WO2021194385A1 - Способ получения защитного композиционного покрытия на стальной детали - Google Patents
Способ получения защитного композиционного покрытия на стальной детали Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021194385A1 WO2021194385A1 PCT/RU2021/000129 RU2021000129W WO2021194385A1 WO 2021194385 A1 WO2021194385 A1 WO 2021194385A1 RU 2021000129 W RU2021000129 W RU 2021000129W WO 2021194385 A1 WO2021194385 A1 WO 2021194385A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- coating
- layer
- protective
- carried out
- solution
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title claims description 30
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 29
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims description 20
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 15
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 7
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 claims abstract description 5
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 5
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims abstract description 5
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000010422 painting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 35
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 6
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 claims description 6
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007605 air drying Methods 0.000 claims description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 21
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 21
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 abstract description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 16
- 238000001723 curing Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 abstract 2
- 229910021502 aluminium hydroxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 abstract 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 4
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 4
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- -1 moreover Substances 0.000 description 3
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 229910052816 inorganic phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- SNKMVYBWZDHJHE-UHFFFAOYSA-M lithium;dihydrogen phosphate Chemical compound [Li+].OP(O)([O-])=O SNKMVYBWZDHJHE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- NVKTUNLPFJHLCG-UHFFFAOYSA-N strontium chromate Chemical compound [Sr+2].[O-][Cr]([O-])(=O)=O NVKTUNLPFJHLCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001240 Maraging steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 201000010001 Silicosis Diseases 0.000 description 1
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N chromate(2-) Chemical class [O-][Cr]([O-])(=O)=O ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N chromium(6+) Chemical class [Cr+6] JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RGPUVZXXZFNFBF-UHFFFAOYSA-K diphosphonooxyalumanyl dihydrogen phosphate Chemical compound [Al+3].OP(O)([O-])=O.OP(O)([O-])=O.OP(O)([O-])=O RGPUVZXXZFNFBF-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052909 inorganic silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002563 ionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N lithium metasilicate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])=O PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052912 lithium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002694 phosphate binding agent Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000019351 sodium silicates Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
- C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
- C23C22/07—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing phosphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
- C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
- C23C22/07—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing phosphates
- C23C22/08—Orthophosphates
- C23C22/18—Orthophosphates containing manganese cations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C22/82—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
Definitions
- the invention relates to the field of chemical surface treatment, and can be used to protect against corrosion of parts made of low-alloy carbon steels, operating in all climatic conditions and at temperatures up to 500 ° C.
- a known method of obtaining protective coatings on a steel part including the application of a suspension containing aluminum powder as a filler, and as a binder phosphates and chromates. Annealing of the coating is carried out at a temperature above 250 ° C, followed by treatment of the coating with a 20-58% solution of sodium, potassium or lithium dihydrogen phosphate, moreover, water or orthophosphoric acid is used as a solvent with its content not exceeding 90 May. % (SU 1560621 A1, publ. 30.04.1990).
- the disadvantage of this method is the impossibility of obtaining a corrosion-resistant coating without additional treatment of the coating with a solution of sodium, potassium or lithium dihydrogen phosphate, which implies the application of a protective coating from two different solutions, which complicates the technological process.
- a known method of producing a protective coating based on an inorganic phosphate binder (US 2010 / 0288158A1, publ. 11/18/2010).
- the binder contains 85% phosphoric acid 332 ml, boron oxide 41.6 and magnesium carbonate 225 g.
- Aluminum powder and an alkaline corrosion inhibitor based on strontium chromate are used as fillers.
- the suspension is applied in one or two layers.
- the thickness of each layer is about 20 microns.
- the coating is dried for 15 to 30 minutes at 180 ° F (82 ° C) and then cure at 650 ° F (343 ° C) for 30-60 minutes.
- the disadvantage of this method is the use of hexavalent chromium compounds as a corrosion inhibitor, in an amount from 2 to 15% of the total mass of the solution, which are carcinogenic substances of the first hazard class, which significantly worsens working conditions when applying protective coatings.
- heat-shielding coatings consisting of inorganic binders based on phosphates, silicates or their mixtures, additionally containing ceramic particles based on zirconium dioxide and yttrium oxide (US 2013156958 A1, publ. 20.06.2013).
- a feature of the structure of this heat-protective coating is the formation of a bimodal structure from alternating ceramic particles with a fineness of 10-60 microns and fine particles from 0.1 to 5 microns. This structure can significantly reduce the coefficient of thermal conductivity and porosity of the coating.
- the coating is applied from an aqueous suspension by pneumatic spraying followed by heat treatment.
- the slurry is preferably applied in two layers or layers, each about 0.001 inches (25 microns) thick, then dried at 180 ° F (82 ° C) for 15 to 30 minutes and cured at 650 ° F (343 ° C) within 30-60 minutes after each layer.
- a known method of applying a two-layer protective coating containing inorganic silicates in the coating (CA 2979238 A1, publ. 09/22/2016).
- the first layer is applied from an aqueous solution of potassium silicate, additionally doped with lithium silicate.
- Aluminum powder with a particle diameter of 4 to 15 microns is used as a filler.
- the solution for the application of the second layer of the protective coating is a suspension of pigments based on CG2O3 and TiO2 oxides with a fineness of 2.5-3.0 ⁇ m in a solution of aluminum dihydrogen phosphate A1 (H 2 P0 4 ) 3 WITH MOLAL ratio of components A1 / P0 4 3 FROM 1 / 1.24 TO 1/3.
