жаростойкое покрытие
| Классы МПК: | C03C8/22 содержащие две или более различные фритты, имеющие разные составы |
| Автор(ы): | Солнцев Станислав Сергеевич (RU), Исаева Наталия Всеволодовна (RU), Швагирева Валентина Васильевна (RU), Соловьева Галина Анатольевна (RU) |
| Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2004-09-01 публикация патента:
10.04.2006 |
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (камера сгорания, жаровые трубы, газоводы и др.) из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1000°С. Технической задачей изобретения является создание покрытия с повышенной температуроустойчивостью, прочностью сцепления, термостойкостью при температуре эксплуатации 1000°С, формирующегося при комнатной температуре. Жаростойкое покрытие содержит в мас.%: SiO2 56,25-58,05, Al 2О3 34,3-35,1, CaO 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, К 2O 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, 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, SiB4 18,0-21,0, полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, при этом оно дополнительно содержит SiB4, ксилол при следующем соотношении компонентов, в мас.%: SiO2 20,0-33,0 В2O3 4,0-5,0, Al2O3 7,0-8,0, BaO 7,0-8,0, CaO 4,0-5,5, MgO 0,5-1,5, TiO2 1,0-2,2, Cr2O3 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. Применение покрытия, формируемого при комнатной температуре, обеспечивает снижение энергоемкости и трудоемкости операции ремонта в производственных условиях и повышение надежности работы деталей с покрытием в 1,5-2 раза. Покрытие обеспечивает экологическую чистоту производства. 3 табл.
Формула изобретения
Жаростойкое покрытие, содержащее SiO2, В2 О3, Al2О3, BaO, CaO, MgO, TiO 2, Cr2O3, минеральное комплексное соединение на основе SiO2, химического состава, мас.%:
| SiO2 | 56,25-58,05 |
| Al2 О3 | 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 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2O3 | 0,8-1,0 |
| или | |
| SiO2 | 35,25-40,05 |
| Al2 О3 | 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 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2O3 | 0,8-1,0 |
| SiB4 | 18,0-21,0 |
полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит SiB4, ксилол при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| SiO2 | 20,0-33,0 |
| В2 O3 | 4,0-5,0 |
| Al2O 3 | 7,0-8,0 |
| BaO | 7,0-8,0 |
| CaO | 4,0-5.5 |
| MgO | 0,5-1,5 |
| TiO 2 | 1,0-2,2 |
| Cr2O3 | 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 |
| SiB 4 | 1,5-2,5 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (камера сгорания, жаровые трубы, газоводы и др.) из жаропрочных сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1000°С.
Известно, что нарушение сплошности покрытия, которое может иметь место как в процессе изготовления, так и при эксплуатации изделий, ослабляет защитное действие покрытий. Для устранения отдельных сколов и других дефектов покрытия 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, формируемых при комнатной температуре.
Известно покрытие, имеющее следующий химический состав, в мас.%: фритта А: SiO2 35-50, В2O 3-10, Al2 О3 0-5 и/или Sb2O3, RO 0-5, R1 2O 15-30, TiO2 20-30, ZnO 0,1-10, Fe2O3 0-10, Cr2О 3, NiO, MnO, CoO и/или CuO, фритта В: SiO2 40-60, В2О 3-10, Al2О3 10-25, RO 10-30, R1 2O 0,1-10, Fe2O3 0-10, Cr2O3, NiO, MnO, CoO и/или CuO, где RO включает MgO, CaO, SrO и/или BaO, a R2O Na 2O, K2O 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 Fe2Oз, Cr2O3 , NiO, MnO, CoO, CuO, TiO2 и их смесей (WO 98/28236).
Известно покрытие следующего химического состава, в мас.%: SiO2 38-52,6, В2O3 6,0-7,5, Al2О3 18,0-20,0, BaO 7,0-9,0, CaO 3,5-7,5, MgO 0,9-2,0, TiO2 2,5-4,0, Cr2O3 4,0-5,5, минеральное комплексное соединение на основе SiO 2 5,5-6,5, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiO2 содержит 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 SiO2 35,25-40,05, Al2О 3 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 (Патент РФ №2163897).
Известные покрытия имеют низкие показатели температуроустойчивости, прочности сцепления, термостойкости при температуре эксплуатации 1000°С.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаростойкое покрытие состава, в мас.%:
| SiO2 | 20,0-31,0 |
| В2 О3 | 4,0-5,0 |
| Al2О 3 | 10,0-12,0 |
| BaO | 4,0-6,0 |
| CaO | 2,0-4,0 |
| MgO | 0,5-1,5 |
| TiO 2 | 1,5-2,5 |
| Cr2О3 | 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 |
| Al2 О3 | 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 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2О3 | 0,8-1,0 |
или
| SiO2 | 35,25-40,05 |
| Al2 О3 | 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 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2O3 | 0,8-1,0 |
| SiB4 | 18,0-21,0 |
| (Патент РФ №2191165) |
Недостатками покрытия-прототипа являются недостаточно высокие температуроустойчивость, прочность сцепления, термостойкость при температуре эксплуатации 1000°С.
