способ получения защитного покрытия на изделии из бериллия и его сплавов
Классы МПК: | C03C8/10 содержащие свинец C23C22/37 содержащих также соединения шестивалентного хрома |
Автор(ы): | Розененкова Валентина Алексеевна (RU), Миронова Надежда Александровна (RU), Каськов Вячеслав Семенович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-05-11 публикация патента:
20.01.2009 |
Изобретение относится к области машиностроения и к технике производства изделий из цветных сплавов, в частности к защитным покрытиям от газовой коррозии в процессах длительной эксплуатации и при технологических нагревах в процессе получения высококачественных деталей и полуфабрикатов из бериллия и его сплавов при термической и термомеханической обработке давлением. Способ включает подготовку поверхности изделия и последующую ее пассивацию путем нанесения на поверхность изделия водного раствора, содержащего бихромат калия 170-250 г/л, фтористоводородную кислоту 7,5-11,5 г/л, фторид натрия 3-12 г/л, бериллий 0,1-0,5 г/л и окись хрома 0,1-0,5 г/л с последующей термической обработкой этой поверхности и нанесением на нее неорганического эмалевого покрытия системы В 2О3-PbO-СаО-MgO-Al 2О3-Cr2О 3-СоО-SiO2. Пассивацию проводят в течение 30-80 мин при температуре 45-70°С, а термическую обработку пассивирующей поверхности проводят при температуре 550-650°С в течение 0,5-1,5 ч. Формирование неорганического эмалевого покрытия системы B2O 3-PbO-CaO-MgO-Al2O 3-Cr2O3-CoO-SiO 2 проводят при температуре 520-600°С в течение 0,1-0,5 ч. Технический результат - создание защитного покрытия, обладающего повышенной температуроустойчивостью до 1200°С и высокой термостойкостью на изделиях из бериллия и его сплавов. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.
Формула изобретения
1. Способ получения защитного покрытия на изделии из бериллия и его сплавов, включающий подготовку поверхности изделия и последующую пассивацию путем нанесения на поверхность изделия водного раствора, содержащего бихромат щелочного металла и фтористо-водородную кислоту, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят фторид натрия, бериллий и окись хрома, при следующем соотношении компонентов, г/л:
Бихромат калия | 170-250 |
Фтористоводородная кислота | 7,5-11,5 |
Фторид натрия | 3-12 |
Бериллий | 0,1-0,5 |
Окись хрома | 0,1-0,5 |
Вода | До 1 л, |
а после пассивации проводят термическую обработку поверхности и нанесение на нее неорганического эмалевого покрытия системы В2Оз -PbO-CaO-MgO-Al2O3 -Cr2O3-CoO-SiO 2.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пассивацию проводят в течение 30-80 мин при температуре 45-70°С.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку пассивирующей поверхности проводят при температуре 550-650°С в течение 0,5-1,5 ч.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование неорганического эмалевого покрытия системы В 2О3-PbO-СаО-MgO-Al 2О3-Cr2О 3-CoO-SiO2 проводят при температуре 520-600°С в течение 0,1-0,5 ч.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области машиностроения и к технике производства изделий из цветных сплавов, в частности к защитным покрытиям от газовой коррозии в процессах длительной эксплуатации и при технологических нагревах в процессе получения высококачественных деталей и полуфабрикатов из бериллия и его сплавов при термической и термомеханической обработке давлением.
Бериллий при воздействии высоких температур подвергается поверхностному окислению с выделением токсичных соединений в атмосферу. Общепринятым, наиболее перспективным способом защиты от окисления является применение органических и неорганических защитных покрытий.
Известен способ пассивирования бериллия, включающий погружение бериллиевой детали в ванну с водным раствором, содержащим хромовую кислоту (CrO 3) и фтористый натрий (NaF). Процесс ведут при рН (1,6-2,0), температуре (15-30)°С в течение (5-15) мин в ванне с ультразвуковым перемешиванием (патент США №4328047).
Недостатком указанного способа является низкая температуроустойчивость и термостойкость покрытия к бериллию и его сплавам при рабочих температурах до 1200°С.
Известны способы защиты поверхностей алюминия и его сплавов от коррозии в растворах, содержащих, например, азотную кислоту, ионы фторидов и хроматы (патент Великобритании №740805) или растворимый шестивалентный хром, фторсодержащий компонент, растворимую соль редкоземельных металлов и марганец (патент Великобритании №1363438).