- the first layer based on silicates, forms at 650 ° F (343 ° C).
- the second layer is heat treated at 1000 ° F (537 ° C) for 60 minutes. Two coat thicknesses range from 1.4 to 1.7 mils (300 to 380 microns).
- the closest analogue of the proposed invention is a method of obtaining a protective coating, proposed in US patent 6074464A, publ. 13.06.2000.
- the method of obtaining a protective coating includes applying a suspension of aluminum powder in a binder solution by painting to the surface to be protected, thermal curing of the coated part, and mechanical treatment of each layer of the coating.
- the suspension is made from the following components: 85% phosphoric acid 338 g, potassium permanganate 25 g and aluminum hydroxide (in a gel state) 117 g.
- carbides can be added to the coating composition, which increase the wear resistance of the coating, sulfides, which help to reduce the coefficient of friction, color pigments, as well as pigments based on strontium chromate, which slow down corrosion processes during the operation of the part.
- ionic or non-ionic surfactants are included in the coating composition.
- the coating is applied in two layers.
- the second layer is applied from a composition based on an inorganic binder with the addition of a surfactant and pigments that improve the corrosion resistance of the coating.
- the formulation is applied by dyeing, drying and curing at 650 ° F (343 ° C). To ensure the sacrificial nature of the protection of the sprayed coating after thermosetting, mechanical polishing with glass beads or sandblasting at low pressure is carried out, which helps to increase the protective ability of the resulting coating.
- Accelerated corrosion test method according to ASTM B117 shows that steel corrosion products are absent after 500 h of exposure in a salt spray chamber.
- the temperature of coating formation is more than 300 ° C, which complicates the technological process of forming a protective coating
- the technical objective of the present invention is the development of a composite coating for corrosion protection of parts made of low-alloy carbon steels, operating in all-climatic conditions and at temperatures up to 500 ° C, which does not contain substances of the first hazard class.
- the technical result of the invention is to increase the protective ability of the resulting coating against corrosion, to reduce the curing temperature of the coating to 200 ° C, to simplify the technological process for preparing a composition for applying a protective composite coating and to form a protective coating with high adhesion properties.
- a protective composite coating on a steel part including the sequential application of two layers of coating to the surface of the part, each of which is formed by applying a suspension of aluminum powder in a solution of an inorganic binder by painting, thermal curing of the part with an applied coating layer, and mechanical treatment of the part with an applied coating layer,
- a suspension of aluminum powder in a solution of an inorganic binder is prepared from the following components, wt.
- % aluminum hydroxide - 1.2-1.6, solution of 85% phosphoric acid 4, 7-5, 5, magnesium oxide - 0.12 - 0.16, potassium permanganate 0.25-0.33, aluminum powder - 45.0-55.0, sodium silicate or potassium silicate - 0.25-0.37, distilled water - the rest, and the inorganic binder is brought with distilled water to a specific gravity of 1.201.30 g / cm 3 , while after thermosetting additional processing is carried out with corundum powder at a pressure of 2 to 3 bar.
- the thermal curing of each coating layer is carried out as follows: first, air drying is carried out, then heat treatment is carried out in an air oven at a temperature of 60-80 ° C for 10-20 minutes and then at a temperature of 180-220 ° C for 40-120 minutes.
- Figure 1 shows the structure of a composite protective coating, where:
- Figure 2 shows the appearance of samples of steel 30HGSA with a protective composite coating after corrosion tests in KST for 4500 h, where: A - appearance of the composite coated specimen before testing
- An increase in the protective ability of the resulting coating is achieved by increasing the content of aluminum filler in the inorganic binder to 45-55 wt% (which roughly corresponds to a ratio of 1/1), unlike the prototype, where a similar ratio is 1 / 0.6), as well as due to the fact that in addition to the outer layer of aluminum formed during the machining of the second layer, an inner layer of aluminum is added, formed during the machining of the first layer, which, like the outer one, is an anode material and performs protective properties in relation to the material of the part, but, being closer to the surface of the part, it more effectively provides electrochemical protection of the material of the part from atmospheric corrosion.
- the outer layer of aluminum being in direct contact with an aggressive medium, becomes more anodic in relation to the first inner layer of aluminum, thereby protecting this inner layer of aluminum from corrosion electrochemically.
- the two-stage electrochemical protection of steel and aluminum parts significantly increases the protective ability of the coating.
- a decrease in the curing temperature of the coating is achieved due to the selected empirically proportions of the components of the aqueous suspension.
- the addition of magnesium ions and silicate ions to the binder leads to an increase in the pH of the aqueous suspension, which contributes to a decrease in the temperature required for the transfer of monosubstituted aluminum phosphates into insoluble two- and three-substituted phosphates, that is, it helps to lower the curing temperature of the coating, as well as to increase adhesion.
- permanganate ions in the composition of the binder prevents the formation of hydrogen during the coating process, which allows the use of a composite coating for corrosion protection of high-strength steels.
- inorganic sodium or potassium silicates into the composition of the binder improves the adhesion properties of the resulting coatings due to the formation of a silica sol, which is an additional binder.
- the proposed stepwise mode of heat treatment allows the coating to be dried and calcined evenly over the entire surface and without the formation of bubbles.
- the protective composite coating is applied as follows.
