защитное покрытие для сталей и сплавов
Классы МПК: | C03C8/02 составы фритты, те в измельченной форме или в виде порошка C21D1/70 при нагреве или охлаждении |
Патентообладатель(и): | Ильина Алина Дмитриевна (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-09-09 публикация патента:
20.11.2014 |
Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в создании защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой, и увеличении времени работоспособности его при нагревах до 1250°C. Защитное технологическое покрытие содержит, мас.%: Al2 O3 - 19-35; CaO - 1-8; MgO - 1-7,5; 3CaO·Al 2O3 - 0,8-1,2; CaO·6Al2O 3 - 3-11; MgO·Al2O3 - 0,3-1; BaO·Al2O3·2SiO2 - 3-7; SiO2 - остальное. 2 табл.
Формула изобретения
Защитное покрытие для сталей и сплавов, включающее SiO 2, Al2O3, CaO, MgO, CaO·6Al 2O3, 3CaO·Al2O3, MgO·Al2O3 отличающееся тем, что дополнительно содержит BaO·Al2O3·2SiO2 , при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al2O3 | 19-35 |
CaO | 1-8 |
MgO | 1-7,5 |
3CaO·Al2O3 | 0,8-1,2 |
CaO·6Al2O3 | 3-11 |
BaO·Al2O3 2SiO2 | 3-6 |
MgO·Al2O3 | 0,3-1 |
SiO2 | остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике производства силикатных материалов, которые могут быть использованы при термической обработке сталей и сплавов как защитные покрытия от окисления при технологических нагревах в процессе получения деталей и заготовок.
Известно защитное покрытие (см. патент РФ № 2190584, МПК C04B 41/86, C03C 8/02 от 28.11.2000 г.) для композиционного материала следующего химического состава, мас.%:
SiO2 | 10-30 |
Al2O3 | 3-20 |
CaO | 8-12 |
MgO | 0,5-5 |
B2O3 | 3-12 |
Na 2O | 0,1-0,4 |
K2O | 0,1-0,2 |
BaO | 3-11 |
SiB4 | 0,5-5 |
MoSi2 | 32-70 |
Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.
Известно также защитное покрытие (см. патент РФ № 2151110, МПК C03C 8/02 от 18.01.1999 г.) для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:
SiO2 | 40-75 |
Al2O3 | 6-18 |
CaO | 4-11 |
MgO | 1-4 |
B2O3 | 5-15 |
Na2 O | 0,5-1 |
K 2O | 0,3-3 |
BaO | 5-10 |
Al2O3·3SiO2 | 2-7 |
Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.
Известно защитное покрытие (см. патент РФ № 2151111, МПК C03C 8/02 от 18.01.1999 г.) следующего химического состава, мас.%:
SiO2 | 28-50 |
Al2O3 | 5-15 |
CaO | 1-6 |
MgO | 1-4 |
B2O3 | 14-45 |
Na2O | 1-6 |
K2O | 1-4 |
BaO | 3-12 |
2CaO·SiO2 | 0,1-0,5 |
3CaO·Al2 O3 | 0,1-0,5 |
Недостатками известного покрытия являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы при высокотемпературных нагревах.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное покрытие для сталей и сплавов (см. патент РФ № 2345963, МПК C03C 8/02 от 06.06.2007) следующего химического состава, мас.%:
Al2O3 | 17-33 |
CaO | 0,5-7,8 |
MgO | 0,5-5 |
2CaO·SiO2 | 0,5-1 |
3CaO·Al 2O3 | 0,5-1 |
2MgO·Al2O3·5SiO 2 | 5-10 |
CaO·6Al2O3 | 5-10 |
SiO2 | остальное |
Недостатками прототипа являются недостаточная рабочая температура и продолжительность работы покрытия при высокотемпературных нагревах, вследствие чего при нагреве окончательно готовых деталей и заготовок имеет место окисление их, снижение качества поверхности металла из-за недостаточности времени работоспособности покрытия.
Технической задачей изобретения является создание защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой и увеличением времени работоспособности его при нагревах до 1250°C.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложенное защитное покрытие, включающее SiO2 , Al2O3, CaO, MgO, 3CaO·Al2 O3, CaO·6Al2O3, которое дополнительно содержит BaO·Al2O3·2SiO 2, при следующем соотношении компонентов, мас.%
Al2O3 | 19-35 |
CaO | 1-8 |
MgO | 1-7,5 |
3CaO·Al2O3 | 0,8-1,2 |
CaO·6Al2O3 | 3-11 |
BaO·Al2O3 ·2SiO2 | 3-7 |
MgO·Al2O3 | 0,3-1 |
SiO2 | остальное |
Авторами экспериментально установлено, что введение BaO·Al2O3 ·2SiO2 в покрытие, а также регламентированное содержание и соотношение заявленных компонентов повысило рабочую температуру и продолжительность работы покрытия при высокотемпературных нагревах до 1250°C.
Исследования показали, что в процессе технологических нагревов в покрытии формируется температуроустойчивая кристаллическая фаза BaO·Al2 O3·2SiO2, обеспечивающая повышение рабочей температуры и продолжительности работы покрытия при высокотемпературных нагревах до 1250°C.
