защитное покрытие для сталей и сплавов

Формула изобретения

Защитное покрытие для сталей и сплавов, включающее SiO ₂, Al₂O₃, CaO, MgO, CaO·6Al ₂O₃, 3CaO·Al₂O₃, MgO·Al₂O₃ отличающееся тем, что дополнительно содержит BaO·Al₂O₃·2SiO₂ , при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al2O3	19-35
CaO	1-8
MgO	1-7,5
3CaO·Al2O3	0,8-1,2
CaO·6Al2O3	3-11
BaO·Al2O3 2SiO2	3-6
MgO·Al2O3	0,3-1
SiO2	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы при термической обработке сталей и сплавов как защитные покрытия от окисления при технологических нагревах в процессе получения деталей и заготовок.

Известно защитное покрытие (см. патент РФ № 2190584, МПК C04B 41/86, C03C 8/02 от 28.11.2000 г.) для композиционного материала следующего химического состава, мас.%:

SiO2	10-30
Al2O3	3-20
CaO	8-12
MgO	0,5-5
B2O3	3-12
Na 2O	0,1-0,4
K2O	0,1-0,2
BaO	3-11
SiB4	0,5-5
MoSi2	32-70

Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.

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

SiO2	40-75
Al2O3	6-18
CaO	4-11
MgO	1-4
B2O3	5-15
Na2 O	0,5-1
K 2O	0,3-3
BaO	5-10
Al2O3·3SiO2	2-7

Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.

Известно защитное покрытие (см. патент РФ № 2151111, МПК C03C 8/02 от 18.01.1999 г.) следующего химического состава, мас.%:

SiO2	28-50
Al2O3	5-15
CaO	1-6
MgO	1-4
B2O3	14-45
Na2O	1-6
K2O	1-4
BaO	3-12
2CaO·SiO2	0,1-0,5
3CaO·Al2 O3	0,1-0,5

Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное покрытие для сталей и сплавов (см. патент РФ № 2345963, МПК C03C 8/02 от 06.06.2007) следующего химического состава, мас.%:

Al2O3	17-33
CaO	0,5-7,8
MgO	0,5-5
2CaO·SiO2	0,5-1
3CaO·Al 2O3	0,5-1
2MgO·Al2O3·5SiO 2	5-10
CaO·6Al2O3	5-10
SiO2	остальное

Недостатками прототипа являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы покрытия при высокотемпературных нагревах, вследствие чего при нагреве окончательно готовых деталей и заготовок имеет место окисление их, снижение качества поверхности металла из-за недостаточности времени работоспособности покрытия.

Технической задачей изобретения является создание защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой и увеличением времени работоспособности его при нагревах до 1250°C.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложенное защитное покрытие, включающее SiO₂ , Al₂O₃, CaO, MgO, 3CaO·Al₂ O₃, CaO·6Al₂O₃, которое дополнительно содержит BaO·Al₂O₃·2SiO ₂, при следующем соотношении компонентов, мас.%

Al2O3	19-35
CaO	1-8
MgO	1-7,5
3CaO·Al2O3	0,8-1,2
CaO·6Al2O3	3-11
BaO·Al2O3 ·2SiO2	3-7
MgO·Al2O3	0,3-1
SiO2	остальное

Авторами экспериментально установлено, что введение BaO·Al₂O₃ ·2SiO₂ в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов повысило рабочую температуру и продолжительность работы покрытия при высокотемпературных нагревах до 1250°C.

Исследования показали, что в процессе технологических нагревов в покрытии формируется температуроустойчивая кристаллическая фаза BaO·Al₂ O₃·2SiO₂, обеспечивающая повышение рабочей температуры и продолжительности работы покрытия при высокотемпературных нагревах до 1250°C.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1

Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих мас.% (таблица 1) Al₂O₃ - 19, CaO - 8, MgO - 1, CaO·6Al₂O₃ - 11, MgO·Al₂O₃ - 0,3, BaO·Al ₂O₃·2SiO₂ - 3, SiO₂ - 56,5 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 и ВНС2. Вязкость шликера покрытия составляла 20 с, толщина покрытия 0,4 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при 20°C в течение 12 часов и затем проводили нагрев по режимам 1200°C и 1250°C с выдержкой 10 ч. Данные режимы нагревов соответствуют режимам термической обработки и горячей обработки давлением сталей.

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

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

Рабочая температура покрытия определялась термогравиметрическим методом путем непрерывного взвешивания образцов с покрытием при температурах нагрева 1200°C и 1250°C и выдержкой до 25 ч.

Из таблицы 2 видно, что температуроустойчивость образцов сталей ВКС130, ВНС2 с предлагаемым защитным покрытием при температурах 1200°C и 1250°C меньше на стали ВКС130 в 37,5 и 51 раз, на стали ВНС2 в 25 и 42,7 раз соответственно исследуемым температурам 1200°C, 1250°C при выдержке 10 ч по сравнению с покрытием прототипом.

Полученные данные свидетельствуют, что предлагаемое защитное покрытие по сравнению с покрытием-прототипом имеет стабильные свойства, вследствие чего обеспечивается более высокая рабочая температура и длительность работы при температурах нагрева 1200°C и 1250°C.

Предлагаемое защитное покрытие позволит получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, обеспечить стабильные механические свойства, получить экономию дорогостоящих сталей и сплавов, снизить трудоемкость, энергоемкость производства металлических деталей и полуфабрикатов и повысить ресурс их эксплуатации в 1,5-2 раза при высоких температурах.

Таблица 1
Номера составов покрытий	Компоненты, мас.%
	Al2 O3	CaO	MgO	2CaO·SiO2	3CaO·Al2O3	2MgO·Al2O3·5SiO2	CaO·6Al2O3	BaO·Al2O3 ·2SiO 2	MgO·Al2O3	SiO2
Предлагаемые
1	19	8	1	-	1,2	-	11	3	0,3	ост.
2	10	1	7,5	-	0,8	-	7	5	1	ост.
3	35	5	4,5	-	1	-	3	4	0,7	ост.
Прототип 3	25	5	3,0	0,75	0,75	7,5	7,5	-	-	ост.

Таблица 2
Номера составов покрытий	Окисляемость сталей ВКС130, ВНС2, г/см2		Продолжительность работы (образование прогаров)
	Температура нагрева, °C при выдержке 10 час		Температура, °C при выдержке до 25 час
	1200	1250	1200	1250
Предлагаемые покрытия на сталь ВКС130
1		0,6	Нет	нет
2	0,3	0,65
3	0,3	0,55
Предлагаемые покрытия на сталь ВНС2
1	0,2	0,4	нет	Нет
2	0,2	0,45
3	0,2	0,4
Прототип ВКС-130	11,25	30,6	Нет	есть
ВНС-2	5	17,08	нет	Есть
Покрытие-прототип на сталь ВКС130 3	11,25	30,6	нет	Есть
Покрытие-прототип на сталь ВНС2 3	5	17,08	Нет	Есть