RU2285749C2 - Multi-layer protective coat - Google Patents

Multi-layer protective coat Download PDF

Info

Publication number
RU2285749C2
RU2285749C2 RU2004131345/02A RU2004131345A RU2285749C2 RU 2285749 C2 RU2285749 C2 RU 2285749C2 RU 2004131345/02 A RU2004131345/02 A RU 2004131345/02A RU 2004131345 A RU2004131345 A RU 2004131345A RU 2285749 C2 RU2285749 C2 RU 2285749C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filler
matrix
layer
sublayer
precoat
Prior art date
Application number
RU2004131345/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004131345A (en
Inventor
Александр Николаевич Сорокин (RU)
Александр Николаевич Сорокин
Сергей Викторович Белоусов (RU)
Сергей Викторович Белоусов
Сергей Александрович Агафонов (RU)
Сергей Александрович Агафонов
Филарис Фаткесламович Исламгулов (RU)
Филарис Фаткесламович Исламгулов
Сергей Петрович Дровосеков (RU)
Сергей Петрович Дровосеков
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии, Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии
Priority to RU2004131345/02A priority Critical patent/RU2285749C2/en
Publication of RU2004131345A publication Critical patent/RU2004131345A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2285749C2 publication Critical patent/RU2285749C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy; application of multi-layer protective coats; welding, soldering and holding of molten metal at melting and casting.
SUBSTANCE: coat includes metal layer-base, adhesive layer and protective layer which consists of two precoats: inner and outer; each precoat has composition structure and ceramic matrix and filler. Matrix of inner precoat is made in form of rigid skeleton whose pores contain filler. Solid particles of outer precoat matrix which have no rigid bonding with one another are located in filler layer. In particular cases, matrix of inner precoat is made from oxide of zirconium or gadolinium; used as filler is material on base of aluminum, chromium and phophorus oxides. Filler of outer precoat is made from material which is thermoplastic at operating temperature.
EFFECT: enhanced protection against liquid metal corrosion during protracted contact with molten metal for complicated surfaces at small curvature radii.
4 cl, 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к металлургии, а именно к конструктивному выполнению многослойного покрытия, защищающего от жидкометаллической коррозии, и может быть использовано при сварке, пайке, удержании расплавленного металла при плавлении и литье.The claimed invention relates to metallurgy, and in particular to the structural embodiment of a multilayer coating that protects against liquid metal corrosion, and can be used in welding, soldering, holding molten metal during melting and casting.

При пайке барьерные покрытия применяют для ограничения растекания припоя и предотвращения жидкометаллической коррозии отдельных участков и деталей.When soldering, barrier coatings are used to limit the spreading of solder and prevent liquid metal corrosion of individual sections and parts.

При сварке на неубираемой подложке или сварке наружного слоя многослойной конструкции возможно взаимодействие корня сварного шва с нижележащим материалом, так называемая «прихватка» корня сварного шва и, как следствие, снижение несущей и деформационной способности конструкции в целом. Особенно это опасно при сварке многослойных конструкций из разнородных металлов, слои которых выполнены из металлов, образующих эвтектику на основе интерметаллидов, например при сварке титана на подложке из стали.When welding on an unremovable substrate or welding the outer layer of a multilayer structure, it is possible for the root of the weld to interact with the underlying material, the so-called “tacking” of the root of the weld and, as a result, a decrease in the bearing and deformation ability of the structure as a whole. This is especially dangerous when welding multilayer structures of dissimilar metals, the layers of which are made of metals forming an eutectic based on intermetallic compounds, for example, when welding titanium on a steel substrate.

Остро данная проблема стоит при плавке, литье и подобных процессах, когда необходимо длительное время удерживать расплав металла в каком-либо сосуде, в частности, при плавке, литье и пайке припоями системы Cu-Ti и Ni-Ti. Особенность таких материалов в том, что они способны смачивать различные оксиды и керамические материалы и проникать в мельчайшие поры и трещины.This problem is acute when melting, casting and similar processes, when it is necessary to keep the molten metal in a vessel for a long time, in particular, when melting, casting and soldering with solders of the Cu-Ti and Ni-Ti systems. The peculiarity of such materials is that they are able to wet various oxides and ceramic materials and penetrate into the smallest pores and cracks.

