защитное покрытие для сталей и сплавов

Формула изобретения

Защитное покрытие для сталей и сплавов, включающее SiO ₂, MgO, Na₂O, 3СаО·Al₂O ₃, Al₂O₃, отличающееся тем, что дополнительно содержит BaO-Al₂O₃-SiO₂ при следующем соотношении компонентов, масс.%:

BaOAl2O3SiO2	1,5	-	4,0
SiO2	23	-	55
MgO	6,5	-	20
Na 2O	0,5	-	6,5
3СаО·Al 2O3	1,5	-	8,0
Al 2O3	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к покрытиям для защиты от окисления при технологических нагревах в процессе получения высококачественных деталей и полуфабрикатов из сталей и сплавов при термической и термомеханической обработке заготовок.

Известно защитное покрытие для сталей и сплавов (см Патент РФ № 2151110, МПК C03C 8/02, от 18.01.1999) следующего химического состава, масс.%:

SiO2	40	-	75
Al2O3	6	-	18
СаО	4	-	11
MgO	1	-	4
B2O3	5	-	15
Na 2O	0,5	-	1
K2 O	0,3	-	3
BaO	5	-	10
Al2O3·3SiO2	2	-	7

Недостатком известного покрытия является высокое сцепление с металлической подложкой и низкая вязкость покрытия.

Известно защитное покрытие для композиционных материалов (см. Патент РФ № 2190584, МПК С04В 41/86 от 28.11.2000 г) следующего химического состава, масс.%:

SiO2	10	-	30
Al2O3	3	-	20
СаО	8	-	12
MgO	0,5	-	5
B2O3	3	-	12
Na 2O	0,1	-	0,4
K2 O	0,11	-	0,2
BaO	3	-	11
SiB4	0,5		5
MoSi 2	32	-	70

Недостатком известного покрытия является высокое сцепление с защищаемым металлом.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное покрытие преимущественно для титановых сплавов (см. Патент РФ № 2312827, МПК C03C 8/02 от 26.06.2006 г.) следующего химического состава, масс.%:

SiO2	23	-	55
MgO	6,5	-	20
Na2O	0,5	-	6,5
3СаО·Al2O3	1,5	-	8,0
MgO·ZrO2	0,5	-	2,5
Al2O3 ·MgO	1	-	1,5
Al2O3	Остальное

Недостатком прототипа является высокое сцепление защитного технологического покрытия к поверхности стальных и титановых деталей и заготовок после проведения термической обработки и низкая вязкость покрытий при рабочих температурах до 1100°C. При изготовлении окончательно готовых деталей оставшееся защитное технологическое покрытие вследствие высокого сцепления с поверхностью заготовок, после проведении термической обработки и охлаждения необходимо обязательно удалить механической или химической обработкой.

Технической задачей изобретения является создание защитного технологического покрытия, обладающего пониженным сцеплением к сталям и сплавам и повышенной вязкостью покрытия при сохранении температуроустойчивости до 1150°C.

Решение задачи достигается тем, что предложено защитное покрытие, включающее SiO₂, Al₂O₃, MgO, Na₂ O, 3СаО·Al₂O₃, которое дополнительно содержит ВаО-Al₂O₃-SiO₂ при следующем соотношении компонентов, масс.%:

BaOAl2O3SiO2	1,5	-	4,0
SiO2	23	-	55
MgO	6,5	-	20
Na 2O	0,5	-	6,5
3СаО·Al 2O3	1,5	-	8,0
Al 2O3	остальное

Экспериментально установлено, что введение ВаО-Al₂O₃·SiO₂ в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов снизило сцепление покрытия с поверхностью деталей и заготовок из сталей и сплавов, например ВКС10, 30ХГСНА, и повысило температуроустойчивость до 1150°C.

Рентгеноструктурный анализ предлагаемого защитного покрытия показал, что в процессе технологических нагревов на поверхности образуются температуроустойчивые керамические кристаллические фазы, обеспечивающие снижение сцепления покрытия с поверхностью деталей и заготовок и повышение температуроустойчивости покрытия до 1150°C.