- a layer of suspension is applied to a steel part by any method (by spraying, dipping, brush, roller, etc.) (the compositions of suspensions are given in Table 1) and a stepwise heat treatment with an applied coating layer is carried out, and the part with an applied coating layer is machined.
- crystallization water is removed from the amorphous structure of the binder, with the formation of polymer chains of inorganic phosphates, which ensure the adhesion of aluminum filler particles to the steel substrate.
- a composite coating structure is formed containing a glassy amorphous binder phase and a metal phase consisting of spherical aluminum particles with a diameter of 1 to 10 microns.
- possessing plasticity aluminum particles, upon application of external pressure, become substantially compacted, while the porosity of the composite coating decreases. Compaction of particles promotes electrical contact between the aluminum particles and the substrate, which provides electrochemical protection of the composite coating.
- the heat treatment is carried out as follows: first, it is dried in air, and then it is kept at a temperature of 60-80 ° C and the coating is finally thermo-cured at a temperature of 180-220 ° C with holding at this temperature for 40-120 minutes.
- the first layer heat-treated in this way is subjected to sandblasting with corundum powder with a fineness of 100-150 ⁇ m and a pressure of 2 to 3 bar until the electrical conductivity of the coating appears.
- the second layer is applied and processed in the same way.
- the mechanical treatment of the first and second layers by polishing after their heat treatment is carried out until the appearance of electrical conductivity of 1.4-1.6 cm, which ensures the electrochemical interaction of the coating and the substrate.
- the composition for applying a protective composite coating solution was prepared as follows. With continuous stirring and heating to 110 ° C, aluminum hydroxide is added to concentrated orthophosphoric acid. After dissolution, magnesium oxide is added in portions in the form of an aqueous suspension. The reaction is carried out until a clear solution is formed. Then an aqueous solution of sodium or potassium silicate is prepared in a separate container and added in small portions to the reaction mixture with continuous stirring. After obtaining a homogeneous solution, the heating is stopped, and the binder is cooled to room temperature. Then the inorganic binder is brought with distilled water to a specific density of 1.20-1.30 g / cm 3 . Potassium permanganate is added to the resulting solution and stirred until it is completely dissolved.
- an aluminum powder with a particle size of 5 to 10 ⁇ m preferably produced under the trademark AC D-4, is introduced into the resulting solution.
- the resulting mixture is subjected to ultrasonic treatment at a frequency of 35 kHz for 3 - 5 minutes. After the introduction of the aluminum filler, the suspension is stable for 5 hours, after which it must be disposed of.
- compositions of the prepared suspensions are shown in Table 1.
- Corundum powder is used as an abrasive material, which has the necessary hardness to compact the composite coating, and is also safe when sandblasting in industrial conditions, in contrast to abrasive materials containing silicon, which cause silicosis.
- corundum powder grades F100 and F120 For the treatment of the composite coating, it is preferable to use corundum powder grades F100 and F120. At When using larger fractions, for example F80, sandblasting should be carried out strictly at a pressure not exceeding 3 bar, in order to avoid erosive wear of the composite coating.
- the treatment of the protective composite coating with corundum powder leads to the compaction of the coating structure and the formation of an electrically conductive coating.
- the electrical conductivity of the surface was measured in accordance with GOST 27333.
- the electrical conductivity of the coating is 1.4 cm.
- An increase in pressure during sandblasting to 3 bar made it possible to obtain a coating with an electrical conductivity of 1.6 cm, which indicates a denser structure, a decrease in the porosity of the coating and, as a consequence, an increase in the protective ability of the protective composite coating.
- a two-layer protective composite coating with a total thickness of 50-60 ⁇ m was applied to flat steel samples 100x50 mm in size.
- a grid of parallel scratches was applied with a cutting tool with a distance between notches of 1 mm, followed by tearing off an adhesive tape with an adhesive strength of 2.4 N / cm.
- the protective composite coating possesses high adhesion to low-alloy carbon steels, which is confirmed by the test results given in Table 2. No chips or flaking of the coating is observed. A slight decrease in adhesion properties is observed with a decrease in the curing temperature to 180 ° C. Samples with coatings obtained by the proposed method and the prototype method were tested by accelerated corrosion testing in a salt fog chamber in accordance with GOST 9.308-85 at a temperature of 33-37 ° C with continuous spraying of a neutral 5% sodium chloride solution.
- the proposed invention greatly simplifies the technology of obtaining the coating and allows the coating of steel parts with a high protective ability.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химической поверхностной обработки. Способ включает последовательное нанесение на поверхность двух слоев покрытия, каждый из которых образуют нанесением суспензии алюминиевого порошка в растворе неорганического связующего методом окрашивания с последующим термоотверждением нанесенного слоя покрытия и механической обработкой детали с нанесенным слоем покрытия. Используют суспензию из следующих компонентов, мас.%: гидроксид алюминия 1,2-1, 6, раствор 85%-ной ортофосфорной кислоты 4,7- 5,5, оксид магния 0,12-0,16, перманганат калия 0,25-0,33, алюминиевый порошок 45,0-55,0, силикат натрия или силикат калия 0,25-0,37, дистиллированная вода остальное. Неорганическое связующее доводят дистиллированной водой до удельной плотности 1,20-1,30 г/см3. После термоотверждения проводят дополнительную обработку корундовым порошком при давлении от 2 до 3 бар. Обеспечивается повышение защитной способности покрытия от коррозии при одновременном снижении толщины покрытия, температуры отверждения до 200°С, упрощении нанесения защитного покрытия, а также отказе от применения веществ 1-го класса опасности.