Недостатком указанного состава является низкая температуроустойчивость и термостойкость покрытия к бериллию и его сплавам при рабочих температурах до 1200°С.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ получения защитного покрытия на изделиях из бериллия, включающий подготовку поверхности и последующую его пассивацию путем нанесения на поверхность изделия водного раствора, содержащего 200 г/л дигидрат бихромата натрия (Na 2Cr2O7·2H 2O) и 0,3-9,6 г/л фтористоводородной кислоты (HF). Процесс ведут от 20 сек до 9 мин (патент США №3485682).
Недостатками прототипа являются низкая температуроустойчивость и термостойкость покрытия к бериллию и его сплавам при рабочих температурах до 1200°С.
Низкая температуроустойчивость и термостойкость покрытия приводят к трещинам покрытия в процессе работы и сопровождаются нежелательным окислением изделия из бериллия и его сплавов при эксплуатации деталей при повышенных температурах.
Технической задачей изобретения является создание защитного покрытия на изделии из бериллия и его сплавов, обладающего повышенной температуроустойчивостью до 1200°С и высокой термостойкостью к изделию из бериллия и его сплавам.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ получения защитного покрытия на изделии из бериллия и его сплавов, включающий подготовку поверхности изделия и последующую пассивацию путем нанесения на поверхность изделия водного раствора, содержащего бихромат щелочного металла и фтористоводородную кислоту, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят фторид натрия, бериллий и окись хрома, при следующем соотношении компонентов (г/л):
Бихромат калия | 170-250 |
Фтористоводородная | |
кислота | 7,5-11,5 |
Фторид натрия | 3-12 |
Бериллий | 0,1-0,5 |
Окись хрома | 0,1-0,5 |
Вода | До 1 л |
а после пассивации проводят термическую обработку поверхности и нанесение на нее неорганического эмалевого покрытия системы В2О3 -PbO-CaO-MgO-Al2O3 -Cr2O3-CoO-SiO 2.
Пассивацию поверхности предпочтительно проводить в течение 30-80 мин при температуре 45-70°С, а термическую обработку пассивирующего слоя - при температуре 550-650°С в течение 0,5-1,5 ч.
Формирование неорганического эмалевого покрытия системы В2О3 -PbO-CaO-MgO-Al2O3 -Cr2O3-CoO-SiO 2 предпочтительно проводить при температуре 520-600°С в течение 0,1-0,5 ч.
Авторами экспериментально установлено, что применение пассивации изделий из бериллия и его сплавов в предлагаемом водном растворе с последующей термической обработкой пассивирующей поверхности и нанесением неорганического эмалевого защитного покрытия системы B2O 3-PbO-CaO-MgO-Al2O 3-Cr2O3-CoO-SiO 2 привело к повышению температуроустойчивости до 1200°С и высокой термостойкости покрытия к изделиям из бериллия и бериллиевых сплавов.
Рентгеноструктурный и микроспектральный анализы показали, что пассивная пленка после термической обработки по всей поверхности содержит соединения хрома CrO, Cr 2O3, окись бериллия, как на образцах бериллия Б-1, так и на его сплавах ТГП, ТГШ. Наличие окислов CrO, Cr2O3 и окиси бериллия на поверхности изделия обеспечивает высокую температуроустойчивость и термостойкость комплексной системы защитного покрытия к поверхности исследуемых образцов при длительных нагревах образцов до 1200°С вследствие их частичного растворения в защитном покрытии.
Результаты спектрального и микролазерного анализа свидетельствует о том, что на границе поверхности бериллия и его сплавов, пассивной пленки и неорганического эмалевого покрытия системы В 2О3-PbO-CaO-MgO-Al 2O3-Cr2O 3-CoO-SiO2 происходят процессы взаимодействия с образованием тугоплавких мелкокристаллических фаз 3Ве·Al 2О3·6SiO2 , ВеО, MgO·Cr2О3 , обеспечивающих высокую температуроустойчивость и термостойкость покрытия.
Примеры осуществления
Пример 1
В опытных условиях были изготовлены изделия из бериллия и из его сплавов.
Приготовление защитного покрытия для изделий из бериллия и его сплавов осуществлялось по следующей схеме:
Приготовление пассивирующего раствора осуществляли следующим образом: брали (таблица 1) K2Cr 2O7 - 170 г, HF - 7,5 г, NaF - 12 г, порошок Be - 0,1 г, окись хрома - 0,5 г и помещали в опарафиненый 1-литровый мерный стеклянный стакан и доливали в него дистиллированную воду до 1 л. Полученный раствор выливали в ванну, подогревали раствор до температуры 45°С, после чего в подогретый раствор в приспособлении погружали образцы и выдерживали их в течение 30 мин.
Изделия из бериллия Б-1 и сплава ТГП с пассивной пленкой подвергали последующей термической обработке по режиму: температура 550°С, выдержка 1,5 ч.
