Защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов

 

Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы для защиты сталей и сплавов от газовой коррозии и получения высококачественных деталей со стабильными механическими свойствами в технологических процессах машиностроения и народного хозяйства. Защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов имеет следующий состав, вес. %: SiO₂ 40-75, Аl₂О₃ 6-18, СаO 4-11, MgO 1-4, B₂O₃ 5-15, Na₂O 0,5-1, К₂O 0,3-3, BaO 5-10, Аl₂О₃ 3SiO₂ 2-7. Технической задачей изобретения является повышение поверхностного натяжения, обеспечение высокой жаростойкости сталей и сплавов при высокотемпературных нагревах при больших выдержках. 2 табл.

Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от окисления при технологических нагревах в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов в машиностроении и народном хозяйстве.

Известны защитные технологические покрытия составов, вес.%: SiO₂ 60, Al₂O₃ 3, B₂O₃ 3, CaO 15, Na₂O + K₂O 15, Прочие окислы 4; SiO₂ 33,5, B₂O₃ 39,5, MgO 4,5, CaO 6, Na₂O + K₂O 16,5; SiO₂ 35, Al₂O₃ 30, B₂O₃ 17, CaO 5, Na₂O + K₂O 13 /1/.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов, мас.%: SiO₂ - 60 - 70 Al₂O₃ - 1 - 3 B₂O₃ - 15 - 20, MgO - 0 - 5 CaO - 0 - 5
Na₂O + K₂O - 5 - 15 /2/.

Недостатком известных покрытий является недостаточное поверхностное натяжение при высоких температурах нагрева.

Перед авторами была поставлена техническая задача повышения поверхностного натяжения защитных технологических покрытий при длительных нагревах до 1250^oC.

Достижение технической задачи обеспечивается тем, что защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, Na₂O, K₂O, дополнительно содержит BaO, Al₂O₃ 3SiO₂ при следующем соотношении компонентов, вес.%:
SiO₂ - 40 - 75
Al₂O₃ - 6 - 18
CaO - 4 - 11
MgO - 1 - 4
B₂O₃ - 5 - 15
Na₂O - 0,5 - 1
K₂O - 0,3 - 3
BaO - 5 - 10
Al₂O₃ 3SiO₂ - 2 - 7
Введение новых компонентов в состав покрытия должно было привести к повышению жаростойкости и тугоплавкости. Однако авторами экспериментально установлено, что дополнительное введение BaO и Al₂O₃ 3SiO₂ и регламентированное соотношение компонентов привело к повышенному стабильному поверхностному натяжению в широком интервале температур от 1150 до 1250^oC.

Технология варки фритты и приготовления шликера не отличается от принятой технологии эмалировочного производства /3/.

Покрытие толщиной 0,05-0,1 мм наносили на образцы стали ВНС2 и сплава ВНЛЗ краскораспылителем или окунанием и сушили на воздухе; после чего образцы с покрытием подвергали нагреву при температурах 1150, 1200, 1250^oC.

Конкретные составы предлагаемых защитных покрытий приведены в табл. 1, их свойства - в табл. 2.

Результаты сравнительных испытаний, приведенные в табл. 2, свидетельствуют, что окисляемость стали ВНС2 при температурах нагрева 1150, 1200, 1250^oC при выдержке 7 часов с предлагаемыми покрытиями (примеры 1-4) составляет 3,5; 4,75; 10 мг/кв. см (средн. ) соответственно; на сплаве ВНЛЗ - 8,25; 10,25; 12,5 мг/кв. см (средн. ) соответственно. Окисляемость стали ВНС2 с покрытием прототипа (пример N 5) составляет 38, 42, 67 мг/см и на сплаве ВНЛЗ (пример 5) - 54, 56, 60 мг/кв.см соответственно температурам нагрева 1150, 1200, 1250^oC.

Следовательно, предлагаемое защитное технологическое покрытие снижает окисляемость стали ВНС2 по сравнению с прототипом при температуре 1150^oC, в 10,8 раза, 1200^oC - в 8,8 раз, при 1250^oC - в 6,7 раза.

Предлагаемые покрытия (примеры N 1-4) снижают окисляемость сплава ВНЛЗ по сравнению с покрытием прототипа (пример N 5) при температуре 1150^oC - в 6,5 раза, при температуре 1200^oC - в 5,5 раза, при температуре 1250^oC - в 4,8 раза.

Дефектный слой с предлагаемыми покрытиями на стали ВНС2 и сплаве ВНЛЗ во всем интервале температур нагрева 1150, 1200, 1250 не обнаружен. С покрытием прототипа (пример N 5) глубина дефектного слоя при температурах 1150, 1200, 1250^oC возрастает и составляет на стали ВНС2 - 0,15; 0,18; 0,2 мм и на сплаве ВНЛЗ - 0,2; 0,22; 0,25 мм. Следовательно, предлагаемое покрытие обеспечивает защиту сталей и сплавов при нагревах от обезлегирования.

Поверхностное натяжение предлагаемых защитных технологических покрытий (примеры NN 1-4) на стали ВНС2 при температурах нагрева 1150, 1200, 1250^oC составляет 433, 433, 415 дин/см соответственно, на сплаве ВНЛЗ 443, 443, 428 дин/см соответственно.

Поверхностное натяжение покрытия прототипа на стали ВНС2 при температурах 1150, 1200, 1250^oC составляет соответственно 210, 200, 180 дин/см; на сплаве ВНЛЗ составляет 215, 205, 190 дин/см соответственно температурам нагрева.

Поверхностное натяжение предлагаемого защитного технологического покрытия на стали ВНС2 при температурах нагрева 1150, 1200, 1250^oC выше в 2, 2,1 и 2,3 раза; на сплаве ВНЛЗ выше в 2, 2,2 и 2,3 раза. Повышенное поверхностное натяжение предлагаемого покрытия обеспечивает качественную защиту сталей и сплавов от газовой коррозии и обезлегирования при высокотемпературных нагревах и длительных выдержках.

Применение предлагаемого защитного технологического покрытия позволит получить качественную поверхность деталей в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, обеспечить стабильные механические свойства, создать ресурсосберегающую технологию производства деталей и полуфабрикатов.

Литература:
1. С.С.Солнцев, А.Т.Туманов "Защитные покрытия металлов при нагреве". М, Машиностроение, 1976, стр. 26-35, таблица N 4.

2. С.С.Солнцев "Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали". М, Машиностроение, 1984, стр. 27, таблица N 11.

3. С.С.Солнцев "Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали", М. Машиностроение, 1984, стр. 30-32, 34-36.

Формула изобретения

Защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, Na₂O, K₂O, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ВаО, Al₂O₃ 3SiO₂ при следующем соотношении компонентов, вес.%:
SiO₂ - 40 - 75
Al₂O₃ - 6 - 18
CaO - 4 - 11
MgO - 1 - 4
B₂O₃ - 5 - 15
Na₂O - 0,5 - 1
K₂O - 0,3 - 3
ВаО - 5 - 10
Al₂O₃ 3SiO₂ - 2 - 7з

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2