Description
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО композиционного ПОКРЫТИЯ НА СТАЛЬНОЙ ДЕТАЛИ
Изобретение относится к области химической поверхностной обработки, и может быть использовано для защиты от коррозии деталей из низколегированных углеродистых сталей, эксплуатирующихся во всеклиматических условиях и при температуре до 500 °С.
Известен способ получения защитных покрытий на стальной детали, включающий нанесение суспензии, содержащей в качестве наполнителя алюминиевый порошок, а в качестве связующего фосфаты и хроматы. Отжиг покрытия проводится при температуре выше 250 °С с последующей обработкой покрытия 20-58%-ным раствором дигидрофосфата натрия, калия или лития, причём в качестве растворителя используется вода или ортофосфорная кислота при её содержании не более 90 мае. % (SU 1560621 А1, опубл. 30.04.1990).
Недостатком известного способа является невозможность получения коррозионностойкого покрытия без дополнительной обработки покрытия раствором дигидрофосфата натрия, калия или лития, что предполагает нанесение защитного покрытия из двух разных растворов, что усложняет технологический процесс.
Известен способ получения защитного покрытия на основе неорганического фосфатного связующего (US 2010/0288158А1, опубл. 18.11.2010). В состав связующего входит 85 % ортофосфорная кислота 332 мл, оксид бора 41,6 и карбонат магния 225 г. В качестве наполнителя используется алюминиевый порошок и щелочной ингибитор коррозии на основе хромата стронция.
Суспензию наносят в один или два слоя. Толщина каждого слоя около 20 мкм. После нанесения покрытие сушат от 15 до 30 минут при
температуре 180 °F (82 °C), а затем термоотверждают при температуре 650 °F (343°С) в течение 30-60 минут.
Для обеспечения анодного характера защиты напыляемого покрытия после термоотверждения проводят механическое полирование стеклянными бусинами, либо пескоструйной обработкой при низком давлении, что способствует увеличению защитной способности получаемого покрытия.
Недостатком данного способа является применение в качестве ингибитора коррозии соединений шестивалентного хрома, количестве от 2 до 15 % от общей массы раствора, являющиеся канцерогенными веществами первого класса опасности, что значительно ухудшает условия труда при нанесении защитных покрытий.
Известны теплозащитные покрытия, состоящие из неорганических связующих на основе фосфатов, силикатов или их смесей, дополнительно содержащих в своем составе керамические частицы на основе диоксида циркония и оксида иттрия (US 2013156958 А1, опубл. 20.06.2013).
Особенностью структуры данного теплозащитного покрытия является формирование бимодальной структуры из чередующихся керамических частиц с дисперсностью 10-60 мкм и мелкодисперсных частиц от 0,1 до 5 мкм. Данная структура позволяет значительно снизить коэффициент теплопроводности и пористость покрытия.
Покрытие наносится из водной суспензии методом пневматического напыления с последующей термообработкой.
Суспензию предпочтительно наносят в два слоя или слоя, каждый толщиной около 0,001 дюйма (25 мкм), затем сушат при температуре 180 °F (82 °С) в течение от 15 до 30 минут и отверждают при температуре 650 °F (343 °С) в течение 30-60 минут после каждого слоя.
Недостатками данного способа является применение дорогостоящих наполнителей, а также отсутствие в составе металлического наполнителя, обеспечивающего электрохимическую защиту сталей, что существенно
снижает защитную способность таких покрытий.
Известен способ нанесения двухслойного защитного покрытия, содержащего в составе покрытия неорганические силикаты. (С А 2979238 А1, опубл. 22.09.2016). Первый слой наносится из водного раствора силиката калия, дополнительно легированного силикатом лития. В качестве наполнителя используется алюминиевый порошок с диаметром частиц от 4 до 15 мкм. Раствор для нанесения второго слоя защитного покрытия представляет собой суспензию пигментов на основе оксидов СГ2О3 и ТЮ2 с дисперсностью 2, 5-3,0 мкм в растворе дигидрофосфата алюминия А1(Н2Р04)З С МОЛЬНЫМ соотношением компонентов А1/Р04 3 ОТ 1/1,24 ДО 1/3.
После нанесения каждого из слоев проводят сушку в течение 15 минут при температуре 175 °F(80 °С) и термообработку в воздушной печи. Первый слой, на основе силикатов формируется при температуре 650 °F (343 °С). Второй слой термообрабатывается при температуре 1000 °F (537 °С) В течение 60 минут. Толщина двухслойного покрытия составляет от 1,4 до 1,7 mils (от 300 до 380 мкм).
Недостатками способа являются:
- нанесение защитного покрытия из двух разных растворов, что требует перенастройки оборудования в процессе напыления составов;
- повышенная температура тепловой обработки (537 °С), при которой происходит окончательное отверждение покрытия, что требует применения сушильных шкафов или печей с размерами камер, соответствующих габаритам деталей, и ограничивает сферу применения данного покрытия для защиты деталей из мартенситностареющих сталей, типа ВКС-170, имеющих температуру отпуска 520 °С.
- для обеспечения защитной способности деталей из низколегированных сталей в условиях ускоренных коррозионных испытаний в камере соляного тумана в течение 2500 ч необходимо применение покрытий толщиной от 300 до 380 мкм.
Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является способ получения защитного покрытия, предложенный в патенте US6074464A, опубл. 13.06.2000.
Способ получения защитного покрытия включает нанесение на защищаемую поверхность суспензию алюминиевого порошка в растворе связующего методом окрашивания, термоотверждение детали с нанесенным покрытием, и механическую обработку каждого слоя покрытия. Суспензия изготавливается из следующих компонентов: 85 % ортофосфорная кислота 338 г, перманганат калия 25 г и гидроксид алюминия (в гелеобразном состоянии) 117 г. В качестве наполнителя используется алюминиевый порошок в соотношении связующее/наполнитель = 1/0,6.
В зависимости от назначения и режима эксплуатации в состав покрытия дополнительно могут вводится карбиды, повышающие износостойкость покрытия, сульфиды, способствующие снижению коэффициента трения, цветные пигменты, а также пигменты на основе хромата стронция, замедляющие коррозионные процессы в процессе эксплуатации детали.
Для улучшения смачиваемости поверхности в состав для нанесения покрытия вводятся ионные или неионогенные поверхностно-активные вещества.
Для снижения пористости рекомендуется наносить покрытие в два слоя. Первый слой наносится из состава, содержащего неорганическое связующее с алюминиевым наполнителем в массовом процентном соотношении связующее/наполнитель = 60/40. Второй слой наносится из состава, на основе неорганического связующего с добавкой поверхностно- активного вещества и пигментов, улучшающих коррозионную стойкость покрытия.
Состав наносится методом окрашивания с последующей сушкой и термоотверждением при температуре 650 °F (343 °С).
Для обеспечения жертвенного характера защиты напыляемого покрытия после термоотверждения проводят механическое полирование стеклянными бусинами, либо пескоструйной обработкой при низком давлении, что способствует увеличению защитной способности получаемого покрытия.
Методом ускоренных коррозионных испытаний по ASTM В117, показано, что продукты коррозии стали отсутствуют после 500 ч экспозиции в камере соляного тумана.
Недостатками данного способа являются:
- температура формирования покрытия более 300°С, что осложняет технологический процесс формирования защитного покрытия;
- низкое содержание алюминиевого наполнителя по отношению к компонентам связующего (соотношение связующее/наполнитель = 1/0,6), что снижает протекторные свойства покрытия вследствие снижения электропроводности покрытия;
- формирование защитного покрытия из различных растворов, что снижает технологичность процесса и требует перенастройки оборудования.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка композиционного покрытия для защиты от коррозии деталей из низколегированных углеродистых сталей, эксплуатирующихся во всеклиматических условиях и при температуре до 500 °С, не содержащего в составе веществ первого класса опасности.
Техническим результатом изобретения является повышение защитной способности получаемого покрытия от коррозии, снижение температуры отверждения покрытия до 200 °С, упрощение технологического процесса приготовления состава для нанесения защитного композиционного покрытия и формирование защитного покрытия с высокими адгезионными свойствами.
Технический результат достигается предложенным способом
получения защитного композиционного покрытия на стальной детали, включающий в себя последовательное нанесение на поверхность детали двухслоев покрытия, каждый из которых образуется нанесением суспензии алюминиевого порошка в растворе неорганического связующего методом окрашивания, термоотверждение детали с нанесённым слоем покрытия, и механической обработкой детали с нанесённым слоем покрытия, согласно изобретению, суспензия алюминиевого порошка в растворе неорганического связующего приготовлена из следующих компонентов, мае. %: гидроксид алюминия - 1,2- 1,6, раствор 85 %-ной ортофосфорной кислоты 4, 7-5, 5, оксид магния - 0,12 - 0,16, перманганат калия 0,25-0,33, алюминиевый порошок - 45,0-55,0, силикат натрия или силикат калия — 0,25-0,37, дистиллированная вода — остальное, причем неорганическое связующее доводят дистиллированной водой до удельной плотности 1,201,30 г/см3, при этом после термоотверждения проводят дополнительную обработку корундовым порошком при давлении от 2до 3 бар.
Предпочтительно, термоотвержение каждого слоя покрытия осуществляют следующим образом: сначала проводят сушку на воздухе, после этого проводят термообработку в воздушной печи при температуре 60-80 °С в течение 10-20 мин и затем при температуре 180-220 °С в течение 40-120 минут.
Предлагаемое изобретение поясняется фигурами.
На фигуре 1 показана структура композиционного защитного покрытия, где:
А - после термоотверждения покрытия;
Б -после обработки покрытия порошком корунда F100 при давлении
2бар.
На фигуре 2 представлен внешний вид образцов из стали 30ХГСА с защитным композиционным покрытием после коррозионных испытаний в КСТ в течении 4500 ч, где:
A - внешний вид образца с композиционным покрытием до испытаний
Б - внешний вид образцов после ускоренных коррозионных испытаний
Повышение защитной способности получаемого покрытия достигается путем увеличения содержания алюминиевого наполнителя в неорганическом связующем до 45-55 масс % (что примерно соответствует соотношению 1/1), отличие от прототипа, где аналогичное соотношение составляет 1/0,6), а также за счёт того, что дополнительно к наружному слою алюминия, образующегося при механической обработке второго слоя, добавляется внутренний слой алюминия, образующийся при механической обработке первого слоя, который так же, как и наружный, является анодным материалом и выполняет протекторные свойства по отношению к материалу детали, но, находясь ближе к поверхности детали, более эффективно осуществляет электрохимическую защиту материала детали от атмосферной коррозии. При этом наружный слой алюминия, находясь в прямом контакте с агрессивной средой, становится более анодным по отношению к первому внутреннему слою алюминия, тем самым защищая этот внутренний слой алюминия от коррозии электрохимически. Таким образом, двухступенчатая электрохимическая защита стальных и алюминиевых деталей существенно повышает защитную способность покрытия.
