Жаростойкое покрытие

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации. Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂ О₃, Al₂О₃, BaO, CaO, MgO, TiO ₂, Cr₂О₃ и минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, 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 SiO ₂ 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, Fe ₂О₃ 0,8-1,0, SiB₄ 18,0-21,0, которое дополнительно содержит Na₂O, Р₂ O₅, полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу и ксилол при следующем соотношении компонентов, в мас. %: SiO ₂ 20,0-36,0, В₂О₃ 4,0-5,0, А1 ₂0₃ 5,0-6,0, BaO 5,0-6,0, 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 SiO ₂ 5,0-6,0, Na₂O 4,0-5,0, Р₂O ₅ 1,0-2,0, полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8, кремнийорганическая смола 11,5-13,2, ксилол 9,0-11,0. Изобретение позволяет получить покрытие с повышенной термостойкостью и прочностью сцепления при температурах эксплуатации выше 1000°С, формирующееся при комнатной температуре. 3 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации.

Одним из факторов, определяющим эксплуатационные показатели жаростойких покрытий, является сплошность. Наличие незначительных дефектов ослабляет защитное действие покрытий. Для устранения отдельных сколов и других дефектов покрытия в процессе изготовления 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 холодного отверждения.

Известно покрытие, имеющее следующий химический состав, в мас.%: фритта А: SiO ₂ 35-50, B₂O 3-10, Аl₂О₃ 0-5 и/или Sb₂O₃, RO 0-5, R₂ O 15-30, TiO₂ 20-30, ZnO 0,1-10, Fе₂О ₃ 0-10, Cr₂О₃, NiO, MnO, CoO и /или CuO, фритта В: SiO₂ 40-60, B₂O 3-10, Аl ₂О₃ 10-25, RO 10-30, R₂O 0,1-10, Fе₂O₃ 0-10, Сr₂О₃ , NiO, MnO, CoO и /или CuO, где RO включает MgО, СаО, SrO и/или ВаО, a R₂O Na₂O, К₂О 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 Fе ₂О₃, Сr₂О₃, NiO, MnO, CoO, CuO, TiO₂ и их смесей (WO 98/28236).

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

SiO₂ 20,0-31,0

В ₂O₃ 4,0-5,0

А1₂O₃ 10,0-12,0

ВаО 4,0-6,0

СаО 2,0-4,0

MgO 0,5-1,5

TiO₂ 1,5-2,5

Сr₂O₃ 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

Аl₂O ₃ 34,3-35,1

CaO 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

K ₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO ₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе ₂О₃ 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

К₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе₂О₃ 0,8-1,0

SiB₄ 18,0-21,0 (Патент РФ №2191165)

Известные составы покрытия, формирующиеся при комнатной температуре, имеют недостаточно высокие термостойкость и прочность сцепления при температурах эксплуатации выше 1000°С

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

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂ О₃, Аl₂О₃, ВаО, CaO, MgO, TiO ₂, Сr₂O₃, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, мас.%:

SiO₂ 56,25-58,05

Аl₂O ₃ 34,3-35,1

CaO 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

K ₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO ₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе ₂О₃ 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

К₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе₂О₃ 0,8-1,0

SiB₄ 18,0-21,0

полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Na₂O, P₂O₅, ксилол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂ 20,0-36,0

В₂O₃ 4,0-5,0

Аl₂О₃ 5,0-6,0

BaO 5,0-6,0

CaO 2,0-4,0

MgO 0,5-1,5

TiO₂ 1,5-2,5

Сr₂O₃ 15,0-17,0

Минеральное комплексное

соединение на основе SiO₂ 5,0-6,0

Полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8

Кремнийорганическая смола 11,5-13,2

Na ₂O 4,0-5,0

Р₂O₃ 1,0-2,0

Ксилол 9,0-11,0

Установлено, что введение Na₂ O, P₂O₅, ксилола позволяют оперативно устранять дефекты эмалевого покрытия и в то же время упрочняет структуру покрытия, что повышает его термостойкость, прочность сцепления при температурах эксплуатации выше 1000°С.

Составы предлагаемого покрытия 1, 2, 3 и прототипа №4 приведены в таблице №1. Составы минерального комплексного соединения на основе SiО ₂ приведены в таблице 2.

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 20 часов.

Свойства предлагаемых покрытий приведены в таблице 3.

Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием прототипом, у предлагаемого состава термостойкость повысилась 1,5 раза, прочность сцепления в 2,5 раза.

Применение предлагаемого покрытия, формируемого при комнатной температуре, обеспечивает снижение энергоемкости и трудоемкости операции ремонта в производственных условиях, повышение надежности работы деталей с покрытием в 1,5-2 раза.

Предлагаемое покрытие обеспечивает экологическую чистоту производства.

Формула изобретения

Жаростойкое покрытие, содержащее SiO₂, В₂ О₃, Аl₂О₃, ВаО, СаО, MgO, TiO ₂, Сr₂О₃, минеральное комплексное соединение на основе SiO₂, химического состава, мас.%:

SiO₂ 56,25-58,05

Аl₂O ₃ 34,3-35,1

CaO 1,0-1,2

MgO 1,0-1,1

K ₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO ₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе ₂О₃ 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

К₂O 2,5-2,6

Na₂O 0,6-0,7

TiO₂ 1,6-1,8

SO₃ 0,15-0,25

Fе₂О₃ 0,8-1,0

SiB₄ 18,0-21,0

полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Na₂O, P₂O₅, ксилол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂ 20,0-36,0

В₂O₃ 4,0-5,0

Аl₂О₃ 5,0-6,0

BaO 5,0-6,0

CaO 2,0-4,0

MgO 0,5-1,5

TiO₂ 1,5-2,5

Сr₂O₃ 15,0-17,0

Минеральное комплексное

соединение на основе SiO₂ 5,0-6,0

Полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8

Кремнийорганическая смола 11,5-13,2

Na ₂O 4,0-5,0

Р₂O₃ 1,0-2,0

Ксилол 9,0-11,0