ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

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.%:

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.%:

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.%:

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, Na₂O, 3СаО·Al₂O₃, которое дополнительно содержит ВаО-Al₂O₃-SiO₂ при следующем соотношении компонентов, масс.%:

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) SiO₂ - 23, MgO - 20, Na₂O - 6,5, 3CaO·Al₂O₃ - 8,0, ВаО-Al₂O₃-SiO₂ - 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.

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.