Одним из наиболее распространенных способов защиты конструкционных материалов от жидкометаллической коррозии, в частности изложниц при литье, является нанесение оксидных защитных покрытий.One of the most common methods of protecting structural materials from liquid metal corrosion, in particular molds during casting, is the application of oxide protective coatings.

Для предотвращения взаимодействия чугуна со стальными вставками при заливке (см. а.с. СССР №772708, МКИ B 22 D 19/02, опубл. 23.10.80) проводят нанесение оксидных защитных покрытий путем пассивирования стали в растворе нитрита натрия и последующей обработки силикатом натрия.To prevent the interaction of cast iron with steel inserts during pouring (see AS USSR No. 772708, MKI B 22 D 19/02, publ. 23.10.80), oxide protective coatings are applied by passivation of steel in sodium nitrite solution and subsequent treatment with silicate sodium.

Для защиты металлических корпусов и вставок от взаимодействия с ураном при изготовлении контейнеров защитной техники из обедненного урана используют защитные слои в виде оксидной пленки. Для защиты вставок из титана от расплава урана выполняют химико-термическую обработку титана для образования на поверхности прочной оксидной пленки (см. патент РФ №2060105, B 22 D 19/00, опубл. 1996 г.).To protect metal cases and inserts from interaction with uranium, protective layers in the form of an oxide film are used in the manufacture of protective equipment containers from depleted uranium. To protect the titanium inserts from uranium melt, a chemical-thermal treatment of titanium is performed to form a strong oxide film on the surface (see RF patent No. 2060105, B 22 D 19/00, published in 1996).

Однако различие коэффициентов, линейного термического расширения (КЛТР) материала основы и оксидного слоя приводит к возникновению напряжений в слое материала защитного покрытия и снижению надежности защиты.However, the difference in the coefficients, linear thermal expansion (CTE) of the base material and the oxide layer leads to stresses in the layer of the protective coating material and a decrease in the reliability of protection.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является многослойное покрытие для изготовления контейнеров защитной техники из обедненного урана. Конструкция содержит адгезионный слой, который позволяет улучшить сцепление покрытия с поверхностью основы, и защитный слой, предотвращающий взаимодействие с ураном (см. патент Франции №2395093, B 22 D 19/02, опубл. 1979 г.). Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого способа.Closest to the claimed technical solution is a multilayer coating for the manufacture of containers of protective equipment from depleted uranium. The design contains an adhesive layer, which allows to improve the adhesion of the coating to the surface of the base, and a protective layer that prevents interaction with uranium (see French patent No. 2395093, B 22 D 19/02, publ. 1979). This technical solution is selected as a prototype of the proposed method.

Однако использование твердых оксидных покрытий на металлических подложках приводит к тому, что вследствие различия физико-механических свойств покрытий и подложки, в частности КЛТР, в покрытии появляются значительные термические напряжения, превышающие прочность покрытий, и образуются дефекты в виде трещин, сколов, отслоений. Это обуславливает высокую вероятность нарушения защиты контейнеров и тиглей от расплава металла, особенно:However, the use of solid oxide coatings on metal substrates leads to the fact that, due to the difference in the physicomechanical properties of the coatings and the substrate, in particular, KLTE, significant thermal stresses appear in the coating exceeding the strength of the coatings and defects are formed in the form of cracks, chips, and delaminations. This leads to a high probability of violation of the protection of containers and crucibles from molten metal, especially:

- при длительных выдержках;- with long exposures;

- при смачивании материала покрытия расплавом металла;- when wetting the coating material with a molten metal;

- на участках поверхности металлических подложек с малыми радиусами кривизны.- on surface areas of metal substrates with small radii of curvature.

Наличие дефектов снижает уровень защиты покрытий, особенно для контейнеров, имеющих внутренние полости сложной конфигурации.The presence of defects reduces the level of protection of coatings, especially for containers having complex internal cavities.