Изобретение поясняется следующими примерами:

Пример 1

Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих масс.% (таблица 1) SiO ₂ - 23, MgO - 20, Na₂O - 6,5, 3CaO·Al ₂O₃ - 8,0, ВаО-Al₂O₃-SiO ₂ - 1,5, Al₂O₃ - 41 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 ВКС10, ВКС-12, 30ХГСНА. Вязкость шликера покрытия составляла 18 с, толщина покрытия 0,4 мм. Образцы с покрытием подвергали сушки при 20°C в течение 24 часов и затем проводили термическую обработку.

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

Составы предлагаемых защитных покрытий и их свойства приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1
	Компоненты, масс.%
Номера составов покрытий	SiO2	MgO	Na2O	3CaO·Al2 O3	BAO-Al2O 3-SiO2		2CaO·SiO2	K2O	BaO	B2O3	CaO	Al2O3
Предлагаемые
1	23	20	6,5	8	1,5		-	-	-	-	-	ост.
2	55	6,5	0,5	1,5	4,0		-	-	-	-	-	ост.
3	30	10	5	5	3,0		-	-	-	-	-	ост.
Прототип 4	28	1	1	0,5	-	-	0,5	1	12	45	6	5

Сцепление предлагаемого защитного покрытия с поверхностью образцов сталей ВКС-10, ВКС12, 30ХСНА определялось по площади скола в % и по внешнему виду образцов после проведение технологических нагревов.

Вязкость покрытий определялась методом вдавливания иглы в покрытие под нагрузкой 5 г при постепенном нагревании образца с покрытием. Подъем температуры в печи осуществлялся 5°C в минуту.

По глубине проникновения иглы в покрытие по диаграмме вязкости рассчитывалась вязкость покрытия.

Из таблицы 2 видно, что окисляемость сталей ВКС12, 30ХГСНА и сплава ВТ6 с предлагаемым покрытием при температурах 850°C и 1150°C меньше в 10 и 25 раз соответственно на стали ВКС10, на стали 30ХГСНА в 20 и 32 раза по сравнению с покрытием прототипом.

Вязкость предлагаемого покрытия для сталей и сплавов при температурах 850°C, 1150°C в 2 раза выше по сравнению с покрытием прототипа. Площадь скола защитного покрытия с поверхности образцов после технологических нагревов и охлаждения составляет 100%.

Таким образом, предлагаемое покрытие обеспечивает защиту конструкционных сталей от окисления при длительных нагревах до 1150°C и обладает низким сцеплением с поверхностью защищаемых сталей и сплавов, не требуется дополнительного процесса удаления покрытия с заготовок.

Применение предлагаемого защитного технологического покрытия позволит получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой 5, обеспечить стабильные механические свойства, снизить трудоемкость и энергоемкость производства металлических деталей и полуфабрикатов.

Таблица 2
Номера составов покрытий	Окисляемость сталей ВКС10, 30ХГСНА и г/см2		Сцепление покрытия после нагрева, охлаждения воздухом, площадь скола %		Внешний вид покрытия после испытания и охлаждения воздухом		Вязкость покрытия, (пуаз)
	Температура нагрева при выдержке 5 часов, °C
	900	1150	900	1150	900	1150	900	1150
Предлагаемые покрытия на сталь ВКС10
1	0,25	0,35	100	100	Покрытие		108	10 6
2	0,25	0,35	100	100	скололось		108	10 6
3	0,255	0,35	100	100	Поверхность без следов окисления		108	106
Предлагаемые покрытия на сталь 30ХГСНА
1	0,15	0,25	100	100	Покрытие		108	10 6
2	0,15	0,25	100	100	скололось		108	10 6
3	0,15	0,25	100	100	Поверхность без следов окисления		108	106
Покрытие-прототип на сталь ВКС10	2	8	0	0	Покрытие не скалывается		103	102
					Под покрытием окалина
Покрытие-прототип на сталь 30ХГСНА	2	6	0	0	Покрытие не скалывается		10 3	102
					Под покрытием окалина