Жаростойкое покрытие

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к жаростойким покрытиям для защиты деталей газотурбинных двигателей (камера сгорания, жаровые трубы, газоводы и др.) из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1200°С. Техническим результатом изобретения является создание повышения температуроустойчивости, термостойкости, прочности сцепления покрытия. Жаростойкое покрытие, содержит SiO2, В2O3, Al2О3, BaO, CaO, MgO,

TiO2, Cr2О3, минеральное комплексное соединение на основе SiO2, SiB4 и ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 - 21,0-36,6; В2О3 - 5,0-6,7; Al2O3 - 34,0-40,0; BaO - 6,3-7,0; CaO - 4,0-5,0; MgO - 0,9-2,0; TiO2 - 0,5-0,9;

Cr2О3 - 3,5-5,0; SiB4 - 0,2-0,4; ZrO2 - 5,0-7,0; минеральное комплексное соединение на основе SiO2 - 4,0-5,0. Минеральное комплексное соединение на основе SiO2 включает следующие компоненты, мас.%: SiO2 - 56,25-58,05; 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; Fe2О3 - 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; Fe2О3 - 0,8-1,0; SiB4 - 18,0-21,0. 3 табл.

 

Изобретение относится к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (камера сгорания, стабилизаторы, створки, проставки и др.) из высокожаропрочных никелевых сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1200°С, используемых в авиационной технике и в машиностроении.

Жаропрочные сплавы при высоких температурах имеют тенденцию к активному окислению, в связи с чем для повышения сопротивляемости сплавов высокотемпературной газовой коррозии эффективны защитные эмалевые покрытия, регламентирующие процесс окисления металла при высоких температурах. Необходимыми условиями эффективной защиты сплавов являются: высокие эксплуатационные характеристики покрытий при рабочей температуре, такие как термостойкость, температуроустойчивость, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.

Известно жаростойкое покрытие следующего химического состава, мас.%: SiO2 20,0-33,0, В2О3 4,0-5,0, Al2О3 7,0-8,0, ВаО 7,0-8,0, СаО 4,0-5,5, MgO 0,5-1,5, TiO2 1,0-2,2, Cr2О3 15,0-17,0, минеральное комплексное соединение на основе SiO2 5,0-6,0, полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8, кремнийорганическая смола 11,5-12,5 ксилол 10,0-11,0, SiB4 1,5-2,5, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiO2 содержит, мас.%: SiO2 56,25-58,05, Al2О3 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, К2О 2,5-2,6, Na2О 0,6-0,7, TiO2 1,6-1,8, SO3 0,15-0,25, Fe2О3 0,8-1,0 или SiO2 35,25-40,05, Al2О3 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, K2О 2,5-2,6, Na2О 0,6-0,7, TiO2 1,6-1,8, SO3 0,15-0,25, Fe2О3 0,8-1,0, SiB4 18,0-21,0 (Патент РФ №2273609).

Недостатком известного покрытия является то, что оно работоспособно и имеет высокие эксплуатационные характеристики при температурах не выше 1000°С.

Известно покрытие, имеющее следующий химический состав, мас.%: фритта А: SiO2 35-50, В2О 3-10, Al2О3 0-5 и/или Sb2О3, RO 0-5, R12О 15-30, TiO2 20-30, ZnO 0,1-10, Fe2О3 0-10, Cr2О3, NiO, MnO, CoO и/или CuO, фритта В: SiO2 40-60, B2О 3-10, Al2О3 10-25, RO 10-30, R12О 0,1-10, Fe2О3 0-10, Cr2О3, NiO, MnO, CoO и/или CuO, где RO включает MgO, СаО, SrO и/или ВаО, a R12О Na2О, К2О и/или Li2О, сырьевые материалы, выбранные из группы: кварц, полевой шпат, оксид циркония, волластонит, нефелин, сиенит и другие, а также необходимые количества добавок из группы Fe2О3, Сг2О3, NiO, MnO, CoO, CuO, TiO2 и их смесей (Патент ЕР №0948466).