Задача, решаемая изобретением, - создание конструкции многослойного покрытия, надежно защищающего от жидкометаллической коррозии при длительном контакте с металлическим расплавом для конструкций, имеющих сложные поверхности с малыми радиусами кривизны.The problem solved by the invention is the creation of a multilayer coating design that reliably protects against liquid metal corrosion during prolonged contact with a metal melt for structures having complex surfaces with small radii of curvature.

Поставленная задача решается за счет того, что многослойное защитное покрытие содержит: металлический слой-основу, адгезионный слой и защитный слой. Согласно изобретению защитный слой выполнен из 2-х подслоев внутреннего и наружного, каждый из которых имеет композиционную структуру и содержит керамическую матрицу и наполнитель. Матрица внутреннего подслоя выполнена в виде жесткого каркаса, в порах которого расположен наполнитель. В наружном подслое твердые частицы матрицы, не имеющие жесткого сцепления друг с другом, расположены в слое наполнителя.The problem is solved due to the fact that the multilayer protective coating contains: a metal base layer, an adhesive layer and a protective layer. According to the invention, the protective layer is made of 2 sublayers of internal and external, each of which has a composite structure and contains a ceramic matrix and a filler. The matrix of the inner sublayer is made in the form of a rigid frame, in the pores of which a filler is located. In the outer sublayer, the solid particles of the matrix that do not adhere rigidly to each other are located in the filler layer.

Во внутреннем подслое в качестве матрицы используют оксид циркония или гадолиния, а в качестве наполнителя - материал на основе оксидов алюминия, хрома, фосфора. В наружном подслое качестве наполнителя используют материал термопластичный при температурах эксплуатации, например материал на основе легкоплавкого стекла, в частности, в качестве основы стекла применяют оксид металла адгезионного слоя.In the inner sublayer, zirconium or gadolinium oxide is used as a matrix, and material based on oxides of aluminum, chromium, and phosphorus is used as a filler. In the outer sublayer, a thermoplastic material is used at operating temperatures, for example, material based on low-melting glass, in particular, an adhesive layer metal oxide is used as a glass base.

Возможность решения поставленной задачи обусловлена тем, что наличие термопластичного материала на поверхности непосредственно контактирующей с расплавом позволяет «залечивать» образующиеся дефекты, наличие нежесткой структуры матрицы в наружном подслое позволяет снижать скорость течения пластичного наполнителя, удерживать его на элементах с малым радиусом, препятствовать значительному утонению пластичного слоя при температурах эксплуатации.The possibility of solving this problem is due to the fact that the presence of a thermoplastic material on the surface directly in contact with the melt allows one to “heal” the formed defects, the presence of a non-rigid matrix structure in the outer sublayer reduces the flow rate of the plastic filler, keeps it on the elements with a small radius, and prevents significant thinning of the plastic layer at operating temperatures.

Внутренний подслой предотвращает контакт материала основы с металлическим расплавом и термопластичным материалом, которые могут вступать в реакцию с металлическим материалом основы или адгезионного слоя при заполнении расплавом или термопластичным материалом, образующихся при нагреве трещин. Внутренний подслой состоит из керамической матрицы, в виде жесткого каркаса, поэтому проникновение расплава возможно только по капиллярным каналам, и процесс взаимодействия металлического расплава с оксидами лимитируется процессом диффузии кислорода по капиллярным каналам, а не растворением оксидов при конвективном перемешивании в объеме расплава металла. Это значительно снижает скорость взаимодействия и увеличивает время надежной защиты от коррозионного разрушения корпуса. Наполнитель расположен в порах в виде смеси оксидов, свободная энергия образования которых меньше, чем у материала матрицы. Оксиды, применяемые в качестве наполнителя внутреннего защитного подслоя, обладают большей свободной энергией образования, чем оксиды, получающиеся при окислении адгезионного слоя, и не взаимодействуют с адгезионным слоем. При этом они термодинамически менее прочные, чем оксиды металла расплава. При взаимодействии они образуют защитную пленку из оксида металла расплава, которая препятствует смачиванию их металлом расплава и взаимодействию с ним.The inner sublayer prevents contact of the base material with the metal melt and the thermoplastic material, which can react with the metal material of the base or adhesive layer when filling with the melt or thermoplastic material resulting from the heating of cracks. The inner sublayer consists of a ceramic matrix in the form of a rigid skeleton, so melt penetration is possible only through capillary channels, and the process of interaction of a metal melt with oxides is limited by the diffusion of oxygen through the capillary channels, and not by dissolving the oxides during convective mixing in the bulk of the metal melt. This significantly reduces the interaction speed and increases the time of reliable protection against corrosion of the housing. The filler is located in the pores in the form of a mixture of oxides, the free energy of formation of which is less than that of the matrix material. The oxides used as a filler of the inner protective sublayer have a higher free formation energy than the oxides obtained by oxidation of the adhesive layer and do not interact with the adhesive layer. Moreover, they are thermodynamically less durable than the metal oxides of the melt. When interacting, they form a protective film of melt metal oxide, which prevents melt metal from wetting and interacting with it.

