Защитное технологическое покрытие

Изобретение относится к защитным покрытиям от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства. Технический результат изобретения заключается в создании защитного технологического покрытия, обладающего высокой вязкостью, жаростойкостью и низким коэффициентом трения при высоких температурах нагрева. Защитное технологическое покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: Аl₂О₃ - 3-21; СаО - 1,5-13; MgO - 0,5-5,5; В₂O₃ - 3-18; BaO - 3-13; K₂O - 0,1-5; 2BaO·3SiO₂ - 1-3; 2Al₂O₃·B₂O₃ - 1-3; SiO₂ - остальное. 2 табл.

 

Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства.

Известно защитное технологическое покрытие следующего химического состава, мас.%:

SiО2	28-50
MgO	1-4
Na2О	1-6
К2О	1-4
Аl2О3	5-15
ВаО	3-12
СаО	1-6
В2О3	14-45
3СаО·Аl2О3	0,1-0,5
2CaO·SiО2	0,1-0,5 (Патент РФ №2151111)

Известно также защитное покрытие для композиционного материала следующего химического состава, мас.%:

SiО2	10-30
Аl2О3	3-20
СаО	8-12
MgO	0,5-5
В2О3	3-12
Na2О	0,1-0,4
К2О	0,1-0,2
ВаО	3-11
SiB4	0,5-5
MoSi2	32-70 (Патент РФ №2190584)

Известно также защитное покрытие для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:

SiО2	23-55
MgO	6,5-20
Na2О	0,5-6,5
CaO	1-6
B2О3	14-45
3CaO·Al2О3	1,5-8,0
MgO·ZrО2	0,5-2,5
Al2О3·MgO	1-1,5
Al2О3	остальное (Патент РФ №2312827)

Недостатками известных покрытий является повышенный коэффициент трения, недостаточно высокая вязкость покрытия и жаростойкость покрытий при температурах свыше 1000°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное технологическое покрытие, следующего химического состава, мас.%:

SiО2	40-75
Аl2О3	6-18
СаО	4-11
MgO	1-4
В2О3	5-15
Na2О	0,5-1
К2О	0,3-3
ВаО	5-10
Al2О3·3SiО2	2-7 (Патент РФ №2151110)

Недостатками известного покрытия является недостаточно высокая вязкость покрытия, повышенный коэффициент трения и недостаточная жаростойкость покрытий при температурах свыше 1000°С.

Технической задачей изобретения является создание защитного технологического покрытия, обладающего высокой вязкостью и жаростойкостью, низким коэффициентом трения при высоких температурах нагрева.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено защитное технологическое покрытие, включающее SiО₂, Аl₂О₃, СаО, MgO, В₂О₃, ВаО, К₂О, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит 2BaO·3SiО₂, 2Аl₂О₃·В₂О₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аl2О3	3-21
СаО	1,5-13
MgO	0,5-5,5
В2О3	3-18
ВаО	3-13
К2О	0,1-5
2BaO·3SiО2	1-3
2Аl2О3·В2О3	1-3
SiО2	остальное

Авторами экспериментально установлено, что введение 2BaO·3SiО₂, 2Аl₂О₃·В₂О₃ в предлагаемое покрытие при заявленном содержании и соотношении компонентов повысило вязкость и жаростойкость, снизило коэффициент трения покрытия при термической и горячей обработке сталей и сплавов.

Рентгеноструктурный анализ предлагаемого защитного технологического покрытия показал, что в процессе технологических нагревов в покрытии образуются температуроустойчивые фазы BaO·Al₂О₃·2SiО₂, 3Al₂О₃·2SiО₂ и 9Аl₂О₃·2В₂О₃, обеспечивающие повышение вязкости и снижение коэффициента трения защитного технологического покрытия при высоких температурах 1280°С.

Примеры осуществления

Пример 1. Для получения фритты защитного технологического покрытия компоненты покрытия в соответствующих мас.% (таблица 1) Аl₂О₃ - 3, СаО - 13, MgO - 5,5, В₂О₃ - 18, К₂О - 0,1, ВаО - 13, 2BaO·3SiО₂ - l, 2Аl₂О₃·В₂О₃ - 1, SiO₂ - 44,4 помещали в фарфоровый барабан с алундовыми шарами в соотношении 1:1,5. Размол и перемешивание компонентов проводили в течение 3 часов на валковой мельнице. Варку фритты проводили в камерной печи. Затем получали шликер покрытия, который выгружали в полиэтиленовую емкость. После этого замеряли вязкость шликера вискозиметром В3246 и из краскораспылителя наносили на образцы сталей ВНС2, 30ХГСНА и сплавов ВНЛ3 и ЭК151. Вязкость шликера покрытия составляла 21 с, толщина покрытия 0,5 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при 20°С, затем проводили термическую обработку.

