СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЯХ
COMPOSITION FOR OBTAINING PROTECTIVE COATING ON STEEL PARTS

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химической поверхностной обработке, и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации во всеклиматических условиях, в том числе при повышенных температурах до 450°C.
Известен состав для получения защитного алюмофосфатного покрытия на стальных деталях, содержащий (мас.%): ортофосфорную кислоту - 14, хромовый ангидрид - 3,5, оксид магния - 2,5, вода - 38, алюминиевый порошок марки АСД-4 - 42 (авторское свидетельство SU №1560621).
Недостатком данного состава является то, что для повышения коррозионной стойкости покрытия требуется дополнительная обработка в растворе дигидрофосфата натрия, при этом для повышения водостойкости получаемой пленки необходима более высокая температура отверждения покрытия (250-700°C).
2
3
4
2
2
3
Известен состав для нанесения защитного покрытия на стальные детали, состоящего из двух слоев. Первый слой наносится из суспензии, содержащей в качестве наполнителя порошок алюминия или его сплавов. В суспензии в качестве связки применяется состав, содержащий компоненты, мас.%: ортофосфорная кислота 10-27, хромовый ангидрид 3-10, 30%-ный раствор перекиси водорода 2-8, оксид кремния в виде аэросила 2-8, оксид магния 1-3, вода 81,8-43 при SiO/HPO=0,2-0,3, 30%-ный HO/CrO=0,4-0,8 (патент SU №2036978).
Недостатком данного состава является низкий уровень защитных свойств покрытия, так как в суспензии отсутствует шестивалентный хром - в процессе приготовления он полностью переведен в трехвалентный. Кроме того, требуется нанесение двух слоев композиции разного состава.
3
4
2
3
4
2
2
3
Известен также состав для нанесения стеклокерамической пленки на металлические детали, включающий компоненты при следующем соотношении, мас.%: ортофосфорная кислота 10-27, хромовый ангидрид 3-10, 30%-ный раствор перекиси водорода 2-8, аэросил 2-8, оксид магния 1-3, магний, или алюминий, или сумма магния и алюминия 0,8-2, вода 81,2-42 при отношениях Al+Mg/HPO=0,07-0,08, SiO/HPO=0,2-0,3, 30%-ный HO/CrO=0,4-0,8 (патент SU №1835129).
Недостатком данного состава является то, что состав применяется для нанесения защитных покрытий только на алюминидную поверхность или на поверхность, покрытую алюмофосфатным слоем, и не рекомендован для нанесения на сталь.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав для получения покрытия для защиты деталей из сталей, никелевых и титановых сплавов от солевой и фреттинг-коррозии и контактного износа, содержащий ингредиенты при следующем соотношении, мас.%: алюмохромфосфатное связующее - 30-35, вода - 12-18, хромовый ангидрид - 2-3, дисилицид молибдена - остальное.
Такое покрытие подвергается сушке при комнатной температуре, затем в воздушной печи по режиму: подъем температуры от комнатной до 150°C с выдержкой при этой температуре в течение 30 минут, затем подъем до 500°C с выдержкой в течение 30 минут; охлаждение с печью до 100°C (патент SU №2349681).
Недостатком данного состава является низкая защитная способность получаемого покрытия из-за его катодного характера, пористости, а также необходимости подъема температуры до 500°C при термообработке покрытия.
Технической задачей настоящего изобретения является создание состава для получения защитного покрытия на стальных деталях для защиты от коррозии при эксплуатации изделий во всеклиматических условиях, в том числе при повышенных температурах до 450°С.
Это достигается тем, что в состав для получения защитного покрытия, включающий алюмохромфосфатное связующее, хромовый ангидрид, наполнитель и воду, в качестве наполнителя вводят порошок алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алюмохромфосфатное связующее
30-35
хромовый ангидрид
5-10
вода
12-18
порошок алюминия
остальное
Порошок алюминия должен иметь фракцию до 10 мкм.
Известно, что введение в состав алюминия придает покрытию анодный характер. Однако оксидная пленка на поверхности алюминиевых частиц приводит к смещению потенциала алюминия в положительную сторону и снижению его протекторных свойств.
Известно, что введение в состав небольших количеств хромового ангидрида (2-3% по массе) позволяет ввести алюминиевый порошок в состав без растворения.
Авторами установлено, что введение дополнительного количества хромового ангидрида приводит к растворению оксидной пленки и пассивации поверхности алюминиевых частиц, что сохраняет электрический контакт между частицами алюминия и высокие протекторные и, следовательно, защитные свойства покрытия. Повышенное количество хромового ангидрида (до 5-10% по массе) пассивирует сталь, предотвращая ее растворение в процессе нанесения покрытия, а также повышает защитные свойства покрытия, так как хромовый ангидрид является ингибитором коррозии.
Кроме того, авторами установлено, что взаимодействие алюминия с алюмохромфосфатным связующим приводит к снижению температуры отверждения и повышению водостойкости покрытия. В этом заключается существенное отличие предлагаемого изобретения от прототипа.
Примеры осуществления
Для приготовления состава использовали следующие компоненты:
алюмохромфосфатное связующее (АХФС) по ТУ 6-18-166-83;
хромовый ангидрид, чда по ГОСТ 3776-78;
дистиллированная вода по ГОСТ 6809;
порошок алюминия марки АСД-4 или АСД-6 по ТУ 48-5-226-87.
Порядок приготовления состава следующий: навеску алюмохромфосфатного связующего разбавили водой, затем ввели хромовый ангидрид и тщательно перемешали водный раствор АХФС до полного его растворения. Затем полученный раствор нагрели до 40-60°C, ввели в него навеску алюминиевого порошка и тщательно перемешивали в течение 5-10 мин. В таком виде раствор готов для нанесения покрытия. Составы приготовленных композиций приведены в таблице 1. Следует отметить, что составы 1, 2, 3 содержат алюминиевый порошок марки АСД-4, а состав 4 - порошок марки АСД-6.
Таблица 1
Наименование компонентов
Содержание компонентов в составе
1
2
3
4
Алюмохромфосфатное связующее
30
32,5
35
32,5
Хромовый ангидрид
5
7,5
10
7,5
Дистиллированная вода
12
15,0
18
15,0
Порошок алюминия марки АСД-4
53
45,0
37
-
Порошок алюминия марки АСД-6
-
-
-
45,0
На плоские образцы размером 100×50×2 мм из стали ВКС-170ИД и на образцы размером 20×40×2 мм из стали 30ХГСА после пескоструйной обработки кистью наносили два слоя покрытия предлагаемого состава общей толщиной 40-60 мкм. После нанесения проводили сушку на воздухе, а затем в воздушной печи по режиму: сначала при 60°C в течение 15 минут, затем при 200°C в течение 30 минут.
Для сравнения свойств покрытий на образцы из стали 30ХГСА наносили одно- и двухслойное покрытие по прототипу, затем проводили сушку покрытия на воздухе с последующей термообработкой в воздушной печи нагревом от комнатной температуры до 150°C с выдержкой при этой температуре в течение 30 минут, затем подъем до 500°C с выдержкой в течение 30 минут; охлаждение с печью до 100°C.
Образцы с покрытиями по прототипу и предлагаемому изобретению были испытаны методом ускоренных коррозионных испытаний в камере солевого тумана по ГОСТ 9.308-85 при температуре 33-37°C при непрерывном распылении нейтрального 5% раствора хлористого натрия. Были испытаны как образцы с предварительным прогревом при 450°C в воздушной печи в течение 10 ч, так и без него (результаты приведены в таблице 2). Кроме того, была определена водостойкость покрытий по убыли в весе образцов с покрытиями при кипячении в дистиллированной воде в течение 3 и 6 часов (результаты приведены в таблице 3).
Таблица 2
Марка стали
Вид покрытия
Кол-во слоев
Толщина покрытия,мкм
Время появления продуктов коррозии стали, ч
без прогрева
с прогревом
ВКС-170 ИД
предлагаемое
2
40-50
>720
>850
по прототипу
1
8-10
24
24
30ХГСА
предлагаемое
2
40-50
>720
>850
по прототипу
1
8-10
24
24
2
20-25
72
72
Таблица 3
Вид покрытия
Количество слоев
Толщина покрытия, мкм
Убыль в весе образцов (г/м<sup>2</sup>) при кипячении в течение
3 ч
6 ч
предлагаемое
2
40-50
0,19-0,5
0,19-0,54
по прототипу
1
9-10
разрушение покрытия 50-90%
Из приведенных результатов в таблицах 2 и 3 видно, что предлагаемый состав позволяет получать покрытие с хорошей водостойкостью и высокой защитной способностью. Покрытие, полученное из состава по прототипу на основе алюмохромфосфатного связующего, хромового ангидрида, воды и дисилицида молибдена, обладает низкой защитной способностью и практически не обладает водостойкостью, так как произошло его частичное растворение, разрушение и отслаивание на большей части поверхности образцов.
Таким образом, предлагаемый состав позволяет получить защитное покрытие на стальных деталях для защиты от коррозии при эксплуатации изделий во всеклиматических условиях, в том числе при повышенных температурах до 450°C.