Анализ показывает, что совокупность существенных признаков прототипа не совпадает с совокупностью признаков, которая характеризует предлагаемую конструкцию покрытия. Наличие отличительных признаков, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна»The analysis shows that the set of essential features of the prototype does not coincide with the set of features that characterizes the proposed coating design. The presence of distinctive features allows us to conclude that the proposed technical solution meets the condition of "novelty"

В процессе поиска не обнаружено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого решения, кроме того, предлагаемое техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники. Подтверждением этого является наличие реально существующих аналогов, технический результат от использования которых значительно ниже, чем от использования предлагаемой конструкции. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «изобретательский уровень».In the search process, no technical solutions were found containing features similar to the distinguishing features of the proposed solution, in addition, the proposed technical solution does not follow explicitly from the prior art for a specialist. Confirmation of this is the presence of real-life analogues, the technical result from the use of which is significantly lower than from the use of the proposed design. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the condition of "inventive step".

Промышленная применимость предлагаемого технического решения очевидна. Конструкция может быть реализована с помощью известных в технике средств, что доказано при изготовлении опытных образцов конструкции, результаты испытаний которой приводятся ниже.The industrial applicability of the proposed technical solution is obvious. The design can be implemented using means known in the art, which is proved in the manufacture of prototypes of the structure, the test results of which are given below.

Конструкция многослойного защитного покрытия иллюстрируется чертежами.The design of the multilayer protective coating is illustrated by drawings.

На фиг.1 - схема расположения слоев многослойного покрытия.Figure 1 - layout of the layers of the multilayer coating.

На фиг.2 - микрошлиф места взаимодействия расплава и корпуса с защитным покрытием.Figure 2 - microsection of the interaction of the melt and the housing with a protective coating.

На металлической основе 1 корпуса изложницы (кристаллизатора, подложки для сварки или паяемой детали) создавали многослойное покрытие, предотвращающее жидкометаллическую коррозию в месте его контакта с расплавом 2. Защитное покрытие состоит из адгезионного слоя 3 из металла или сплава и защитного слоя 4, содержащего два композиционных подслоя - внутренний подслой 5 и наружный термопластичный подслой 6. Подслой 5 выполнен композиционным в виде жесткой керамической матрицы 7, поры которой заполнены наполнителем 8 из смеси оксидов. Наружный термопластичный подслой 6 защитного слоя 4 также имеет композиционную структуру. Подслой 6 содержит матрицу 9, которая выполнена в виде твердых оксидных частиц, не имеющих жесткого сцепления друг с другом, расположенных в слое наполнителя 10. В качестве наполнителя использовали, например, стекло, обладающее пластичными свойствами при температурах контакта с металлическим расплавом.On a metal base 1 of the mold body (mold, substrate for welding or a brazed part), a multilayer coating was created to prevent liquid metal corrosion at the point of contact with the melt 2. The protective coating consists of an adhesive layer 3 of metal or alloy and a protective layer 4 containing two composite the sublayer is the inner sublayer 5 and the outer thermoplastic sublayer 6. The sublayer 5 is made composite in the form of a rigid ceramic matrix 7, the pores of which are filled with filler 8 from a mixture of oxides. The outer thermoplastic sublayer 6 of the protective layer 4 also has a composite structure. The sublayer 6 contains a matrix 9, which is made in the form of solid oxide particles that are not rigidly bonded to each other, located in the layer of filler 10. For example, glass having plastic properties at contact temperatures with a metal melt was used as a filler.

