BG61004B1 - композиционен материал - Google Patents

Abstract

Материалът ще намери приложение в ядрената енергетика, металургията, машиностроенето и други. Той има високо сцепление към въглеродната основа и стабилна херметичност при термични промени. Композиционният материал се състои от два слоя контактно-изолационен, представляващ електрохимично отложен никел или сплав на никела с кобалта или мангана, и термозащитен слой от стъклокерамична маса със следния състав в тегл.%: Nа20 от 3 до 16,2, к20 от 1,2 до 17,8, сао от 4,5 до 10,6, в203 от 2,1 до 14,5, аl203 от 9 до 39,4, si02 от 14,9 до 32,7, zr02 от 0,8 до 5,3, тi02 от 0,8 до 18,3, соо 0,3-1,2, ni0 0,7-1,8, мn02 0,3-1,4, siс от 1,4 до 12,5.

Description

Изобретението се отнася до композиционен материал върху въглеродна основа, играещ ролята на термозащитно покритие, който ще намери приложение в ядрената енергетика, металургията, машиностроенето и др.

Известни са термозащитни еднослойни покрития, които се нанасят върху въглеродната основа чрез пропиване и съдържат: ортофосфорна киселина /1/, борнитрид, натриев силикат и захар /2/, цинков хлорид, двуалуминиев триокис, съединения на бора, силиция и фосфора и реагент за регулиране на алкалността /3/, окис на алкален метал, цинков окис, борен окис, двуалуминиев триокис и силициев двуокис /4/, като при всички случаи след нанасяне на покритието композиционният материал се подлага на термообработка.

Известни са и двуслойни термозащитни материали, при които междинният слой върху въглерода служи за свръзка и е от алуминий, нанесен посредством електродъгово разтапяне /5/.

Недостатък на известните композиционни материали е сравнително ниското сцепление на защитния слой на композиционния материал и нарушаването на херметичността на покритието при повишена температура

Композиционният материал съгласно изобретението се състои от два своя, при което първият е електрохимично отложен от сулфаматен електролит никел или сплавите му с кобалт или манган, а вторият е стъклокерамичен, получен от шликер със състав в тегл. %: Иа₂0 от 3,0 до 16,2, К₂0 от 1,2 до 17,8, СаО от 4,5 до 0,6, В₂0₃ от 2,1 до 14,5, А1₂0₃ от 9,0 до 39,4, 8Ю₂ от 14,9 до 32,7, Ζγ0₂ 0,8-5,3, ТЮ₂ от 0,8 до 18,3, СаО 0,3-1,2, ΝίΟ 0,7-1,8, Мп0₂ 0,3-1,4, 81С от 1,4 до 12,5.

Първият слой, който е с повишено сцепление към въглеродната основа, се нанася посредством електрохимично отлагане на никел от сулфаматни електролити. Отлаганият слой, чиято дебелина може да варира от 50 до 200 μηι, се характеризира с отлична адхезия към въглеродната основа и много ниска порестост, която повишава допълнително газоплътността на системата. Ниската порестост се реализира с помощта на омокряща добавка, която предотвратява задържането на водородни мехурчета и формирането на голям брой микропори в никеловия слой, чрез повишаване повърхностното напрежение и ускорено рекомбиниране на отделящите се водородни атоми.

С оглед различните възможни сфери на приложение никеловите слоеве се отлагат при импулсен или постояннотоков режим от чисти сулфаматни електролити или с присъствие в тях на Со и/или Мп, които повишават техните термоустойчиви характеристики.

Вторият слой е окисен с необходимата адхезия спрямо никела и е предназначен да предотврати окислението и разрушаването на никеловия слой при високотемпературно третиране. Технологията на получаване на окисния слой се състои в изготвяне на воден шликер от изходните компоненти чрез смилане в топкова мелница и нанасянето му по някои от класическите методи чрез пулверизиране или потапяне. Изделието се изсушава и окисното покритие се изпича директно при температура 1100°С. Дебелината на този слой е от 300 до 500 μ.

Предимствата на изобретението са, че получените композити на въглеродна основа са с повишено сцепление и газоплътност на двуслойното защитно покритие, което осигурява дълготрайната им високотемпературна експлоатация.

Изобретението се илюстрира със следните примери.