Упрощение технологии нанесения защитного покрытия достигается за счёт того, что оба слоя покрытия формируются из раствора одного состава, что не требует перенастройки технологического оборудования.
Снижение температуры отверждения покрытия достигается благодаря выбранному опытным путем соотношений компонентов водной суспензии. Добавление в состав связующего ионов магния и силикат ионов приводит к повышению pH водной суспензии, что способствует понижению температуры, необходимой для перевода однозамещённых
фосфатов алюминия в нерастворимые двух- и трёхзамещённые фосфаты, то есть способствует понижению температуры отверждения покрытия, а также повышению адгезии.
Применение перманганат-ионов в составе связующего предотвращает образование водорода в процессе нанесения покрытия, что позволяет применять композиционное покрытие длязащиты от коррозии высокопрочных сталей.
Введение в состав связующего неорганических силикатов натрия или калия способствует улучшению адгезионных свойств получаемых покрытий вследствие образования золя кремниевой кислоты, являющейся дополнительным вяжущим средством.
Предлагаемый ступенчатый режим тепловой обработки позволяет равномерно по всей поверхности и без образования пузырей высушить и прокалить покрытие.
Защитное композиционное покрытие наносят следующим образом. На деталь из стали любым способом (напылением, окунанием, кистью, валиком и т.д.) наносят слой суспензии (составы суспензий приведены в таблице 1) и проводят ступенчатую термообработку с нанесённым слоем покрытия, и механическую обработку детали с нанесённым слоем покрытия. В процессе термообработки происходит удаление кристаллизационной воды из аморфной структуры связующего, с образованием полимерных цепей неорганических фосфатов, обеспечивающих адгезию частиц алюминиевого наполнителя к стальной подложке. Таким образом образуется структура композиционного покрытия, содержащая стеклообразную аморфную фазу связующего и металлическую фазу, состоящую из сферических частиц алюминия, диаметром от 1 до 10 микрон. При этом, обладая пластичностью, алюминиевые частицы, при наложении внешнего давления, существенно уплотняются, при этом снижается пористость композиционного покрытия. Уплотнение частиц способствует появлению электрического контакта
между алюминиевыми частицами и подложкой, что обеспечивает электрохимическую защиту композиционного покрытия.
Предпочтительно проводят термообработку следующим образом: сначала сушат на воздухе, а затем выдерживают при температуре 60-80 °С и окончательно термоотверждают покрытие при температуре 180-220 °С с выдержкой при данной температуре в течение 40-120 минут.
Термообработанный таким образом первый слой подвергают пескоструйной обработке корундовым порошком дисперсностью 100-150 мкм и давлении от 2 до 3 бар до появления электропроводности покрытия. Аналогичным образом наносят и обрабатывают второй слой.
Для предотвращения вздутий и отслаиваний покрытия первую ступень термообработки рекомендуется провести в воздушной печи при температуре 60-80 °С в течение 10-20 минут. При более высоких температурах первой ступени наблюдается резкое отщепление кристаллизационной воды из структуры покрытия, что может приводить к вздутию и отслаиванию покрытия.
Механическую обработку первого и второго слоя полированием после их тепловой обработки осуществляют до появления электропроводности 1,4- 1,6 См, обеспечивающей электрохимическое взаимодействие покрытия и подложки.
Примеры осуществления.
Состав для нанесения защитного композиционного покрытия раствора готовили следующим образом. При непрерывном перемешивании и нагреве до 110 °С в концентрированную ортофосфорную кислоту добавляется гидроокись алюминия. После растворения порционно добавляется окись магния в виде водной суспензии. Реакцию ведут до образования прозрачного раствора. После чего в отдельной таре готовиться водный раствор силиката натрия или калия и небольшими порциями, при непрерывном перемешивании добавляется в реакционную смесь. После получения однородного раствора, нагрев прекращают, а
связующего охлаждают до комнатной температуры. После чего неорганическое связующее доводят дистиллированной водой до удельной плотности 1,20-1,30 г/см3. В полученный раствор добавляют перманганат калия и перемешивают до полного его растворения.
Для приготовления водной суспензии для нанесения защитного покрытия в полученный раствор вводится алюминиевый порошок с дисперсностью частиц от 5 до 10 мкм, предпочтительно выпускаемый под торговой маркой АС Д-4. Полученная смесь подвергается ультразвуковой обработке при частоте 35 кГц в течение 3 — 5 минут. После введения алюминиевого наполнителя суспензия стабильна в течение 5 часов, после чего подлежит утилизации.
Составы приготовленных суспензий приведены в таблице 1.
Для коррозионных испытаний изготовили плоские образцы размером 100x50x2 мм из стали 30ХГСА, высокопрочной мартенситностареющей стали ВКС-170ИД и конструкционной стали 20. Стальные образцы предварительно подвергали пескоструйной обработке. Состав для формирования композиционного покрытия наносили методом распыления с помощью краскопульта в два слоя. После нанесения каждого слоя в сушильном шкафу Втбегпроводили ступенчатую тепловую обработку: сушку на воздухе, а затем ступенчатое термоотверждение по режимам, указанным в таблице 2.