При непосредственном контакте металлической основы 1 корпуса и расплава 2 происходит их взаимодействие, и жидкометаллическая коррозия разрушает корпус. Нанесение стойкого к воздействию расплава покрытия непосредственно на поверхность корпуса не всегда возможно из-за низкой адгезии покрытия к материалу корпуса. Для адгезионного слоя подбирали материал и способ его нанесения, повышающие адгезию покрытия к корпусу.With direct contact of the metal base 1 of the body and the melt 2, their interaction occurs, and liquid metal corrosion destroys the body. The application of a melt-resistant coating directly to the surface of the body is not always possible due to the low adhesion of the coating to the material of the body. For the adhesive layer, the material and the method of its application were selected, which increase the adhesion of the coating to the body.

Применяемые оксиды наполнителя 8 внутреннего защитного подслоя 5 обладают большей свободной энергией образования, чем оксиды, получающиеся при окислении адгезионного слоя, и не взаимодействуют с адгезионным слоем. При этом они менее прочные, чем оксиды металла расплава 2, поэтому при взаимодействии получали защитную пленку из оксида металла расплава, препятствующую смачиванию. Контакт расплава 2 с наполнителем 8 возможен только по капиллярным каналам матрицы 7, и процесс течения жидкого металла лимитируется процессом растворения окисной пленки в расплаве и диффузии кислорода по капиллярным каналам, а не растворением оксидов при конвективном перемешивании в объеме расплава металла, что снижает скорость взаимодействия.Used oxides of the filler 8 of the inner protective sublayer 5 have a greater free formation energy than the oxides obtained by oxidation of the adhesive layer and do not interact with the adhesive layer. Moreover, they are less durable than the metal oxides of melt 2; therefore, during the interaction, a protective film of melt metal oxide was obtained, which prevents wetting. The contact of melt 2 with filler 8 is possible only through the capillary channels of matrix 7, and the process of liquid metal flow is limited by the process of dissolution of the oxide film in the melt and diffusion of oxygen through the capillary channels, rather than dissolution of oxides during convective mixing in the bulk of the metal melt, which reduces the rate of interaction.

В связи с тем, что материал наполнителя 8 расходуемый, необходима матрица для подслоя 5. При вступлении в реакцию наполнителя толщина его уменьшается, а матрица 7 способствует сохранению толщины подслоя 5. Матрица 7 имеет жесткую структуру, поэтому проникновение расплава 2 возможно только по образовавшимся трещинам, а не путем растворения оксидов подслоя при конвективном перемешивании в объеме расплава металла. Функции матрицы 7: во-первых - сохранение толщины подслоя при расходовании наполнителя 8, во-вторых - создание капиллярных каналов, в которых идет реакция, в-третьих - создание препятствий для диффузии кислорода, в-четвертых - снижение скорости протекания реакции расходования наполнителя 8,Due to the fact that the filler material 8 is expendable, a matrix for the sublayer 5 is required. When the filler reacts, its thickness decreases, and the matrix 7 helps to preserve the thickness of the sublayer 5. The matrix 7 has a rigid structure, therefore, penetration of melt 2 is possible only along the cracks formed rather than by dissolving the oxides of the sublayer with convective mixing in the bulk of the metal melt. Matrix 7 functions: firstly, preservation of the sublayer thickness during the expenditure of filler 8, secondly, creation of capillary channels in which the reaction takes place, thirdly, creation of obstacles for oxygen diffusion, fourthly, decrease in the rate of occurrence of the filler consumption reaction 8 ,

Разница в значениях КЛТР внутреннего защитного подслоя 5 и металлической основы 1 корпуса, как правило, значительна, поэтому возможно образование трещин. Для исключения их негативного влияния создан термопластичный подслой 6.The difference in the CTE values of the inner protective sublayer 5 and the metal base 1 of the body is usually significant, therefore, cracking is possible. To eliminate their negative impact, a thermoplastic sublayer 6 was created.

