патент
№ RU 2345963
МПК C03C8/02

ЗАЩИТНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Авторы:
Розененкова Валентина Алексеевна Миронова Надежда Александровна Гаврилов Сергей Владимирович
Все (9)
Правообладатель:
Все (2)
Номер заявки
2007121106/03
Дата подачи заявки
06.06.2007
Опубликовано
10.02.2009
Страна
RU
Дата приоритета
14.04.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к защитным покрытиям от окисления при технологических нагревах в процессе получения высококачественных деталей и полуфабрикатов из сталей и сплавов. Технический результат изобретения заключается в повышении температуроустойчивости и теплоизоляционных свойств защитного технологического покрытия для сталей и сплавов при нагревах до 1200°С. Защитное технологическое покрытие содержит, мас.%: Al2О3 - 17-33; СаО - 0,5-7,8; MgO - 0,5-5; 2CaO·SiO2 - 0,5-1; 3СаО·Al2О3 - 0,5-1; 2MgO·Al2O3·5SiO2 - 5-10; СаО·6Al2О3 - 5-10; SiO2 - остальное. 2 табл.

Формула изобретения

Защитное покрытие для сталей и сплавов, включающее SiO2, Al2О3, СаО, MgO, 2CaO·SiO2, 3СаО·Al2О3, которое дополнительно содержит 2MgO·Al2O3·5SiO2, СаО·6Al2О3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al2О3 17-33; СаО 0,5-7,8; MgO 0,5-5; 2CaO·SiO2 0,5-1; 3СаО·Al2О3 0,5-1; 2MgO·Al2O3·5SiO2 5-10; СаО·6Al2О3 5-10; SiO2 - остальное.

Описание

Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от окисления при технологических нагревах в процессе получения высококачественных деталей и полуфабрикатов из сталей и сплавов при термической и термомеханической обработке давлением в машиностроении и в народном хозяйстве.

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

SiO210-30
Al2O33-20
CaO8-12
MgO0,5-5
В2О33-12
Na2O0,1-0,4
K2O0,1-0,2
ВаО3-11
SiB40,5-5
MoSi232-70

Патент РФ №2190584.

Недостатком известного покрытия являются низкие теплоизоляционные свойства покрытий при высокотемпературных нагревах.

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

Al2O36-18
CaO4-11
MgO1-4
В2O35-15
Na2O0,5-1
К2O0,3-3
BaO5-10
Al2O3·3SiO22-7
SiO240-75

Патент РФ №2151110.

Недостатком известного покрытия являются низкие теплоизоляционные свойства при высокотемпературных нагревах.

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

Al2O35-15
CaO1-6
MgO1-4
2CaO·SiO20,1-0,5
3CaO·Al2O30,1-0,5
В2O314-45
Na2O1-6
К2O1-4
BaO3-12
SiO228-50

Патент РФ №2151111.

Недостатком покрытия-прототипа являются пониженные теплоизоляционные свойства и температуроустойчивость при нагревах до 1200°С.

Технической задачей изобретения является повышение температуроустойчивости и теплоизоляционных свойств защитного технологического покрытия для сталей и сплавов при нагревах до 1200°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов, включающее Al2O3, CaO, MgO, 2CaO·SiO2, 3СаО·Al2О3, SiO2, которое дополнительно содержит 2MgO·Al2O3·5SiO2, СаО·6Al2О3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al2O317-33
CaO0,5-7,8
MgO0,5-5
2CaO·SiO20,5-1
3СаО·Al2O30,5-1
2MgO·Al2O3·5SiO25-10
СаО·6Al2О35-10
SiO2остальное

Авторами экспериментально установлено, что введение 2MgO·Al2O3·5SiO2 и СаО·6Al2О3 в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов повысило теплоизоляционные свойства покрытия и его температуроустойчивость при нагревах до 1200°С.

Рентгеноструктурный анализ предлагаемого покрытия показал, что в процессе технологических нагревов в покрытии образуются керамические кристаллические фазы 2Al2O3·MgO, CaO·2MgO и 3Al2O3·2SiO2, обеспечивающие повышение теплоизоляционных свойств и температуроустойчивости покрытия до 1200°С.

Примеры осуществления

Пример 1. Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих мас.% (таблица 1) Al2O3 - 17, СаО - 0,5, MgO - 5, 2CaO·SiO2 - 1, 3СаО·Al2О3 - 1, 2MgO·Al2O3·5SiO2 - 5, СаО·6Al2О3 - 5, SiO2- 65,5 помещали в фарфоровый барабан с алундовыми шарами в соотношении 1:1,5, затем в барабан добавляли 150 мл водопроводной воды. Размол и перемешивание компонентов проводили в течение 24 часов на шаровой мельнице. Готовый шликер покрытия выгружали в полиэтиленовую емкость, проводили старение шликера в течение 3 суток, затем замеряли вязкость шликера вискозиметром В3246 и из краскораспылителя наносили на образцы сталей ВКС130, ВНС2 и сплавов ЭИ826, ВТ22. Вязкость шликера покрытия составляла 19 с, толщина покрытия 0,5 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при 20°С в течение 24 часов и затем проводили нагрев до 1000°С и 1200°С с выдержкой 10 ч. Данные режимы нагревов соответствуют режимам термической обработки и горячей обработки давлением.

Примеры 2, 3, 4 получения защитных покрытий для сталей и сплавов осуществляли аналогично примеру 1.

