Защитное покрытие
Владельцы патента RU 2558575:
Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" (RU)
Изобретение относится к защитным покрытиям для химической, металлургической, авиационной промышленности. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности покрытия к воздействию окружающей среды при сохранении требуемой термостойкости. Защитное покрытие содержит, мас.ч.: жидкое калийное стекло 100-130; карбид кремния 30-60; окись алюминия 40-70; окись магния 5-15; окись кобальта 3-7. 1 табл.
Изобретение относится к композициям защитных покрытий и может быть использовано в химической, металлургической, авиационной промышленности и, например, в производстве углерод-карбидокремниевых материалов и изделий из них.
Известно термостойкое покрытие (далее «покрытие»), содержащее жидкое калийное стекло и порошкообразные наполнители (патент RU N 2383514 на «Защитное покрытие», опубл. 10.03.2010). Покрытие применяется в качестве термостойкой защиты с высокой излучающей способностью.
По своим признакам и достигаемому результату это покрытие наиболее близко к заявленному и принято за прототип.
В этом покрытии в качестве связующего используют жидкое калийное стекло, в качестве порошкообразных наполнителей - смесь карбида кремния, графита и кремнефтористого натрия, причем выполнено покрытие может как с использованием кремнефтористого натрия, так и без него.
Известное защитное покрытие выполняется, согласно заявке как с отвердителем - кремнефтористым натрием, так и без него.
Недостаток известного защитного покрытия в исполнении без отвердителя заключается в малой его надежности из-за недостаточно высокой устойчивости к воздействию климатических факторов, а именно знакопеременным значениям температуры окружающей среды и в большей степени к ее влажности. Это выражается в образовании трещин и расслоений нанесенного покрытия, а в конечном итоге приводит к снижению адгезии покрытия к подложке.
Недостаток известного защитного покрытия в исполнении с отвердителем заключается в снижении термостойких характеристик покрытия. Этот компонент является наименее термостойким из состава, склонен к образованию крупных агломератов при приготовлении и нанесении состава покрытия. В свою очередь, это отрицательно сказывается на термостойкости покрытия - агломераты с низкой термостойкостью являются зонами локального перегрева, очагами разрушения покрытия и, следовательно, уменьшению надежности всего покрытия в целом.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности покрытия к воздействию окружающей среды при сохранении требуемой термостойкости.
Названный технический результат достигается тем, что в защитном покрытии, содержащем жидкое калийное стекло и порошкообразные наполнители, согласно изобретению в качестве порошкообразных наполнителей содержит карбид кремния, окись алюминия, окись магния и окись кобальта, с компонентами в массовых частях:
Жидкое калийное стекло | 100-130 |
Карбид кремния | 30-60 |
Алюминия окись | 40-70 |
Магния окись | 5-15 |
Окись кобальта | 3-7 |
Использование в покрытии жидкого калийного стекла и порошкообразных наполнителей в вышеуказанных массовых частях позволяет повысить надежность покрытия за счет стабилизации его свойств по отношению к воздействию окружающей среды.
При этом использование жидкого стекла позволяет связать все компоненты покрытия в единый, монолитный материал. Карбид кремния, окись алюминия и окись магния обеспечивают термостойкость покрытия. Наличие окиси кобальта обеспечивает технологичность покрытия, а именно придает пластичность при нанесении. Окись алюминия и окись магния, наряду с обеспечением термостойкости защитного покрытия, также являются отвердителями жидкого калийного стекла и увеличивают надежность покрытия в целом.
При изготовлении предлагаемого покрытия в фарфоровой ступке взвешивают наполнители - карбид кремния, окись алюминия, окись магния, окись кобальта, и тщательно перемешивают. Затем вводят жидкое калийное стекло и массу перетирают до получения однородного состава.
Наносить покрытия на углерод-карбидокремниевый материал можно в течение жизнеспособности покрытия - механическим способом - шпателем. Добавление 0,06%-ого раствора гидроокиси калия в количестве 8-25 мас.ч. к вышеуказанной рецептуре позволяет наносить покрытие пневматическим пульвелизатором, оптимизируя процесс изготовления покрытия.
При этом полученное покрытие затвердевает при любом способе изготовления при нормальной температуре через 18-36 часов и не требует термообработки, в отличие от прототипа.
Выход компонентов за обозначенные пределы ведет к негарантированному качеству покрытия.
В качестве материала подложки для изготовления образцов использовали углерод-карбидокремниевый композиционный материал.
Защитное покрытие наносили на образцы для проведения ускоренных климатических испытаний (УКИ) в соответствии с ГОСТ РВ 20.57.304-98, физико-механических испытаний адгезионной прочности покрытия при равномерном отрыве в соответствии с ОСТ 92-1476-78, газодинамических испытаний.
Ускоренные климатические испытания имитировали условия эксплуатации покрытия: отапливаемое помещение с температурой воздуха от +5 до +35°C и относительной влажности воздуха 80% при 25°C; при этом 1 год суммарно при температуре окружающей среды от -50 до +50°C и относительной влажности воздуха 98% при температуре 25°C. Срок сохраняемости свойств покрытия составил до 22 лет.
После проведения УКИ образцы подвергались газодинамическим испытаниям.
Приведенные данные подтверждены результатами испытаний образцов покрытия, указанными в таблице 1.
Таблица 1 | |||||
Результаты испытаний образцов покрытия | |||||
Содержание компонентов покрытия | Прототип | Разработанное покрытие | |||
1 | 2 | 1 | 2 | ||
Жидкое калийное стекло | 100 | 125 | 100 | 100 | |
Карбид кремния | 100 | 150 | 30 | 50 | |
Графит | 10 | 8 | - | - | |
Окись алюминия | - | - | 50 | 40 | |
Окись магния | - | - | 10 | 12 | |
Окись кобальта | - | - | 5 | 7 | |
Кремнефтористый натрий | 10 | ||||
Адгезионная прочность покрытия при равномерном отрыве, σотр | МПа | 2,43 | 2,79 | 2,81 | 2,74 |
кгс/см2 | 24,81 | 28,5 | 28,6 | 27,9 | |
Термостойкость | °C | 1560 | 1420 | 1580 | 1480 |
Защитное покрытие, благодаря наличию в его составе связующего жидкого калийного стекла и порошкообразных наполнителей в вышеприведенных соотношениях, характеризуется по сравнению с прототипом большей надежностью.
Защитное покрытие, содержащее жидкое калийное стекло и порошкообразные наполнители, отличающееся тем, что оно содержит в качестве порошкообразных наполнителей карбид кремния, окись алюминия, окись магния и окись кобальта при соотношении компонентов, мас.ч.:
Жидкое калийное стекло | 100-130 |
Карбид кремния | 30-60 |
Алюминия окись | 40-70 |
Магния окись | 5-15 |
Окись кобальта | 3-7 |