Он при температурах контакта с расплавом представляет собой вязкую суспензию наполнителя с нежесткой матрицей твердых частиц. В связи с тем, что при перетекании жидкости толщина слоя может уменьшаться до полного исчезновения на локальных участках, таких как выступы или элементы с малым радиусом кривизны, использование нежесткой матрицы в пространстве термопластичного наполнителя приводит к снижению подвижности слоя, скорости течения пластичного наполнителя. Это также позволяет удерживать его на элементах с малым радиусом кривизны, препятствует значительному утонению пластичного слоя при температурах эксплуатации.It at melt contact temperatures is a viscous suspension of a filler with a non-rigid matrix of solid particles. Due to the fact that when the fluid flows, the layer thickness can decrease until it completely disappears in local areas, such as protrusions or elements with a small radius of curvature, the use of a non-rigid matrix in the space of a thermoplastic filler leads to a decrease in the mobility of the layer and the flow rate of the plastic filler. This also allows you to keep it on the elements with a small radius of curvature, prevents significant thinning of the plastic layer at operating temperatures.

В институте данная конструкция защитного покрытия отрабатывалась для защиты тиглей и корпусов паяемых деталей от жидкометаллической коррозии при пайке их активным сплавом Cu-Ti.At the institute, this protective coating design was worked out to protect crucibles and bodies of brazed parts from liquid metal corrosion when brazing them with the active Cu-Ti alloy.

Многослойное покрытие, нанесенное на стальную основу, представляло адгезионный слой из вольфрама и защитный слой, состоящий из композиционных подслоев. Внутренний подслой содержал матрицу из оксида циркония, поры которой заполнены жаростойким материалом в виде смеси оксидов Al2O32O5+Cr2O3. Наружный подслой состоял из матрицы на основе оксида циркония, которая не имела жесткой структуры, а являлась суспензией твердых частиц в легкоплавком стекле при температуре контакта с расплавом Cu-Ti. В работе использовали вольфрамовое стекло системы WO3+Na2O+К2О+Р2O5.The multilayer coating applied to the steel base was an adhesive layer of tungsten and a protective layer consisting of composite sublayers. The inner sublayer contained a matrix of zirconium oxide, the pores of which are filled with heat-resistant material in the form of a mixture of Al 2 O 3 + P 2 O 5 + Cr 2 O 3 oxides. The outer sublayer consisted of a matrix based on zirconium oxide, which had no rigid structure, but was a suspension of solid particles in low-melting glass at a temperature of contact with the Cu – Ti melt. We used tungsten glass of the WO 3 + Na 2 O + K 2 O + P 2 O 5 system .

В качестве материала адгезионного слоя был выбран вольфрам, имеющий величину КЛТР меньше, чем у стали и оксида циркония.As the material of the adhesive layer, tungsten was chosen, which has a CTE value less than that of steel and zirconium oxide.

Затем наносили покрытие из диоксида циркония, которое представляло жесткий каркас внутреннего подслоя. Такое покрытие имеет остаточную пористость. Для заполнения пор использовали смесь оксидов Al2О32O5+Cr2O3, которой пропитывали пористый слой и получали композицию подслоя 5. На поверхности внутреннего подслоя создавали наружный подслой, обладающий пластичными свойствами при температурах контакта с расплавом. Для этой цели использовали смесь из стекла на основе оксида вольфрама и оксида циркония.Then a coating of zirconia was applied, which represented a rigid framework of the inner sublayer. Such a coating has a residual porosity. To fill the pores, we used a mixture of Al 2 O 3 + P 2 O 5 + Cr 2 O 3 oxides, which was impregnated with the porous layer and the composition of sublayer 5 was obtained. An outer sublayer was created on the surface of the inner sublayer, having plastic properties at melt contact temperatures. For this purpose, a mixture of glass based on tungsten oxide and zirconium oxide was used.