Пример 1. Въглеродната подложка се активира предварително в оцетна киселина с последващо промиване с дестилирана вода. Никеловият слой се отлага от електролит със състав 380 β/1 никелов сулфамат, 5 §/1 никелов хлорид, 35 §/1 борна киселина и антипитингова добавка СН-8 в концентрация 1 т1/1 при рН 3,8 и температура 50°С. Отлагането се извършва при постояннотоков режим с плътност на тока 5 А/бш² до дебелина на покритието 200 μιη.

Окисното покритие е със състав в тегл.%: Иа₂0 3,6, К₂0 - 15,4, СаО 8,4, ВД 7,6, А1Д 14,2, δΐθ₂ 28,2, Ζγ0₂ 1,9, ΤΐΟ₂ 8,7, СоО 0,7, ΝϊΟ 1,4, Μη0₂ 0,7, 5ίΟ 9,2. Технологията на нанасяне върху никеловия слой се състои в изготвяне на воден шликер от изходните компоненти чрез смилане в топкова мелница и нанасянето на шликерния слой по някои от класическите методи чрез пулверизиране или потапяне. Изделието се изсушава и окисното покритие се изпича при температура 1100^вС.

Физико-механични показатели: обща дебелина на покритието - 700 рт, якост на удар - 0,40 Νηι, термична устойчивост - въздушни топлосмени 1000 - 20°С - над 60, устойчивост на окисление на композита при 1000°С над 120 Ь.

Пример 2. Въглеродната подложка се третира със солна киселина 1:1 и се промива с дестилирана вода. Използва се посоченият в пример 1 състав, към който е добавен 5 ς/1 Мп²⁺. Използва се импулсен режим на работа с плътност на тока 2,5 А/дт², импулсна плътност 20 А/дт², степен на запълване 8%, чистота на импулса 1 тз. Дебелината на отложения слой е 80 рт.

Окисното покритие е със състав в тегл.%: Ν3₂0 1 4,3, К₂0 3,0, СаО 5,3, ВД 13,2, А1₂0₃ 13,1, δΐθ₂ 23,4, Ζγ0₂ 4,2, Τΐ0₂ 14,1, СоО 1,1, ΝίΟ 0,9, Μη0₂ 0,8, δίϋ 6,6. Изделието се покрива от водния шликер, както в пример 1, чрез пулверизиране или потапяне, изсушава се и се изпича при 950°С.

Физико-механични показатели: обща дебелина на покритието 580 рт, якост на удар 0,45 Νγπ, термична устойчивост - въздушни топлосмени 1000 - 20°С - над 60, устойчивост на окисление на композита при 1000°С над 120 Ь.

Пример 3. Въглеродната подложка се третира със солна киселина 1:1, и се промива с дестилирана вода. Използва се посоченият в пример 2 състав, към който е добавен 10 §/1 Со²⁴. Режимът на работа е импулсен с плътност на тока 1 А/дт², импулсна плътност 50 А/дт², степен на запълване 2%, честота на импулса 1 тз. Дебелината на отложения слой е 50 рт.

Окисното покритие се получава по описания в пример 2 начин на работа и състав.

Физико-механични показатели: обща дебелина на покритието - 550 рт, якост на удар - 0,48 Ит, термична устойчивост - въздушни топлосмени 1000-20®С - над 60, устойчивост на окисление на композита при 1000°С над 120 Ь.

Композиционното покритие се използва в металургията и металолеенето за защита от високотемпературно окисление и разрушаване на детайлите и изделията - тигли, металопроводи, накрайници за термоелементи и други в машиностроенето за защита на нагревни елементи за съпротивителни пещи и детайли, работещи при високи температури, като плъзгащи лагери, уплътнителни съединения и други, в ядрената енергетика за про15 тивоокислителна и противопожарна защита на детайлите.

Claims (1)

1. Патентни претенции

   20 Композиционен материал върху въглеродна основа, състоящ се от два слоя - контактно-изолационен и термозащитен, като последният е стъклокерамичен и е получен от маса със състав в тегл.%: Ма₂0 3,0-16,2, К₂0 1,225 17,8, СаО 4,5-10,6, ВД 2,1-14,5, А1₃0₃ 9,0-39,4, δίθ₂ 14,9-32,7, ΖγΟ₂ 0,8-5,3, ТЮ₂ 0,8-18,3, СоО 0,3-1,2, №0 0,7-1,8, Мп0₂ 0,3-1,4, 81С 1,4-12,5 и е с дебелина 300 до 500 рк, характеризиращ се с това, че междинният контактно-изолаци30 онен слой е електрохимично отложен никел, или негови сплави с кобалт или манган с дебелина от 50 до 200 рк.