способ получения защитного противоокислительного покрытия углерод-углеродного композиционного материала

Формула изобретения

Способ получения защитного покрытия на композиционные углерод-углеродные материалы, включающий нанесение на них композиции, содержащей смесь порошка боросиликатных стекол и связующего, отличающийся тем, что перед нанесением композиции поверхность предварительно обрабатывают водной суспензией борной кислоты в соотношении 1:1 по объему, сушат, а в качестве композиции используют смесь, состоящую из порошка на основе боросиликатных стекол и связующего, содержащего по объему 40-45% этилсиликата, 40-45% этилового спирта и 10-20% кремнийорганического лака КО85М, которую наносят от трех до шести слоев с последующей их сушкой при 100-200°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно противоокислительной защите поверхности деталей из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ), работающих при температурах выше 1000°С в условиях воздействия среды со значительным окислительным потенциалом.

Наиболее распространенным способом защиты УУКМ от окисления является создание на его поверхности покрытий из карбида кремния. Известен способ противоокислительной защиты поверхности УУКМ, заключающийся в насыщении УУКМ кремнием и последующем переводе его посредством высокотемпературной обработки в карбид кремния [Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник под редакцией В.П.Соседова, М., Металлургия, 1975]. Известен также способ защиты УУКМ путем осаждения карбидокремниевого покрытия из газовой фазы [Патент на изобретение №2130509]. Оба способа требуют значительного оснащения специальным оборудованием, особенно для крупногабаритных деталей.

Известен способ противоокислительной защиты, наиболее близкий к предлагаемому, путем формирования покрытия на основе стекол в процессе нагрева нанесенной на поверхность композиции (шликер), состоящей из смеси порошков боросиликатных стекол и добавок тугоплавких соединений и связующего, например метилцеллюлозы или поливинилового спирта [Патент США №5518816; Алпен А.А. Температуроустойчивые неорганические покрытия. Л., 1976; Солнцев С.С., Туманов А.Т. Защитные покрытия металлов при нагреве. М., 1976]. Процесс стеклования производят или путем специального нагрева в вакууме, или в инертной атмосфере при t>1400°С, или непосредственно при работе защищаемой детали. Вариант стеклования при работе защищаемой детали является более технологичным, так как не требует значительного оснащения, что особенно важно при защите крупногабаритных деталей, однако он не обеспечивает в должной мере надежность покрытия из-за его недостаточной адгезии с защищаемой поверхностью в связи с плохой смачиваемостью УУКМ с пироуглеродной матрицей.

Технической задачей является повышение надежности покрытия путем повышения адгезии покрытия за счет улучшения смачиваемости УУКМ с пироуглеродной матрицей.

Технический результат достигается тем, что в способе получения защитного покрытия на композиционные углерод-углеродные материалы, включающем нанесение на них композиции, содержащей смесь порошка боросиликатных стекол и связующего, перед нанесением композиции поверхность предварительно обрабатывают водной суспензией борной кислоты в соотношении 1:1 по объему, сушат, а в качестве композиции используют смесь, состоящую из порошка на основе боросиликатных стекол и связующего, содержащего по объему 40-45% этилсиликата, 40-45% этилового спирта и 10-20% кремнийорганического лака КО85М, которую наносят от трех до шести слоев с последующей их сушкой при 100-200°С.

Способ заключается в следующем. Поверхность детали из УУКМ предварительно обрабатывается водной суспензией борной кислоты (соотношение 1:1), после чего деталь сушится при t=160°С в течение 10-20 мин, а в качестве связующего для получения шликерной смеси используется состав, состоящий из этилсиликата ТУ 2311-014-12288-779 40-45% по объему, этилового спирта 40-45% и 10-20% лака, кремния органического КO85М ГОСТ 1106674 на основе полибутилакриловой смолы.

На защищаемую поверхность детали из УУКМ наносят от трех до шести слоев смеси, состоящей из порошка на основе боросиликатных стекол и предлагаемого связующего, при этом каждый последующий слой проходит сушку на воздухе при температуре 100-200°С. Порошок и связующее смешиваются до сметанообразного состояния.

Предварительная обработка водной суспензией борной кислоты позволяет улучшить смачиваемость поверхности УУКМ и в комплексе со связующим из этилсиликата, этилового спирта и кремнийоргапического лака повысить адгезию защитного покрытия.

Пример

Образец из УУКМ был подвергнут обработке водной суспензией борной кислоты, высушен в печи при t=160°C в течение 15 минут, затем на образец было нанесено 5 слоев покрытия, состоящего из порошка боросиликатного стекла состава 70% двуокиси кремния SiO₂ , 28% борного ангидрида В₂О₃, 1% окиси алюминия Al₂О₃ [С.С.Солнцев, А.Т.Туманов. Защитные покрытия металлов при нагреве. М., 1976 г.] и связующего состава этилсиликата 40% спирта, 40% лака КO85М 20%, смешанного до сметанообразного состояния в соотношениях 1:4, 1:5, 1:6. После нанесения каждого слоя образцы сушили при температуре 160±10°С в воздушной атмосфере печи.

Оценку стойкости покрытия проводили путем взвешивания образцов до и после выдержки при температуре 1200°С в течение 30 мин, при этом потеря веса образцов составила 0,03 г/см².

Полученное предлагаемым способом покрытие позволяет обеспечить защиту УУКМ в условиях температур 1000-1200°C и временах, соответствующих работе изделий ракетно-космической техники.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить надежность работы защитных покрытий УУКМ с пироуглеродной матрицей, не требуя при этом значительного технического оснащения.