Примеры 2, 3, 4 получения защитных покрытий осуществляли аналогично примеру 1.

Составы предлагаемого защитного технологического покрытия и покрытия-прототипа приведены в таблице №1, свойства покрытий представлены в таблице №2.

Образцы сталей ВНС2, 30ХГСНА и сплавов ВНЛ3, ЭК151 с предлагаемым защитным технологическим покрытием и покрытием-прототипом подвергались испытаниям на окисляемость, вязкость и коэффициент трения покрытия при высоких температурах 1150°С и 1280°С.

Окисляемость образцов с защитным технологическим покрытием определялась путем непрерывного взвешивания без извлечения образцов из печи при заданных температурах.

Вязкость покрытия определялась методом вдавливания иглы в покрытие под нагрузкой 5 г при постепенном нагревании образца с покрытием. По глубине проникновения иглы в покрытие по диаграмме вязкости рассчитывалась вязкость покрытия.

Коэффициент трения покрытий, определяющий эффективность защитных покрытий как высокотемпературных смазок при горячей обработке давлением, определялся методом замера коэффициента трения при горячей деформации при осадке образцов d - 5 мм, h - 20 мм на гидравлическом прессе мощностью 2,5 т со скоростью 80 мм/с. На образце после деформации замеряли величину двойного угла трения и определяли величину коэффициента трения по формуле µ=tgα.

Результаты сравнительных испытаний, приведенные в таблице №2, свидетельствуют о том, что окисляемость сталей ВНС2, 30ХГСНА с предлагаемым защитным покрытием при технологических нагревах при температуре 1150°С (выдержкой 10 ч) меньше соответственно в 2,86 и 5,94, а при температуре 1280°С (выдержкой 10 ч) меньше соответственно в 2,07 и 2,2, по сравнению с покрытием-прототипом.

Окисляемость сплавов ВНЛ3, ЭК151 с предлагаемым защитным покрытием при технологических нагревах при температуре 1150°С (выдержкой 10 ч) меньше соответственно в 2,86 и в 4,22 раза, а при температуре 1280°С (выдержкой 10 ч) меньше в 3,81 ив 5,93 раза по сравнению с покрытием-прототипом.

Вязкость предлагаемого защитного покрытия на сталях ВНС2, 30ХГСНА при технологических нагревах 1150°С и 1280°С в течение 10 ч больше соответственно в 3 и 4 раза по сравнению с покрытием-прототипом.

Вязкость предлагаемого защитного покрытия на сплавах ВНЛ3, ЭК151 при технологических нагревах 1150°С и 1280°С в течение 10 ч больше соответственно в 3 и 4 раза по сравнению с покрытием-прототипом.

Коэффициент трения с предлагаемым защитным покрытием на сталях ВНС2, 30ХГСНА и сплавах ВНЛ3, ЭК151 при температурах нагрева 1150°С и 1280°С меньше в 2-2,3 раза по сравнению с покрытием-прототипом.

При этом происходит равномерное распределение защитного покрытия по всей поверхности заготовки, обеспечивающее работоспособность защитного покрытия в качестве высокотемпературной смазки при изотермической штамповке заготовок.

Применение предлагаемого защитного технологического покрытия позволит получить качественную поверхность деталей при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, локализовать процесс изотермического деформирования, повысить ресурс их эксплуатации в 2-3 раза.

Защитное технологическое покрытие, включающие SiO₂, Аl₂О₃, CaO, MgO, В₂О₃, BaO, К₂О, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит 2BaO·3SiO₂, 2Аl₂O₃·В₂О₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%: Аl₂O₃ - 3-21; CaO - 1,5-13; MgO - 0,5-5,5; В₂O₃ - 3-18; BaO - 3-13; K₂O - 0,1-5; 2BaO·3SiO₂ - 1-3; 2Аl₂O₃·В₂O₃ - 1-3; SiO₂ - остальное.