Изобретение поясняется следующими примерами.
Пример 1
Для приготовления шликера защитного покрытия компоненты покрытия в соответствующих мас.% (таблица 1) Al2O3 - 19, CaO - 8, MgO - 1, CaO·6Al2O3 - 11, MgO·Al2O3 - 0,3, BaO·Al 2O3·2SiO2 - 3, SiO2 - 56,5 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 ВКС130 и ВНС2. Вязкость шликера покрытия составляла 20 с, толщина покрытия 0,4 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при 20°C в течение 12 часов и затем проводили нагрев по режимам 1200°C и 1250°C с выдержкой 10 ч. Данные режимы нагревов соответствуют режимам термической обработки и горячей обработки давлением сталей.
Примеры 2, 3, 4 получения защитных покрытий осуществляли аналогично примеру 1.
Составы предлагаемых защитных покрытий и их свойства приведены в таблицах 1, 2.
Рабочая температура покрытия определялась термогравиметрическим методом путем непрерывного взвешивания образцов с покрытием при температурах нагрева 1200°C и 1250°C и выдержкой до 25 ч.
Из таблицы 2 видно, что температуроустойчивость образцов сталей ВКС130, ВНС2 с предлагаемым защитным покрытием при температурах 1200°C и 1250°C меньше на стали ВКС130 в 37,5 и 51 раз, на стали ВНС2 в 25 и 42,7 раз соответственно исследуемым температурам 1200°C, 1250°C при выдержке 10 ч по сравнению с покрытием прототипом.
Полученные данные свидетельствуют, что предлагаемое защитное покрытие по сравнению с покрытием-прототипом имеет стабильные свойства, вследствие чего обеспечивается более высокая рабочая температура и длительность работы при температурах нагрева 1200°C и 1250°C.
Предлагаемое защитное покрытие позволит получить качественную поверхность металлических деталей и заготовок при нагревах в обычных печах вместо печей с контролируемой атмосферой, обеспечить стабильные механические свойства, получить экономию дорогостоящих сталей и сплавов, снизить трудоемкость, энергоемкость производства металлических деталей и полуфабрикатов и повысить ресурс их эксплуатации в 1,5-2 раза при высоких температурах.
Таблица 1 | ||||||||||
Номера составов покрытий | Компоненты, мас.% | |||||||||
Al2 O3 | CaO | MgO | 2CaO·SiO2 | 3CaO·Al2O3 | 2MgO·Al2O3·5SiO2 | CaO·6Al2O3 | BaO·Al2O3 ·2SiO 2 | MgO·Al2O3 | SiO2 | |
Предлагаемые | ||||||||||
1 | 19 | 8 | 1 | - | 1,2 | - | 11 | 3 | 0,3 | ост. |
2 | 10 | 1 | 7,5 | - | 0,8 | - | 7 | 5 | 1 | ост. |
3 | 35 | 5 | 4,5 | - | 1 | - | 3 | 4 | 0,7 | ост. |
Прототип 3 | 25 | 5 | 3,0 | 0,75 | 0,75 | 7,5 | 7,5 | - | - | ост. |
Таблица 2 | ||||
Номера составов покрытий | Окисляемость сталей ВКС130, ВНС2, г/см2 | Продолжительность работы (образование прогаров) | ||
Температура нагрева, °C при выдержке 10 час | Температура, °C при выдержке до 25 час | |||
1200 | 1250 | 1200 | 1250 | |
Предлагаемые покрытия на сталь ВКС130 | ||||
1 | | 0,6 | Нет | нет |
2 | 0,3 | 0,65 | ||
3 | 0,3 | 0,55 | ||
Предлагаемые покрытия на сталь ВНС2 | ||||
1 | 0,2 | 0,4 | нет | Нет |
2 | 0,2 | 0,45 | ||
3 | 0,2 | 0,4 | ||
Прототип ВКС-130 | 11,25 | 30,6 | Нет | есть |
ВНС-2 | 5 | 17,08 | нет | Есть |
Покрытие-прототип на сталь ВКС130 3 | 11,25 | 30,6 | нет | Есть |
Покрытие-прототип на сталь ВНС2 3 | 5 | 17,08 | Нет | Есть |
Класс C03C8/02 составы фритты, те в измельченной форме или в виде порошка
электроизоляционная стеклоэмаль для изделий из нержавеющей стали - патент 2526445 (20.08.2014) | |
глазурь - патент 2486141 (27.06.2013) | |
фритта эмали для высокотемпературной отделки бетонных изделий - патент 2481277 (10.05.2013) | |
глазурь - патент 2480426 (27.04.2013) | |
силикатное покрытие для керамического кирпича - патент 2479507 (20.04.2013) | |
ангоб - патент 2472723 (20.01.2013) | |
эмалевый шликер - патент 2465229 (27.10.2012) | |
эмаль - патент 2459770 (27.08.2012) | |
шихта для получения глазури - патент 2448059 (20.04.2012) | |
эмаль - патент 2446115 (27.03.2012) |
Класс C21D1/70 при нагреве или охлаждении