На изделие с нанесенным пассивирующим покрытием, прошедшим термическую обработку, наносили эмалевое покрытие состава, мас.%: В2O 3 - 38, PbO - 6, CaO - 3, MgO - 0,5, Al 2О3 - 1, Cr2 О3 - 5, СоО - 0,5, SiO2 - остальное.
Изделия из бериллия и его сплавов с пассивирующим покрытием и с нанесенным неорганическим защитным покрытием подвергали сушке, а затем проводили формирование покрытия при температуре 550°С при выдержке- 15 мин.
Примеры 2,3 получения защитных покрытий для изделия из бериллия и его сплавов осуществляли аналогично примеру 1.
Составы предлагаемых защитных покрытий, прототипа и их свойства приведены в таблицах 1, 2, 3.
Изделия из бериллия и его сплавов с предлагаемым защитным покрытием и покрытием прототипа подвергались испытаниям на температуроустойчивость и термостойкость. Эффективность применения предложенного защитного покрытия определялась по полученным результатам в сравнении с защитным покрытием прототипа.
Окисляемость изделий с защитным покрытием определялась путем непрерывного взвешивания без извлечения их из печи при заданных температурах 900, 1050, 1200°С в течение 50 часов.
Термостойкость предлагаемого защитного покрытия к изделиям из бериллия Б-1 и сплава бериллия ТГП определялось по количеству теплосмен до появления первой трещины и по внешнему виду изделий с защитным покрытием после нагревов по режимам 20 900°С, 20
1050°С, 20
1200°С, с выдержкой при заданных температурах 0,5 часа.
Из таблицы 3 видно, что окисляемость изделий из бериллия Б-1 и сплава ТГП с защитным покрытием при режимах нагрева, соответствующих эксплуатации деталей при температурах 900, 1050, 1200°С с выдержкой в течение 50 ч меньше в 20; 50; 130 раз для изделий из бериллия Б-1 и в 16,6; 30; 90 раз меньше для изделий из сплава ТГП по сравнению с изделиями с защитной пассивирующей пленкой прототипа.
Термостойкость изделий из бериллия Б-1 и сплава ТГП с защитным покрытием, испытанных по режимам 20 900°С, 20
1050°С, 20
1200°С, с выдержкой при заданных температурах 0,5 часа выше в 16,6; 50; 100 раз для изделий из бериллия Б-1 и так же выше в 16,6; 50; 100 раз для изделий из сплава ТГП по сравнению с изделиями с защитной пленкой прототипа.
Предлагаемое защитное покрытие обладает высокой термостойкостью как на бериллии Б-1, так и сплаве ТГП. Защитное покрытие не скалывается с поверхности изделий, сохраняется плотным ровным слоем без трещин по всей поверхности изделия.
Высокая температуроустойчивость и термостойкость изделий из бериллия Б-1 и сплава ТГП с предлагаемым защитным покрытием объясняется образованием в процессе нагревов тугоплавких мелкокристаллических фаз соединений хрома (CrO, Cr 2O3), бериллия (BeAl 2O4, 3BeAl2 О3·6SiO2), MgO·Cr 2О3, которые, постепенно растворяясь в процессе нагревов, повышают защитные свойства защитного покрытия для изделия из бериллия и его сплавов.
Следовательно, предлагаемое защитное покрытие обеспечивает защиту изделий, выполненных из бериллия и его сплавов, от окисления и сублимации токсичных окислов бериллия в процессе длительных нагревов до 1200°С.
Таким образом, применение предлагаемого защитного покрытия позволит получить высококачественные изделия из бериллия и его сплавов, обеспечить стабильные механические и физико-химические свойства, получить экономию дорогостоящих сплавов бериллия до 10%, увеличить ресурс эксплуатации, улучшить условия труда, исключить окисление и сублимацию токсичных окислов бериллия в процессе длительной эксплуатации при термической и горячей обработке давлением.
Класс C03C8/10 содержащие свинец
глазурь - патент 2506234 (10.02.2014) | |
ювелирная эмаль - патент 2494054 (27.09.2013) | |
эмалевое покрытие - патент 2486142 (27.06.2013) | |
цветная глазурь - патент 2484028 (10.06.2013) | |
глазурь для изразцов - патент 2467961 (27.11.2012) | |
ювелирная эмаль - патент 2440934 (27.01.2012) | |
фритта эмали для стеклянной облицовочной плитки - патент 2431618 (20.10.2011) | |
глазурь для изразцов - патент 2385852 (10.04.2010) | |
эмалевое покрытие - патент 2378206 (10.01.2010) | |
эмалевое покрытие - патент 2377197 (27.12.2009) |
Класс C23C22/37 содержащих также соединения шестивалентного хрома