Известно жаростойкое покрытие следующего химического состава, мас.%: SiO2 20,0-36,0, В2О3 4,0-5,0, А12О3 5,0-6,0, ВаО 5,0-6,0, СаО 2,0-4,0, MgO 0,5-1,5, TiO2 1,5-2,5, Cr2О3 15,0-17,0, минеральное комплексное соединение на основе SiO2 5,0-6,0, Na2О 4,0-5,0, P2O5 1,0-2,0, полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8,кремнийорганическая смола 11,5-13,2, ксилол, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiO2 содержит, мас.%: SiO2 56,25-58,05, Al2О3 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, К2О 2,5-2,6, Na2О 0,6-0,7, TiO2 1,6-1,8, SO3 0,15-0,25, Fe2О3 0,8-1,0 или SiO2 35,25-40,05, Al2О3 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, К2О 2,5-2,6 Na2О 0,6-0,7, TiO2 1,6-1,8, SO3 0,15-0,25, Fe2О3 0,8-1,0, SiB4 18,0-21,0 (Патент РФ 2239616).

Известные составы покрытий для жаропрочных никелевых сплавов обладают пониженными температуроустойчивостью, термостойкостью и прочностью сцепления со сплавами при рабочей температуре 1200°С.

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

SiO2 38,0-52,6
В2О3 6,0-7,5
Al2О3 18,0-20,0
ВаО 7,0-9,0
СаО 3,5-7,5
MgO 0,9-2,0
TiO2 2,5-4,0
Cr2О3 4,0-5,5
минеральное комплексное соединение 5,5-6,5
на основе SiO2

При этом минеральное комплексное соединение на основе SiO2 содержит, мас.%:

SiO2 56,25-58,05
А12О3 34,3-35,1
СаО 1,0-1,2
MgO 1,0-1,1
К2О 2,5-2,6
Na2О 0,6-0,7
TiO2 1,6-1,8
SO3 0,15-0,25
Fe2О3 0,8-1,0

или

SiO2 35,25-40,05
Al2О3 34,3-35,1
СаО 1,0-1,2
MgO 1,0-1,1
K2О 2,5-2,6
Na2О 0,6-0,7
TiO2 1,6-1,8
SO3 0,15-0,25
Fe2О3 0,8-1,0
SiB4 18,0-21,0

(Патент РФ п №2163897)

Недостатком прототипа также является пониженная температуроустойчивость, термостойкость и прочность сцепления со сплавами при рабочей температуре 1200°С.

Технической задачей изобретения является создание жаростойкого покрытия с повышенной температуроустойчивостью, термостойкостью и прочностью сцепления для жаропрочных никелевых сплавов при температуре эксплуатации 1200°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено жаростойкое покрытие, содержащее SiO2, В2О3, Al2О3, ВаО, СаО, MgO, TiO2, Cr2О3, минеральное комплексное соединение на основе SiO2, химического состава, мас.%:

SiO2 56,25-58,05
Al2О3 34,3-35,1
СаО 1,0-1,2
MgO 1,0-1,1
К2О 2,5-2,6
Na2О 0,6-0,7
TiO2 1,6-1,8
SO3 0,15-0,25
Fe2О3 0,8-1,0

или

SiO2 35,25-40,05
Al2О3 34,3-35,1
СаО 1,0-1,2
MgO 1,0-1,1
K2О 2,5-2,6
Na2О 0,6-0,7
TiO2 1,6-1,8
SO3 0,15-0,25
Fe2О3 0,8-1,0
SiB4 18,0-21,0

которое дополнительно содержит SiB4 и ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2 21,0-36,6
В2О3 5,0-6,7
Al2О3 34,0-40,0
ВаО 6,3-7,0
СаО 4,0-5,0
MgO 0,9-2,0
TiO2 0,5-0,9
Cr2O3 3,5-5,0
SiB4 0,2-0,4
ZrO2 5,0-7,0
указанное минеральное комплексное 4,0-5,0
соединение на основе SiO2

Авторами установлено, что введение борида кремния и оксида циркония при заявленном соотношении и содержании компонентов жаростойкого покрытия упрочняет структуру покрытия за счет образования боросиликатного стекла, армированного частицами борида кремния и оксида циркония, что повышает его температуроустойчивость, прочность сцепления, термостойкость при температуре эксплуатации 1200°С.

Примеры осуществления

Покрытие получали по шликерно-обжиговой технологии путем размола компонентов в шаровой мельнице в течение 50-52 ч с последующим нанесением полученного шликера на образцы сплава ВЖ171 и обжигом в электропечи при температуре 1200-1220°С.

Составы предлагаемого покрытия №1, 2, 3 и прототипа №4 приведены в таблице 1. Составы минерального комплексного соединения на основе SiO2 приведены в таблице 2.

Свойства предлагаемого покрытия и покрытия-прототипа приведены в таблице 3.

Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом на жаропрочном сплаве при температуре эксплуатации 1200°С у предлагаемого покрытия соответственно повысилась температуроустойчивость в 3 раза, прочность сцепления в 1,2 раза, термостойкость в 1,5 раза.

Применение предлагаемого покрытия обеспечивает работоспособность деталей из жаропрочного сплава при температуре эксплуатации 1200°С, повышение надежности работы деталей с покрытием.

Таблица 1
Составы предлагаемого покрытия и покрытия-прототипа
№ п/п SiO2 В2О3 Al2О3 ВаО СаО MgO TiO2 Cr2О3 Минеральное комплексное соединение на основе SiO2 SiB4 ZrO2
1 21,0 6,7 40,0 7,0 5,0 2,0 0,9 5,0 5,0 0,4 7,0
2 36,6 5,0 34,0 6,3 4,0 0,9 0,5 3,5 4,0 0,2 5,0
3 30,3 6,0 36,0 6,5 4,5 1J 0,7 4,0 4,5 0,3 5,5
4
прототип
48,6 6,0 20,0 7,0 5,5 0,9 2,5 4,0 5,5 - -

Таблица №2
Составы минерального комплексного соединения на основе SiO2
№ п/п Компоненты, в масс.%
SiO2 Al2Оз СаО MgO К2О Na2О TiO2 SO3 Fe2О3 SiB4
1 56,25 35,1 1,2 1,1 2,6 0,7 1,8 0,25 1,0 -
2 58,05 34,3 1,0 1,0 2,5 0,6 1,6 0,15 0,8 -
3 57,30 34,65 1,05 2,55 0,65 1,7 0,20 0,9 -
4 35,25 35,1 1,2 1,1 2,6 0,7 1,8 0,25 1,0 21,0
5 40,05 34,3 1,0 1,0 2,5 0,6 1,6 0,15 0,8 18,0
6 37,30 34,55 1,1 1,05 2,55 0,65 1,7 0,20 0,9 20,0
Таблица №3
Свойства предлагаемого покрытия и покрытия - прототипа
№ п/п Свойство Предлагаемые составы Прототип
1 2 3 4
1 Температуроустойчивость при 1200°С, ч 110 105 105 35
2 Прочность сцепления, % 93 95 95 80
3 Термостойкость по режиму 1200°С↔20°С, цк 70 75 70 50

Жаростойкое покрытие, содержащее SiO2, В2O3, Al2О3, BaO, CaO, MgO, TiO2, Cr2О3, минеральное комплексное соединение на основе SiO2, химического состава, мас.%:

SiO2 56,25-58,05
Al2O3 34,3-35,1
СаО 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,

отличающееся тем, что оно дополнительно содержит SiB4 и ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO2 21,0-36,6
В2О3 5,0-6,7
Al2О3 34,0-40,0
BaO 6,3-7,0
CaO 4,0-5,0
MgO 0,9-2,0
TiO2 0,5-0,9
Cr2О3 3,5-5,0
SiB4 0,2-0,4
ZrO2 5,0-7,0
указанное минеральное
комплексное соединение на основе SiO2 4,0-5,0



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия на изделиях из чугуна, стали. .
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия на изделиях из чугуна, стали. .
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия на изделиях из чугуна, стали. .
Изобретение относится к составам шликера для эмалевого покрытия, наносимого на изделия из чугуна, стали. .
Изобретение относится к составам масс, используемых в производстве строительной керамики. .
Глазурь // 2346915
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамику. .
Глазурь // 2346914
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамику. .
Глазурь // 2346913
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, кирпич. .
Изобретение относится к технологии силикатов, а именно к составам глазурей для нанесения на керамику, преимущественно стеновую плитку. .
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия. .
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую плитку
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, изделия декоративно-прикладного искусства
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия на изделиях из чугуна, стали
Глазурь // 2385844
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, кирпич, черепицу
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, изделия декоративно-прикладного искусства
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия на изделиях из керамики, преимущественно облицовочной плитке, печных изразцах
Глазурь // 2411199
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, кирпич, черепицу
Изобретение относится к технологии силикатов и касается шихтовых составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, изразцы
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов глазурей для нанесения на плитку, изразцы
Глазурь // 2418771
Изобретение относится к составам глазури для нанесения на керамическую плитку, кирпич

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к жаростойким покрытиям для защиты деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1200°С

Наверх