После тепловой обработки каждого слоя их поверхность подвергали пескоструйной обработке при давлении от 2 до 3 бар.
В качестве абразивного материала используется порошок корунда, который обладает необходимой твердостью для уплотнения композиционного покрытия, а также безопасен при проведении пескоструйных работ в промышленных условиях, в отличие от абразивных материалов, содержащих кремний, вызывающих силикоз.
Для обработки композиционного покрытия предпочтительно использовать корундовый порошок марок F100 и F120. При
использовании более крупных фракций, например, F80, пескоструйную обработку следует проводить строго при давлении не превышающую 3 бар, во избежание эрозионного износа композиционного покрытия. Обработка защитного композиционного покрытия корундовым порошком приводит к уплотнению структуры покрытия и формированию электропроводного покрытия
Для подбора режима пескоструйной обработки защитного композиционного покрытия измеряли электропроводность поверхности согласно ГОСТ 27333.
При обработке защитного композиционного покрытия при 2 бар электропроводность покрытия составляет 1,4 См.
Увеличение давления при пескоструйной обработке до 3 бар позволило получить покрытие с электропроводностью 1,6 См, что говорит о получении более плотной структуры, снижении пористости покрытия и, как следствие, повышение защитной способности защитного композиционного покрытия.
При давлении ниже 2 бар не образуется достаточно плотная структура композиционного покрытия.
Для определения адгезии защитного композиционного покрытия согласно ГОСТ 31149 на стальные плоские образцы размером 100x50 мм наносилось двухслойное защитное композиционное покрытие общей толщиной 50-60 мкм. Режущим инструментом наносилась сеткапараллельных царапин с расстоянием между надрезами 1 мм с последующим отрывом липкой ленты с адгезионной прочностью 2,4 Н/см.
Защитное композиционное покрытие обладает высокой адгезией к низколегированным углеродистым сталям, что подтверждено результатами испытаний, приведенными в таблице 2. Сколов и отслаиваний покрытия не наблюдается. Незначительное снижение адгезионных свойств наблюдается при снижении температуры отверждения до 180 °С.
Образцы с покрытиями, полученными предлагаемым способом и способом-прототипом, были испытаны методом ускоренных коррозионных испытаний в камере соляного тумана по ГОСТ 9.308-85 при температуре 33-37 °С при непрерывном распылении нейтрального 5 %-ного раствора хлористого натрия.
Из результатов испытаний, приведённых в таблице 2, видно, что предлагаемый способ получения защитного композиционного покрытия обеспечивает высокую защитную способность деталей из низколегированных сталей и сталей мартенситностареющего класса. На фигуре 2 наблюдается потемнение образца, связанное с коррозионными процессами алюминиевого наполнителя. Продуктов коррозии стали, в том числе в области нарушения покрытия, не наблюдается, что свидетельствует о высокой защитной способности композиционного покрытия и об анодном характере защиты. Покрытия, полученные по прототипу, обладают в 3 раза меньшей защитной способностью.
Таким образом, предложенное изобретение значительно упрощает технологию получения покрытия и позволяет наносить покрытие на стальные детали с высокой защитной способностью.
Таблица 1. Составы водных суспензий
Таблица 2. Режимы прокаливания и свойства полученных покрытий.
Claims
1. Способ получения защитного композиционного покрытия на стальной детали, включающий в себя последовательное нанесение на поверхность детали двух слоев покрытия, каждый из которых образуется нанесением суспензии алюминиевого порошка в растворе неорганического связующего методом окрашивания, термоотверждение детали с нанесённым слоем покрытия, и механической обработкой детали с нанесённым слоем покрытия, отличающийся тем, что суспензия алюминиевого порошка в растворе неорганического связующего приготовлена из следующих компонентов, мае. %: гидроксид алюминия - 1,2- 1,6, раствор 85 %-ной ортофосфорной кислоты - 4, 7-5, 5, оксид магния - 0,12 - 0,16, перманганат калия 0,25-0,33, алюминиевый порошок - 45,0-55,0, силикат натрия или силикат калия — 0,25-0,37, дистиллированная вода — остальное, причем неорганическое связующее доводят дистиллированной водой до удельной плотности 1,20-1,30 г/см3, при этом после термоотверждения проводят дополнительную обработку корундовым порошком при давлении от 2 до 3 бар.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоотвержение каждого слоя покрытия осуществляют следующим образом: сначала проводят сушку на воздухе, после этого проводят термообработку в воздушной печи при температуре 60-80 °С в течение 10-20 мин и затем при температуре 180-220 °С в течение 40-120 минут.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202180038268.2A CN115917043A (zh) | 2020-03-27 | 2021-03-26 | 在钢零件上产生保护性复合涂层的方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020112655A RU2737838C1 (ru) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | Способ получения защитного композиционного покрытия на стальной детали |
