ЖАРОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ
HEAT-RESISTANT COATING

Изобретение относится к материалам для защиты деталей газотурбинных двигателей (камера сгорания, стабилизаторы, створки, проставки и др.) из высокожаропрочных никелевых сплавов от высокотемпературной газовой коррозии в процессе эксплуатации при температуре 1200°С, используемых в авиационной технике и в машиностроении.
Жаропрочные сплавы при высоких температурах имеют тенденцию к активному окислению, в связи с чем для повышения сопротивляемости сплавов высокотемпературной газовой коррозии эффективны защитные эмалевые покрытия, регламентирующие процесс окисления металла при высоких температурах. Необходимыми условиями эффективной защиты сплавов являются: высокие эксплуатационные характеристики покрытий при рабочей температуре, такие как термостойкость, температуроустойчивость, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.
2
2
3
2
3
2
2
3
2
4
2
2
2
3
2
2
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
3
2
3
4
Известно жаростойкое покрытие следующего химического состава, мас.%: SiO 20,0-33,0, ВО 4,0-5,0, AlО 7,0-8,0, ВаО 7,0-8,0, СаО 4,0-5,5, MgO 0,5-1,5, TiO 1,0-2,2, CrО 15,0-17,0, минеральное комплексное соединение на основе SiO 5,0-6,0, полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8, кремнийорганическая смола 11,5-12,5 ксилол 10,0-11,0, SiB 1,5-2,5, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiO содержит, мас.%: SiO 56,25-58,05, AlО 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, КО 2,5-2,6, NaО 0,6-0,7, TiO 1,6-1,8, SO 0,15-0,25, FeО 0,8-1,0 или SiO 35,25-40,05, AlО 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, KО 2,5-2,6, NaО 0,6-0,7, TiO 1,6-1,8, SO 0,15-0,25, FeО 0,8-1,0, SiB 18,0-21,0 (Патент РФ №2273609).
Недостатком известного покрытия является то, что оно работоспособно и имеет высокие эксплуатационные характеристики при температурах не выше 1000°С.
2
2
2
3
2
3
2
2
2
3
2
3
2
2
2
3
2
2
3
2
3
2
2
2
2
2
3
2
3
2
1
1
1
Известно покрытие, имеющее следующий химический состав, мас.%: фритта А: SiO 35-50, ВО 3-10, AlО 0-5 и/или SbО, RO 0-5, R О 15-30, TiO 20-30, ZnO 0,1-10, FeО 0-10, CrО, NiO, MnO, CoO и/или CuO, фритта В: SiO 40-60, BО 3-10, AlО 10-25, RO 10-30, R О 0,1-10, FeО 0-10, CrО, NiO, MnO, CoO и/или CuO, где RO включает MgO, СаО, SrO и/или ВаО, a R О NaО, КО и/или LiО, сырьевые материалы, выбранные из группы: кварц, полевой шпат, оксид циркония, волластонит, нефелин, сиенит и другие, а также необходимые количества добавок из группы FeО, СгО, NiO, MnO, CoO, CuO, TiO и их смесей (Патент ЕР №0948466).
2
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
5
2
2
2
3
2
2
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
3
2
3
4
Известно жаростойкое покрытие следующего химического состава, мас.%: SiO 20,0-36,0, ВО 4,0-5,0, А1О 5,0-6,0, ВаО 5,0-6,0, СаО 2,0-4,0, MgO 0,5-1,5, TiO 1,5-2,5, CrО 15,0-17,0, минеральное комплексное соединение на основе SiO 5,0-6,0, NaО 4,0-5,0, PO 1,0-2,0, полиметилфенилсилоксан 0,5-0,8,кремнийорганическая смола 11,5-13,2, ксилол, при этом минеральное комплексное соединение на основе SiOсодержит, мас.%: SiO 56,25-58,05, AlО 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, КО 2,5-2,6, NaО 0,6-0,7, TiO 1,6-1,8, SO 0,15-0,25, FeО 0,8-1,0 или SiO 35,25-40,05, AlО 34,3-35,1, СаО 1,0-1,2, MgO 1,0-1,1, КО 2,5-2,6 NaО 0,6-0,7, TiO 1,6-1,8, SO 0,15-0,25, FeО 0,8-1,0, SiB 18,0-21,0 (Патент РФ 2239616).
Известные составы покрытий для жаропрочных никелевых сплавов обладают пониженными температуроустойчивостью, термостойкостью и прочностью сцепления со сплавами при рабочей температуре 1200°С.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаростойкое покрытие состава, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
38,0-52,6
В<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
6,0-7,5
Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
18,0-20,0
ВаО
7,0-9,0
СаО
3,5-7,5
MgO
0,9-2,0
TiO<sub>2</sub>
2,5-4,0
Cr<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
4,0-5,5
минеральное комплексное соединение
5,5-6,5
на основе SiO<sub>2</sub>
2
При этом минеральное комплексное соединение на основе SiOсодержит, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
56,25-58,05
А1<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
34,3-35,1
СаО
1,0-1,2
MgO
1,0-1,1
К<sub>2</sub>О
2,5-2,6
Na<sub>2</sub>О
0,6-0,7
TiO<sub>2</sub>
1,6-1,8
SO<sub>3</sub>
0,15-0,25
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
0,8-1,0
или
SiO<sub>2</sub>
35,25-40,05
Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
34,3-35,1
СаО
1,0-1,2
MgO
1,0-1,1
K<sub>2</sub>О
2,5-2,6
Na<sub>2</sub>О
0,6-0,7
TiO<sub>2</sub>
1,6-1,8
SO<sub>3</sub>
0,15-0,25
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
0,8-1,0
SiB<sub>4</sub>
18,0-21,0
(Патент РФ п №2163897)
Недостатком прототипа также является пониженная температуроустойчивость, термостойкость и прочность сцепления со сплавами при рабочей температуре 1200°С.
Технической задачей изобретения является создание жаростойкого покрытия с повышенной температуроустойчивостью, термостойкостью и прочностью сцепления для жаропрочных никелевых сплавов при температуре эксплуатации 1200°С.
2
2
3
2
3
2
2
3
2
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложено жаростойкое покрытие, содержащее SiO, ВО, AlО, ВаО, СаО, MgO, TiO, CrО, минеральное комплексное соединение на основе SiO, химического состава, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
56,25-58,05
Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
34,3-35,1
СаО
1,0-1,2
MgO
1,0-1,1
К<sub>2</sub>О
2,5-2,6
Na<sub>2</sub>О
0,6-0,7
TiO<sub>2</sub>
1,6-1,8
SO<sub>3</sub>
0,15-0,25
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
0,8-1,0
или
SiO<sub>2</sub>
35,25-40,05
Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
34,3-35,1
СаО
1,0-1,2
MgO
1,0-1,1
K<sub>2</sub>О
2,5-2,6
Na<sub>2</sub>О
0,6-0,7
TiO<sub>2</sub>
1,6-1,8
SO<sub>3</sub>
0,15-0,25
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
0,8-1,0
SiB<sub>4</sub>
18,0-21,0
4
2
которое дополнительно содержит SiB и ZrO при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
21,0-36,6
В<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
5,0-6,7
Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
34,0-40,0
ВаО
6,3-7,0
СаО
4,0-5,0
MgO
0,9-2,0
TiO<sub>2</sub>
0,5-0,9
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,5-5,0
SiB<sub>4</sub>
0,2-0,4
ZrO<sub>2</sub>
5,0-7,0
указанное минеральное комплексное
4,0-5,0
соединение на основе SiO<sub>2</sub>
Авторами установлено, что введение борида кремния и оксида циркония при заявленном соотношении и содержании компонентов жаростойкого покрытия упрочняет структуру покрытия за счет образования боросиликатного стекла, армированного частицами борида кремния и оксида циркония, что повышает его температуроустойчивость, прочность сцепления, термостойкость при температуре эксплуатации 1200°С.
Примеры осуществления
Покрытие получали по шликерно-обжиговой технологии путем размола компонентов в шаровой мельнице в течение 50-52 ч с последующим нанесением полученного шликера на образцы сплава ВЖ171 и обжигом в электропечи при температуре 1200-1220°С.
2
Составы предлагаемого покрытия №1, 2, 3 и прототипа №4 приведены в таблице 1. Составы минерального комплексного соединения на основе SiO приведены в таблице 2.
Свойства предлагаемого покрытия и покрытия-прототипа приведены в таблице 3.
Анализ результатов свидетельствует о том, что в сравнении с покрытием-прототипом на жаропрочном сплаве при температуре эксплуатации 1200°С у предлагаемого покрытия соответственно повысилась температуроустойчивость в 3 раза, прочность сцепления в 1,2 раза, термостойкость в 1,5 раза.
Применение предлагаемого покрытия обеспечивает работоспособность деталей из жаропрочного сплава при температуре эксплуатации 1200°С, повышение надежности работы деталей с покрытием.
Таблица 1
Составы предлагаемого покрытия и покрытия-прототипа
№ п/п
SiO<sub>2</sub>
В<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
ВаО
СаО
MgO
TiO<sub>2</sub>
Cr<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Минеральное комплексное соединение на основе SiO<sub>2</sub>
SiB<sub>4</sub>
ZrO<sub>2</sub>
1
21,0
6,7
40,0
7,0
5,0
2,0
0,9
5,0
5,0
0,4
7,0
2
36,6
5,0
34,0
6,3
4,0
0,9
0,5
3,5
4,0
0,2
5,0
3
30,3
6,0
36,0
6,5
4,5
1J
0,7
4,0
4,5
0,3
5,5
4прототип
48,6
6,0
20,0
7,0
5,5
0,9
2,5
4,0
5,5
-
-
Таблица №2
Составы минерального комплексного соединения на основе SiO<sub>2</sub>
№ п/п
Компоненты, в масс.%
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>Оз
СаО
MgO
К<sub>2</sub>О
Na<sub>2</sub>О
TiO<sub>2</sub>
SO<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
SiB<sub>4</sub>
1
56,25
35,1
1,2
1,1
2,6
0,7
1,8
0,25
1,0
-
2
58,05
34,3
1,0
1,0
2,5
0,6
1,6
0,15
0,8
-
3
57,30
34,65
1Д
1,05
2,55
0,65
1,7
0,20
0,9
-
4
35,25
35,1
1,2
1,1
2,6
0,7
1,8
0,25
1,0
21,0
5
40,05
34,3
1,0
1,0
2,5
0,6
1,6
0,15
0,8
18,0
6
37,30
34,55
1,1
1,05
2,55
0,65
1,7
0,20
0,9
20,0
Таблица №3
Свойства предлагаемого покрытия и покрытия - прототипа
№ п/п
Свойство
Предлагаемые составы
Прототип
1
2
3
4
1
Температуроустойчивость при 1200°С, ч
110
105
105
35
2
Прочность сцепления, %
93
95
95
80
3
Термостойкость по режиму 1200°С↔20°С, цк
70
75
70
50