Полученный наружный подслой защитного покрытия имел композиционную структуру, в которой твердые частицы оксида циркония в виде нежесткой матрицы, распределены в наполнителе. Слой имеет жесткую структуру при обычных условиях. При нагреве его до температур, при которых происходит контакт с расплавом, наружный подслой становится пластичным за счет пластичности наполнителя. Наличие твердых частиц в композиции, позволяет регулировать подвижность подслоя и удерживать его на поверхностях с малыми радиусами, с помощью варьирования их размеров и концентрации. В зависимости от времени контакта, температуры расплава, размеров деталей со сложным рельефом поверхности отрабатываются конкретные составы и параметры композиции наружного подслоя.The resulting outer sublayer of the protective coating had a composite structure in which the solid particles of zirconium oxide in the form of a non-rigid matrix are distributed in the filler. The layer has a rigid structure under normal conditions. When it is heated to temperatures at which contact with the melt occurs, the outer sublayer becomes ductile due to the ductility of the filler. The presence of solid particles in the composition allows you to adjust the mobility of the sublayer and hold it on surfaces with small radii, by varying their size and concentration. Depending on the contact time, the melt temperature, the dimensions of parts with a complex surface topography, specific compositions and composition parameters of the outer sublayer are worked out.

Контроль качества защитного покрытия после испытания в контакте с металлическим расплавом оценивали методом микрорентгеноспектрального анализа. Анализ рентгеновских спектров, на границе стали с внутренней стороной покрытия, показал наличие только элементов, входящих в состав стали, и элементов, присутствующих в защитных составах, и не выявил наличия элементов расплава. Металлографический анализ (см. фиг.2) также показал отсутствие контакта расплава со сталью.The quality control of the protective coating after testing in contact with a metal melt was evaluated by X-ray spectral analysis. The analysis of X-ray spectra, at the boundary of the steel with the inner side of the coating, showed the presence of only elements that are part of the steel and the elements present in the protective compositions, and did not reveal the presence of melt elements. Metallographic analysis (see figure 2) also showed the absence of contact of the melt with steel.

Claims (4)

1. Многослойное защитное покрытие, содержащее металлический слой-основу, адгезионный слой и защитный слой, отличающееся тем, что защитный слой выполнен из двух внутреннего и наружного подслоев, каждый из которых имеет композиционную структуру и содержит керамическую матрицу и наполнитель, при этом матрица внутреннего подслоя выполнена в виде жесткого каркаса, в порах которого расположен наполнитель, а матрица наружного подслоя - в виде твердых частиц, не имеющих жесткого сцепления друг с другом, расположенных в слое наполнителя.1. A multilayer protective coating containing a metal base layer, an adhesive layer and a protective layer, characterized in that the protective layer is made of two inner and outer sublayers, each of which has a composite structure and contains a ceramic matrix and a filler, while the matrix of the inner sublayer made in the form of a rigid frame, in the pores of which the filler is located, and the matrix of the outer sublayer is in the form of solid particles that do not have rigid adhesion to each other, located in the filler layer. 2. Многослойное защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве матрицы во внутреннем подслое используют оксид циркония или гадолиния, а в качестве наполнителя - материал на основе оксидов алюминия, хрома, фосфора.2. A multilayer protective coating according to claim 1, characterized in that zirconium or gadolinium oxide is used as a matrix in the inner sublayer, and a material based on oxides of aluminum, chromium, and phosphorus is used as a filler. 3. Многослойное защитное покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что в наружном подслое в качестве наполнителя используют материал, термопластичный при температурах эксплуатации, например, материал на основе легкоплавкого стекла.3. A multilayer protective coating according to claim 1 or 2, characterized in that in the outer sublayer as a filler material is used that is thermoplastic at operating temperatures, for example, material based on low-melting glass. 4. Многослойное защитное покрытие по п.3, отличающееся тем, что в качестве основы стекла применяют оксид металла адгезионного слоя.4. A multilayer protective coating according to claim 3, characterized in that the metal oxide of the adhesive layer is used as the base of the glass.
RU2004131345/02A 2004-10-26 2004-10-26 Multi-layer protective coat RU2285749C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004131345/02A RU2285749C2 (en) 2004-10-26 2004-10-26 Multi-layer protective coat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004131345/02A RU2285749C2 (en) 2004-10-26 2004-10-26 Multi-layer protective coat