| RU2020112655 | 2020-03-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021194385A1 true WO2021194385A1 (ru) | 2021-09-30 |
Family
ID=73792736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2021/000129 WO2021194385A1 (ru) | 2020-03-27 | 2021-03-26 | Способ получения защитного композиционного покрытия на стальной детали |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115917043A (ru) |
| RU (1) | RU2737838C1 (ru) |
| WO (1) | WO2021194385A1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1560621A1 (ru) * | 1988-02-22 | 1990-04-30 | Военно-воздушная инженерная Краснознаменная академия им.проф.Н.Е.Жуковского | Способ нанесени защитных покрытий |
| RU2036978C1 (ru) * | 1993-05-18 | 1995-06-09 | Евгений Григорьевич Иванов | Способ нанесения защитного покрытия на детали |
| US6074464A (en) * | 1998-02-03 | 2000-06-13 | Sermatech International, Inc. | Phosphate bonded aluminum coatings |
| US20100288158A1 (en) * | 2008-03-28 | 2010-11-18 | Praxair S.T. Technology, Inc. | High Temperature Resistant Coating Compositions |
| RU2510716C2 (ru) * | 2012-07-25 | 2014-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ нанесения защитного покрытия на стальные детали |
| RU2627823C2 (ru) * | 2011-12-19 | 2017-08-11 | Праксэйр С.Т. Текнолоджи, Инк. | Водная суспензия для получения тепловых и от воздействия внешних условий барьерных покрытий и способы их получения и применения |
| RU2714007C2 (ru) * | 2015-03-13 | 2020-02-11 | Праксайр С.Т. Текнолоджи, Инк. | Бесхроматные керамические композиции для нанесения покрытий |
-
2020
- 2020-03-27 RU RU2020112655A patent/RU2737838C1/ru active
-
2021
- 2021-03-26 WO PCT/RU2021/000129 patent/WO2021194385A1/ru active Application Filing
- 2021-03-26 CN CN202180038268.2A patent/CN115917043A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1560621A1 (ru) * | 1988-02-22 | 1990-04-30 | Военно-воздушная инженерная Краснознаменная академия им.проф.Н.Е.Жуковского | Способ нанесени защитных покрытий |
| RU2036978C1 (ru) * | 1993-05-18 | 1995-06-09 | Евгений Григорьевич Иванов | Способ нанесения защитного покрытия на детали |
| US6074464A (en) * | 1998-02-03 | 2000-06-13 | Sermatech International, Inc. | Phosphate bonded aluminum coatings |
| US20100288158A1 (en) * | 2008-03-28 | 2010-11-18 | Praxair S.T. Technology, Inc. | High Temperature Resistant Coating Compositions |
| RU2627823C2 (ru) * | 2011-12-19 | 2017-08-11 | Праксэйр С.Т. Текнолоджи, Инк. | Водная суспензия для получения тепловых и от воздействия внешних условий барьерных покрытий и способы их получения и применения |
| RU2510716C2 (ru) * | 2012-07-25 | 2014-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ нанесения защитного покрытия на стальные детали |
| RU2714007C2 (ru) * | 2015-03-13 | 2020-02-11 | Праксайр С.Т. Текнолоджи, Инк. | Бесхроматные керамические композиции для нанесения покрытий |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2737838C1 (ru) | 2020-12-03 |
| CN115917043A (zh) | 2023-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102232758B1 (ko) | 크롬-무함유 실리케이트-기재 세라믹 조성물 | |
| JP6636036B2 (ja) | クロメートフリーセラミックコーティング組成物 | |
| EP0933446B1 (en) | Phosphate bonded aluminum coating compositions, coatings and coated products | |
| EP1096040B1 (en) | Chromate-free phosphate bonding composition | |
| US20150183998A1 (en) | Chromate-free ceramic coating compositions | |
| EP2921534A1 (en) | Inorganic paint composition, and method for forming inorganic paint film by using same | |
| CA2410075A1 (en) | Process for making chemically bonded composite hydroxide ceramics | |
| Bhardwaj et al. | Corrosion and fire protective behavior of advanced phosphatic geopolymeric coating on mild steel substrate | |
| CA2242095A1 (en) | Phosphate bonding composition | |
| CN115335549A (zh) | 具有降低的固化温度的无铬酸盐陶瓷组合物 | |
| KR20120129368A (ko) | 무기 도료 조성물 및 이를 제조하는 방법 | |
| TW459023B (en) | White rust protective pigment and process for the manufacture thereof | |
| RU2737838C1 (ru) | Способ получения защитного композиционного покрытия на стальной детали | |
| KR100371554B1 (ko) | 내식성이 우수한 다크로 피막 코팅용 피막조성물 | |
| Zhou et al. | Effect of substrate surface modification on alumina composite sol–gel coatings | |
| EP0259748A2 (en) | Corrosion preventing pigment and composition | |
| Idamayanti et al. | Improvement of erosion resistance of alumina-phosphate ceramic coating on mild steel by SiC addition | |
| TR2022017034T2 (tr) | Bir çelik parça üzerinde bir koruyucu kompozit kaplama üretmeye yönelik yöntem. | |
| KR101935776B1 (ko) | 강재 구조물 도장재 조성물 및 이를 이용한 강재 구조물 도장 공법 | |
| JPS63175078A (ja) | 金属表面処理組成物 | |
| JP7142498B2 (ja) | 金属材料用表面処理剤並びに、表面処理被膜付金属材料及びその製造方法 | |
| JP2001295071A (ja) | 鋼板前処理方法 | |
| RU2119514C1 (ru) | Фосфатная краска | |
| CN117089229A (zh) | 水性无机涂料、无机涂层及其制备方法、组件与汽车 | |
| JPS6113510B2 (ru) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21776473 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 202217061288 Country of ref document: IN |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21776473 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |