в потоке газообразного кислорода при температуре до 750^oC при подаче частиц сплава АМг6.

Составы рецептур заявляемой порошковой шихты с минимальными, максимальными и средними значениями содержания исходных компонентов и состав известной шихты приведены в таблице 1.

Уменьшение в предложенной порошковой шихте для получения металлокерамического покрытия содержания никеля ниже минимальных значений приводит к охрупчиванию покрытия, уменьшение оксида бора повышает температуру обжига, уменьшение содержания оксидов бария, алюминия, церия, циркония увеличивает количество стеклофазы, снижает температуру обжига и приводит к охрупчиванию и потере прочности сцепления.

Увеличение содержания компонентов, кроме оксида бора, выше максимальных значений приводит к повышению температуры обжига, снижению механической прочности. Увеличение количества оксида бора приводит к увеличению стеклофазы, снижению температуры обжига и прочности сцепления.

Режимы обжига и свойства покрытий приведены в таблице 2.

Анализ представленных в таблице 2 данных свидетельствует о том, что полученное из шихты покрытие имеет высокую прочность сцепления, не скалываясь от удара 0,5 кгсМ, обладает высокой термической устойчивостью.

Образцы с этим покрытием выдерживают без возгорания воздействие частиц сплава АМг6, вдуваемых в поток окислительного газа до 10 раз.

Известное покрытие разрушается от удара с образованием скола - пробоя и не работоспособно при температуре 750^oC, будучи в перегретом состоянии низковязким, легко сдуваемым потоком газа.

Использование предложенной порошковой шихты на конструкциях энергетических установок из никелевых сплавов с никелевым слоем обеспечит их работоспособность и надежность при циклическом воздействии высокоскоростного потока окислительного генераторного газа, содержащего частицы сплава АМг6, при температурах 750^oC.

Формула изобретения

Порошковая шихта для получения металлокерамического покрытия на поверхности металлических конструкций, содержащая никель, оксиды бария и бора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксиды церия, циркония и алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид бария - 12 - 14
Оксид бора - 6,0 - 6,6
Оксид алюминия - 8,0 - 8,8
Оксид церия - 20,0 - 22,0
Оксид циркония - 2,5 - 3,0
Никель - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2