RU2581425C1

RU2581425C1 - Защитное технологическое покрытие

Info

Publication number: RU2581425C1
Application number: RU2015111811/03A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Каблов; Валентина Алексеевна Розененкова; Надежда Александровна Миронова; Станислав Сергеевич Солнцев; Сергей Владимирович Гаврилов; Татьяна Ивановна Янсон
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-04-20

Abstract

Изобретение относится к защитным покрытиям от окисления. Техническим результатом изобретения является повышение жаростойкости, вязкости, понижение значений удельного давления и коэффициента трения покрытия при температурах нагрева штамповок до 1400°C. Защитное технологическое покрытие содержит, мас.%: SiO₂ 15-21; MgO 5-10; Na₂O 7-8,5; 3CaO·Al₂O₃ 1-9; Al₂O₃·MgO 2-5; B₂O₃ 8-12,5; B_{аморфный} 2,5-3,5; NiAl₂O₄ 3-5; NiSiO₄ 3,5-10; Al₂O₃ - остальное. 2 табл., 12 пр.

Description

Изобретение относится к области производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства.

Известно защитное технологическое покрытие следующего химического состава, мас.%:

Al₂O₃	19-33
CaO	1-8
MgO	1-7,5
3CaO·Al₂O₃	0,8-1,2
CaO·6Al₂O₃	3-11
ВаО·6Al₂O₃	3-5
MgO·Al₂O₃	0,3-1
SiO₂	остальное

(RU 2404933 C1, 27.11.2010).

Известно также защитное технологическое покрытие следующего химического состава, мас.%:

SiO₂	40-75
Al₂O₃	6-18
CaO	4-11
MgO	1-4
B₂O₃	5-15
Na₂O	0,5-1
K₂O	0,3-3
ВаО	5-10
Al₂O₃·3SiO₂	2-7

(RU 2151110 C1, 20.06.2000).

SiO₂	10-30
Al₂O₃	3-20
CaO	8-12
MgO	0,5-5
B₂O₃	3-12
Na₂O	0,1-0,4
K₂O	0,1-0,2
BaO	3-11
SiB₄	0,5-5
MoSi₂	32-70

(RU 2190584 C2, 10.10.2002).

Известно также защитное технологическое покрытие для сталей и сплавов следующего химического состава, мас.%:

Al₂O₃	17-33
CaO	0,5-7,8
MgO	0,5-5
2CaO·SiO₂	0,5-1
3CaO·Al₂O₃	0,5-1
2MgO·Al₂O₃·5SiO₂	5-10
CaO·6Al₂O₃	5-10
SiO₂	остальное

(RU 2345963 C1, 10.02.2009).

Al₂O₃	3-21
CaO	1,5-13
MgO	0,5-5,5
B₂O₃	3-18
ВаО	3-13
K₂O	0,1-5
2BaO·3SiO₂	1-3
2Al₂O₃·B₂O₃	1-3
SiO₂	остальное

(RU 2379238 C1, 20.01.2010).

SiO₂	12-20
MgO	1,5-5
3CaO·Al₂O₃	10-15
Al₂O₃·MgO	3-10
BaO·2SiO₂	1,5-5
ZnO₂·Al₂O₃	3-8
Al₂O₃	остальное

(RU 2379239 C1, 20.01.2010).

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является защитное технологическое покрытие следующего химического состава, мас.%:

SiO₂	23-55
MgO	6,5-20
Na₂O	0,5-6,5
3CaO·Al₂O₃	1,5-8
MgO·ZrO₂	0,5-2,5
Al₂O₃·MgO	1-1,5
Al₂O₃	остальное

(RU 2312827 C1, 20.12.2007).

Недостатками известных защитных технологических покрытий являются повышенные значения удельного давления и коэффициент трения, недостаточная жаростойкость, а также вязкость при высокотемпературных нагревах до 1400°C.

Техническим результатом изобретения является повышение жаростойкости, вязкости, понижение значений удельного давления и коэффициента трения покрытия при температурах нагрева штамповок до 1400°C.