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004131345A RU2004131345A (en) 2006-04-27
RU2285749C2 true RU2285749C2 (en) 2006-10-20

Family

ID=36655259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004131345/02A RU2285749C2 (en) 2004-10-26 2004-10-26 Multi-layer protective coat

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2285749C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450088C2 (en) * 2010-05-28 2012-05-10 Открытое акционерное общество "Красная Звезда" Multi-layer coating to protect hydride-forming metal against hydrogen corrosion
RU2455392C1 (en) * 2011-02-14 2012-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Coating for protection of steel substrate from liquid metallic corrosion
RU2497680C1 (en) * 2012-05-03 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" METHOD OF PRODUCING SiO2-ZrO2-P2 O5-CaO-BASED COATING
RU2763953C1 (en) * 2021-03-11 2022-01-11 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Combined protective coating

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450088C2 (en) * 2010-05-28 2012-05-10 Открытое акционерное общество "Красная Звезда" Multi-layer coating to protect hydride-forming metal against hydrogen corrosion
RU2455392C1 (en) * 2011-02-14 2012-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Coating for protection of steel substrate from liquid metallic corrosion
RU2497680C1 (en) * 2012-05-03 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" METHOD OF PRODUCING SiO2-ZrO2-P2 O5-CaO-BASED COATING
RU2763953C1 (en) * 2021-03-11 2022-01-11 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Combined protective coating

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004131345A (en) 2006-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2529134C2 (en) Alloy casts with protective plies and method of their production
CN103930577B (en) Aluminum alloy material and aluminum alloy structure and production process therefor
Humpston et al. Principles of soldering
Papis et al. Interface formation between liquid and solid Mg alloys—An approach to continuously metallurgic joining of magnesium parts
CN108602317A (en) Aluminium multi-layered brazing slab products and solder without soldering acid method
Papis et al. Light metal compound casting
JP2001192862A (en) A coating system for providing environmental protection to a metal substrate and its related method
CZ290659B6 (en) Method of forming an adherent aluminum material coating on a surface of a substrate and method of joining parts with each other
CN109072352A (en) The method for welding of brazing sheet and its manufacturing method and constructed of aluminium body
US20100243192A1 (en) Molten metal casting die
He et al. Investigation on microstructures and properties of arc-sprayed-Al/AZ91D bimetallic material by solid–liquid compound casting
RU2285749C2 (en) Multi-layer protective coat
Naeimian et al. TLP bonding of Ti− 6Al− 4V to Al 2024 using thermal spray Babbitt alloy interlayer
JP5284542B1 (en) Method for producing aluminum alloy clad material
Srinivas et al. Vacuum brazing of dissimilar tubular component of AA2219 and AISI 304 by a low melting Al-18Ag-20Cu-5Si-0.2 Zn braze alloy
DE102007059771A1 (en) Cylinder bush or cylinder liner made of gray iron- or aluminum alloy for casting in a light metal alloy on the basis of aluminum or aluminum/magnesium, comprises a conditioning coating for casting
CN110352103A (en) The method for obtaining the crackle of the method for the part with self-healing characteristics, the part with self-healing characteristics and reparation part
Winiowski et al. Brazing of titanium with aluminium alloys
US20110146845A1 (en) Flux and method for the reduction of oxide layers on metallic surfaces
WO2015167783A1 (en) Laser glazing using hollow objects for shrinkage compliance
Lugscheider et al. Progress and developments in the field of materials for transient liquid phase bonding and active soldering processes
CN211370565U (en) Cylinder liner with high layer adhesion strength aluminum-based outer coating
RU2455392C1 (en) Coating for protection of steel substrate from liquid metallic corrosion
JP6552000B2 (en) Molten metal processing equipment and manufacturing method thereof
US11203807B2 (en) Coating for a carrier material, core part for producing a composite part, composite part, and method for producing a composite part