Технической задачей изобретения является создание жаростойкого покрытия с повышенной температуроустойчивостью, прочностью сцепления, термостойкостью при температуре эксплуатации 1000°С, формирующегося при комнатной температуре.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено жаростойкое покрытие, содержащее SiO2, В2О3, Al2О 3, BaO, CaO, MgO, TiO2, Cr2О 3, минеральное комплексное соединение на основе SiO 2, химического состава, в мас.%:
| SiO2 | 56,25-58,05 |
| Al2 O3 | 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 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2О3 | 0,8-1,0 |
или
| SiO2 | 35,25-40,05 |
| Al2 О3 | 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 |
| SO 3 | 0,15-0,25 |
| Fe2O3 | 0,8-1,0 |
| SiB4 | 18,0-21,0, |
полиметилфенилсилоксан, кремнийорганическую смолу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит SiB4, ксилол при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
| SiO2 | 20,0-33,0 |
| В2 O3 | 4,0-5,0 |
| Al2О 3 | 7,0-8,0 |
| BaO | 7,0-8,0 |
| CaO | 4,0-5,5 |
| MgO | 0,5-1,5 |
| TiO 2 | 1,0-2,2 |
| Cr2O3 | 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 |
| SiB 4 | 1,5-2,5 |
Авторами установлено, что введение SiB4, ксилола при заявленном соотношении компонентов жаростойкого покрытия позволяет устранять дефекты эмалевого покрытия и в то же время упрочняет структуру покрытия за счет образования боросиликатного стекла, армированного частицами борида кремния, что повышает его температуроустойчивость, прочность сцепления, термостойкость при температуре эксплуатации 1000°С.
Примеры осуществления.
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 30 часов.
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 предлагаемых покрытий приведены в таблице 3.
Прочность сцепления (балл) определяли по методу решетчатого надреза путем анализа количества дефектов, в соответствии со специальной шкалой. Чем меньше дефектов, тем выше прочность сцепления.
Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом, имеющим низкие технические характеристики при температуре эксплуатации 1000°С, у предлагаемого состава температуроустойчивость повысилась более чем в 2 раза, прочность сцепления в 2 раза, термостойкость в 1,5 раза.
Применение предлагаемого покрытия, формируемого при комнатной температуре, обеспечивает снижение энергоемкости и трудоемкости операции ремонта в производственных условиях и повышение надежности работы деталей с покрытием в 1,5-2 раза.
Предлагаемое покрытие обеспечивает экологическую чистоту производства.
| Таблица №1 Составы предлагаемых покрытий | ||||||||||||||||
| №п/п | SiO2 | В 2О3 | Al 2О3 | BaO | CaO | MgO | TiO2 | Cr 2О3 | Минеральное комплексное соединение на основе SiO2 | Полиметил-фенилсилоксан | Кремнийор ганическая смола | SiB 4 | Ксилол | Тальк | Слюда | Толуол |
| 1 | 20,0 | 5,0 | 8,0 | 8,0 | 5,5 | 1,5 | 2,2 | 17,0 | 6,0 | 0,8 | 12,5 | 2,5 | 11,0 | - | - | - |
| 2 | 33,0 | 4,0 | 7,0 | 7,0 | 4,0 | 0,5 | 1,0 | 15,0 | 5,0 | 0,5 | 11,5 | 1,5 | 10,0 | - | - | - |
| 3 | 25,6 | 4,5 | 7,5 | 7,5 | 5,0 | 1,2 | 2,0 | 16,0 | 5,5 | 0,7 | 12,0 | 2,0 | 10,5 | - | - | - |
| 4 | 31,0 | 4,0 | 10,0 | 4,0 | 2,0 | 0,5 | 2,5 | 15,0 | 6,0 | 0,6 | 12,4 | - | - | 2,0 | 2,0 | 8,0 |
| Таблица №2 Составы минерального комплексного соединения на основе SiO2 | ||||||||||
| №п/п | Компоненты, в масс.% | |||||||||
| SiO 2 | Al2О 3 | CaO | MgO | К2О | Na2O | TiO 2 | SO3 | Fe2O3 | 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 | 34,55 | 1,1 | 1,05 | 2,55 | 0,65 | 1,7 | 0,2 | 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 | 0,2 | 0,9 | 20,0 |
| Таблица №3 Свойства предлагаемых покрытий и покрытия прототипа | |||||
| №п/п | Свойство | Предлагаемые составы | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| 1 | Температуроустойчивость при 1000°С, ч | 110 | 110 | 120 | 50 |
| 2 | Прочность сцепления, балл | 1 | 1 | 1 | 2 |
| 3 | Термостойкость при 1000°С, цк | 200 | 200 | 210 | 130 |
| 4 | Жаростойкость, г/м 2хч при 1000°С | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
Класс C03C8/22 содержащие две или более различные фритты, имеющие разные составы