Технический результат достигается за счет того, что предложено защитное технологическое покрытие, включающее SiO₂, MgO, Na₂O, 3CaO·Al₂O₃, Al₂O₃·MgO, Al₂O₃, при этом оно дополнительно содержит B₂O₃, B_{аморфный}, NiAl₂O₄, NiSiO₄ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂	15-21
MgO	5-10
Na₂O	7-8,5
3CaO·Al₂O₃	1-9
Al₂O₃·MgO	2-5
B₂O₃	8-12,5
B_{аморфный}	2,5-3,5
NiAl₂O₄	3-5
NiSiO₄	3,5-10
Al₂O₃	остальное

Рентгеноструктурный и химический анализы предлагаемого защитного технологического покрытия показали, что введение в него B₂O₃, B_{аморфный}, NiAl₂O₄, NiSiO₄ при заявленном содержании и соотношении компонентов приводит к тому, что в процессе технологических нагревов в покрытии образуются температуроустойчивые фазы 3CoO·Al₂O₃·SiO₂, 3CoAl₂O₄, Al₆Si₂O₃, 5CaO·3Al₂O₃, обеспечивающие повышение жаростойкости, вязкости, снижение удельного давления и коэффициента трения покрытия при температурах нагрева штамповок до 1400°C.

Примеры осуществления.

Технологический процесс изготовления шликера для защитного технологического покрытия проводился следующим образом. Для получения фритты защитного технологического покрытия брали следующие компоненты: SiO₂; MgO; Na₂O; 3CaO·Al₂O₃; Al₂O₃·MgO; B₂O₃; B_{аморфный}; NiAl₂O₄; NiSiO₄; Al₂O₃ в пропорциях, указанных в таблице 1. Их поместили в фарфоровый барабан с алундовыми шарами в соотношении 1:1,5 и проводили размол и перемешивание компонентов в течение 3 часов на валковой мельнице. Варку фритты проводили в алундовых тиглях в камерной печи. Далее приготавливали шликер покрытия путем размола фритты и перемешивания компонентов с добавлением 250 мл водопроводной воды в фарфоровом барабане валковой мельницы в течение 36 часов. Готовый шликер покрытия выгружали в полиэтиленовую емкость, где в течение 5 суток проходило старение шликера.

Шликер с вязкостью 21 Па·с, определенной вискозиметром ВЗ 246, наносили краскораспылителем на образцы: интерметаллида Ni-Al-Со, жаропрочного никелевого сплава ЭП975 и образивно-износостойкого материала системы Ni-Cr-Al-Y. Толщина покрытия составила 0,25 мм. Образцы с покрытием подвергали сушке при комнатной температуре в течение 24 часа, затем проводили нагрев при 1150 и 1400°C с выдержкой 12 часов. Режимы нагревов определялись режимом изотермической штамповки заготовок из интерметаллида Ni-Al-Со, жаропрочного никелевого сплава ЭП975 и образивно-износостойкого материала системы Ni-Cr-Al-Y.

Свойства предлагаемого защитного технологического покрытия и его прототипа приведены в таблице 2.

Образцы интерметаллида Ni-Al-Со, жаропрочного никелевого сплава ЭП975 и образивно-износостойкого материала системы Ni-Cr-Al-Y с предлагаемым защитным технологическим покрытием и покрытием-прототипом подвергались испытаниям для определения окисляемости, вязкости покрытия, удельного давления и коэффициента трения при температурах 1150 и 1400°C.

Окисляемость образцов определялась путем непрерывного взвешивания через 12 часов без извлечения образцов из печи при заданных температурах нагрева 1150 и 1400°C.

Вязкость покрытия определялась методом вдавливания иглы в покрытие под нагрузкой 5 г при постепенном нагревании образца с покрытием до требуемой температуры испытания. Вязкость покрытия рассчитывалась по глубине проникновения иглы в покрытие по диаграмме вязкости.

Удельное давление при деформации заготовок с использованием защитных технологических покрытий играет ключевую роль при получении точных штамповок с минимальными припусками на механическую обработку и с повышенным коэффициентом использования металла. Удельное давление замерялось манометром при деформации образцов с предлагаемым защитным технологическим покрытием и покрытием-прототипом при заданных температурах нагрева 1150 и 1400°C.

Коэффициент трения, характеризующий эффективность действия защитных технологических покрытий в качестве высокотемпературных смазок при горячей обработке давлением, определялся осадкой нагретых образцов диаметром 5 мм и высотой 20 мм на гидравлическом прессе мощностью 2,5 т со скоростью 80 мм/с по формуле

µ=tgα,

где µ - коэффициент трения, α - двойной угол трения.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 2.

Нижеприведенные экспериментальные данные соответствуют средним значениям, полученным из трех измерений окисляемости, вязкости покрытия, удельных давлений и коэффициентов трения.