Составы предлагаемых покрытий и покрытия-прототипа, а также их свойства приведены в таблицах 1, 2.

Температуроустойчивость (окисляемость) образцов с предлагаемым покрытием и покрытием-прототипом определялась термогравиметрическим методом путем непрерывного взвешивания образцов с покрытием при температурах нагрева 1000°С, 1200°С и выдержкой 10 ч.

Теплоизоляционные свойства предлагаемого покрытия и покрытия-прототипа определялись по скорости охлаждения заготовки с покрытием после нагрева ее до температуры 1000°С и 1200°С при выдержке 10 ч после выгрузки заготовки на воздух.

Для точного определения скорости охлаждения поверхности и сердцевины заготовки с покрытием в заготовку были вмонтированы термопары к поверхности и в сердцевину образца.

Разность скоростей охлаждения поверхности и сердцевины заготовки с предлагаемым покрытием наиболее полно характеризует его теплоизоляционные свойства.

Из таблицы 2 видно, что температуроустойчивость образцов сталей ВКС130, ВНС2 и сплавов на никелевой основе ЭИ826 и на титановой основе ВТ22 с предлагаемым защитным покрытием при температурах 1000°С и 1200°С соответственно меньше на стали ВКС130, ВНС2 и на сплаве ЭИ826 в 20 и 30 раз, а на сплаве ВТ22 в 20 и 40 раз по сравнению с покрытием-прототипом.

Таблица 2
Номера составов покрытийОкисляемость сталей и сплавов, г/см2Скорость охлаждения образцов с покрытием °С/мин
поверхностисердцевины
Температура нагрева при выдержке 10 часов, °С
100012001000120010001200
Предлагаемые покрытия на сталь ВКС130
10,10,23,55,535
20,10,23,55,535
30,10,23,55,535
Предлагаемые покрытия на сталь ВНС2
10,250,53,55,535
20,250,53,55,535
30,250,53,55,535
Предлагаемые покрытия на сплав ЭИ826
10,080,152,53,523
20,080,152,53,523
30,080,152,53,523
Предлагаемые покрытия на сплав ВТ22
10,20,481068
20,20,481068
30,20,481068
Покрытие-прототип
на сталь ВКС 130
2626801230
Покрытие-прототип
на сталь ВНС2
51518481216
Покрытие-прототип
на сплав ЭИ826
1,64,518321818,6
Покрытие-прототип
на сплав ВТ22
41630652030

Скорость охлаждения сталей ВКС130, ВНС2 и сплавов ЭИ826, ВТ22 с поверхности образцов с предлагаемым защитным покрытием при температурах нагрева 1000°С и 1200°С соответственно меньше на стали ВКС130 в 7,4 и в 14,5 раз, ВНС2 в 5,14 и в 8,7, на сплаве ЭИ826 в 7,2 и в 9,14, ВТ22 меньше в 3,8 и в 6,5 раз по сравнению с покрытием-прототипом.

Скорость охлаждения сердцевины образцов сталей ВКС130, ВНС2 и сплавов ЭИ826, ВТ22 с предполагаемым защитным покрытием при температурах нагрева 1000°С и 1200°С соответственно на стали ВКС130 меньше в 4 и 6 раз, на стали ВНС2 в 4 и 6 раз, на сплаве ЭИ826 меньше в 9 и 6,2 раз, на сплаве ВТ22 в 3,3 и 3,75 раз по сравнению с покрытием прототипом.

Таким образом предлагаемое защитное покрытие обеспечивает защиту сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах до 1200°С и обладает высокими теплоизоляционными свойствами, обеспечивая снижение скорости охлаждения заготовок и равномерный их нагрев по всему объему заготовки в процессе термообработки и штамповки.

Так разность скоростей охлаждения поверхности для образцов стали ВКС130 с предлагаемым покрытием при температуре нагрева 1000°С по сравнению с покрытием-прототипом составляет 22,5°С/мин, при 1200°С - 74,5°С/мин, для образцов стали ВНС2 при 1000°С составляет 14,5°С/мин, при 1200°С - 42,5°С/мин, для образцов сплава ЭИ826 при 1000°С составляет 15,5°С/мин, при 1200°С - 28,5°С/мин, для образцов сплава ВТ22 при 1000°С составляет 22°С/мин, при 1200°С - 55°С/мин.

Разность скоростей охлаждения сердцевины для образцов стали ВКС130 с предполагаемым покрытием при температуре нагрева 1000°С по сравнению с покрытием прототипом составляет 9°С/мин, при 1200°С - 25°С/мин, для образцов стали ВНС2 при 1000°С составляет 9°С/мин, при 1200°С - 9°С/мин, для образцов сплава ЭИ826 при 1000°С - 16°С/мин, при 1200°С - 15,6°С/мин, для образцов сплава ВТ22 при 1000°С - 14°С/мин, при 1200°С - 22°С/мин.

Полученные данные свидетельствуют, что предлагаемое покрытие по сравнению с покрытием-прототипом обеспечивает равномерное температурное поле в заготовках при температурах нагрева 1000°С, 1200°С, и является защитным покрытием с высокими теплоизоляционными свойствами.

Применение предлагаемого покрытия позволит получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, снизить трудоемкость, энергоемкость производства металлических деталей и полуфабрикатов и повысить ресурс их эксплуатации в 1,5-2 раза.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты