высокотемпературное защитное покрытие

Формула изобретения

Высокотемпературное защитное покрытие, выполненное двуслойным, нижний слой имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 42 46

B₂O₃ 2 4

BaO 15 17

CaO 7 8

MgO 1,5 2,5

Al₂O₃ 8,5 10,5

Na₂O 0,5 1,0

F₂ 1-2

Cr₂O₃ 9 10

MoO₃ 1,5 2,25

Co₂O₃ 1,5 2,0

MnO₂ 1,5 2,0

а верхний покровный слой имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 31,5 35,5

B₂O₃ 4 6

BaO 30,5 31,5

CaO 2 3

Al₂O₃ 1,5 2,5

TiO₂ 1 2

Cr₂O₃ 22,0 23,5

MoO₃ 0,75 1,0

Co₂O₃ 0,5 0,75

MnO₂ 0,5 0,75

отличающееся тем, что оно дополнительно содержит подслой нихрома пористостью не более 5% толщиной 50 100 мкм и шероховатостью R_z 40 - R_z 100.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к высокотемпературным защитным покрытиям и может быть использовано для защиты технологической оснастки из нержавеющей стали от газовой коррозии.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования высокотемпературного защитного покрытия, в котором при многократных циклических нагревах в агрессивной газовой среде обеспечивается снижение разницы коэффициентов термического расширения между подложкой и покрытием, предотвращается окисление подложки в начальный момент формирования покрытия и повышается прочность сцепления покрытия с подложкой, за счет чего повышается термостойкость высокотемпературного защитного покрытия.

Согласно изобретению поставленная задача достигается тем, что высокотемпературное защитное покрытие, выполнено двуслойным, нижний слой которого имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 42,0 46,0

B₂O₃ 2,0 4,0

BaO 15,0 17,0

CaO 7,0 8,0

MgO 1,5 2,4

Al₂O₃ 8,5 10,5

Na₂O 0,5 1,0

F₂ 1,0 2,0

Cr₂O₃ 9,0 10,0

MoO₃ 1,5 2,25

Co₂O₃ 1,5 2,0

MnO₂ 1,5 2,0

а верхний покровный слой имеет следующий состав, мас.

SiO₂ 31,5 35,5

B₂O₃ 4,0 6,0

BaO 30,5 31,5

CaO 2,0 3,0

Al₂O₃ 1,5 2,5

TiO₂ 1,0 2,0

Cr₂O₃ 22,0 23,5

MoO₃ 0,75 1,0

Co₂O₃ 0,5 0,75

MnO₂ 0,5 0,75

дополнительно содержит подслой нихрома пористостью не более 5% толщиной 50 100 мкм и шероховатостью R_z40 R_z100.

Нихром Х20Н80 имеет коэффициент термического расширения 17,610^-6 1/^oС, что является промежуточным значением между КТР подложки и покрытия, что способствует выравниванию коэффициентов термического расширения и предотвращает скалывание покрытия.

Подслой нихрома имеет пористость не более 5% что предотвращает окисление подложки в начальный момент формирования покрытия.

Подслой нихрома имеет толщину 50 100 мкм. При толщине подслоя менее 50 мкм имеет место несплошность покрытия. Подслой нихрома толщиной 100 мкм обладает высокими эксплуатационными свойствами, а наносить более толстое покрытие экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости нихрома. Таким образом, оптимальная толщина нихрома составляет 50 100 мкм.

Подслой нихрома имеет шероховатость R_z40 R_z100. При шероховатости подслоя нихрома менее R_z40 микронеровности покрытия имеют низкую высоту, в результате чего защитное покрытие имеет низкую прочность сцепления с подслоем. При шероховатости подслоя нихрома более R_z100 микроневровности покрытия имеют такую высоту и угол у вершины, при которых они становятся концентраторами напряжений в защитном покрытии, в результате чего прочность его сцепления с подслоем снижается. Таким образом, оптимальный диапазон шероховатости нихромового подслоя составляет R_z40 - R_z100.

Кроме того, нихром обладает высокой температурой плавления (1550^oC), что в случае механического повреждения верхних слоев покрытия предотвращает преждевременный выход из строя подложки.

Пример.

На контейнеры для высокотемпературной пайки, изготовленные из нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 2 мм наносили методом плазменного напыления подслой нихрома Х20Н80 пористостью 5% и толщиной 100 мкм. При напылении променяли проволоку диаметром 1,2 мм по ТУ 14-1-997-74.

Технологические режимы напыления:

Расход плазмообразующего газа (аргона) л/мин 40 45

Ток, A 320 350

Напряжение, В 35 45

Расстояние до напыляемой поверхности, мм 60 80

Минимальная пористость подслоя достигалась применением проволоки малого диаметра, технологическими режимами напыления и конструкцией плазмотрона.

Подслой нихрома опесочивали карбидом кремния марки 54С по ОСТ 2МТ-72-8-78 зернистостью 80-125 мкм по ГОСТ 3647-80, после чего шероховатость подслоя составляла R_z40 R_z100. Оптимальный диапазон шероховатости определяли экспериментально путем замера прочности сцепления покрытия с подложкой, который производили на бобышках из нержавеющей стали методом склеивания двух бобышек с покрытием и испытанием на разрывной машине ЦД-4. При шероховатости подслоя менее R_z40 и более R_z100 наблюдалось снижение прочности сцепления покрытия с подслоем. Контроль шероховатости осуществляли по ГОСТ 2789-73.

Затем на подслой нихрома наносили двухслойное защитной покрытие: нижний слой имел следующий состав, мас.

SiO₂ 42,0 46,0

B₂O₃ 2,0 4,0

BaO 15,0 17,0

CaO 7,0 8,0

MgO 1,5 2,5

Al₂O₃ 8,5 10,5

Na₂O 0,5 1,0

F₂ 1,0 2,0

Cr₂O₃ 9,0 10,0

MoO₃ 1,5 2,25

Co₂O₃ 1,5 2,0

MnO₂ 1,5 2,0

а верхний покровный слой имел следующий состав мас.

SiO₂ 31,5 35,5

B₂O₃ 4,0 6,0

BaO 30,5 31,5

CaO 2,0 3,0

Al₂O₃ 1,5 2,5

TiO₂ 1,0 2,0

Cr₂O₃ 22,0 23,5

MoO₃ 0,75 1,0

Co₂O₃ 0,5 0,75

MnO₂ 0,5 0,75

Покрытие наносили из шликера методом распыления согласно ОСТ 1-90221-77 "Покрытия защитно-технологические высокотемпературные".

В контейнерах из нержавеющей стали с защитным покрытием, выполненным по предлагаемому изобретению, многократно производили пайку при температуре 1250^oC, при этом контейнеры выдержали 57 циклов.

Внедрение изобретения позволит повысить термостойкость высокотемпературного защитного покрытия в агрессивной газовой среде.