Окисляемость:

- образцов интерметаллидого сплава системы Ni-Al-Со с предлагаемым защитным технологическим покрытием при температуре 1150°C (с выдержкой 12 ч) меньше в 8 раз, а при температуре 1400°C (с выдержкой 12 ч) меньше в 17,8 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом;

- образцов жаропрочного никелевого сплава ЭП975 с предлагаемым защитным технологическим покрытием при температуре 1150°C (с выдержкой 12 ч) меньше в 5 раз, а при температуре 1400°C (с выдержкой 12 ч) меньше в 10 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом;

образцов абразивно-износостойкого материала системы Ni-Cr-Al-Y с предлагаемым защитным технологическим покрытием при температуре 1150°C (с выдержкой 12 ч) меньше в 8 раз, а при температуре 1400°C (с выдержкой 12 ч) меньше в 10 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом.

Вязкость:

- защитного технологического покрытия при температуре 1150°C меньше в 2 раза, а при температуре 1400°C меньше в 3 раза по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом.

Равномерное растекание покрытия по всей поверхности заготовки выполняет функции разделительной пленки и высокотемпературной смазки.

Вязкость покрытия-прототипа низкая, вследствие чего покрытие выдавливается при горячей обработке заготовки и при этом теряются функции разделительной пленки и высокотемпературной смазки.

Удельное давление:

- образцов интерметаллида системы Ni-Al-Со с предлагаемым защитным технологическим покрытием при температуре 1150°C меньше в 2,7 раза, а при температуре 1400°C меньше в 6,5 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом;

- образцов жаропрочного никелевого сплава ЭП975 с предлагаемым защитным технологическим покрытием при температуре 1150°C меньше в 3 раза, а при температуре 1400°C меньше в 6,9 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом;

- образцов абразивно-износостойкого материала системы Ni-Cr-Al-Y с предлагаемым защитным технологическим покрытием при температуре 1150°C меньше в 2,7 раз, а при температуре 1400°C меньше в 6,5 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом.

Полученные удельные давления при процессах горячей деформации заготовок при температурах нагрева 1150°C и 1400°C с предлагаемым защитным покрытием обеспечивают получение качественных заготовок с уменьшенными припусками на механическую обработку по сравнению защитным технологическим покрытием-прототипом.

Коэффициент трения:

- предлагаемого защитного технологического покрытия на образцах интерметаллида системы Ni-Al-Со при температуре 1150°C меньше в 2 раза, а при температуре 1350° меньше в 5 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом;

- предлагаемого защитного технологического покрытия на образцах жаропрочного никелевого сплава ЭП975 при температуре 1150°C меньше в 1,9 раз, а при температуре 1400°C меньше в 6 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом;

- предлагаемого защитного технологического покрытия на образцах абразивно-износостойкого материала системы Ni-Cr-Al-Y при температуре 1150°C меньше в 2 раза, а при температуре 1400°C меньше в 7 раз по сравнению с защитным технологическим покрытием-прототипом.

При этом происходит равномерное растекание защитного технологического покрытия по всей поверхности заготовки, обеспечивающее работоспособность предлагаемого защитного технологического покрытия в качестве высокотемпературной смазки при термомеханической обработке интерметаллида системы Ni-Al-Co, жаропрочного никелевого сплава ЭП975 и абразивно-износостойкого материала системы Ni-Cr-Al-Y.

Применение защитного технологического покрытия позволит получить точные штамповки с коэффициентом необрабатываемой поверхности до 0,95, получить экономию металла до 30%, снизить трудоемкость механической обработки заготовок на 30-50%, повысить стойкость штампового инструмента в 2-3 раза, реализовать процесс изотермического деформирования и термической обработки заготовок и деталей из интерметаллидного сплава системы Ni-Al-Со, жаропрочного никелевого сплава ЭП975 и абразивно-износостойкого материала системы Ni-Cr-Al-Y на воздухе, повысить производительность труда в 2-3 раза.

Claims

Защитное технологическое покрытие, включающее SiO₂, MgO, Na₂O, 3СаО·Al₂O₃, Al₂O₃·MgO, Al₂O₃, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит B₂O₃, B_{аморфный}, NiAl₂O₄, NiSiO₄ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ 15-21 MgO 5-10 Na₂O 7-8,5 3CaO·Al₂O₃ 1-9 Al₂O₃·MgO 2-5 B₂O₃ 8-12,5 B_{аморфный} 2,5-3,5 NiAl₂O₄ 3-5 NiSiO₄ 3,5-10 Al₂O₃ остальное