Захисне технологічне склопокриття

Реферат: UA 84920 U UA 84920 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до процесу виробництва тугоплавких неметалевих матеріалів, які використовуються в процесі гарячої обробки металів тиском, зокрема як захисно-мастильний матеріал. Відоме захисне технологічне склопокриття, яке включає фриту, глину, пісок тонкомелений, буру і глиноземисте волокно, яке містить волокна діаметром 3-8 мкм і довжиною 80-180 мкм і дрібнодисперсні частинки глиноземистого волокна при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: фрита 100, глина 5, пісок тонкомелений 10, бура 1, глиноземисте волокно 10-12, причому фрита має наступний склад, мас. %: SiO2 55,6-66,0; Na2O 10,7-15,6; K2О 4,6-6,0; В2О3 1,6-2,0; СаО 2,2-3,0; Со2О3 0,6-0,8; Li2О 8,5-10,0; ZrO2 4,6-5,5; SrO 1,2-1,5 (Патент РФ № 2145583, С03С 8/14, 2000 р). Це захисне покриття має підвищену зносостійкість, міцність на удар, кислотостійкість і мікротвердість. Однак наявність в його складі глиноземистого волокна з волокнами діаметром 3-8 мкм ускладнює його використання, так як ці волокна мають високу температуру плавлення і значно підвищують в'язкість, що призводить до дефектів поверхні в процесі гарячої деформації. Відоме захисне технологічне склопокриття такого складу, мас. %: SiO2 28-50; Аl2О3 5-15; ВаО 3-12; СаО 1-6; MgO 1-4; В2О3 14-45; Na2O 1-6; K2О 1-4; 2CaO·SiO2 0,1-0,5; 3СаО·Аl2О3 0,1-0,5 (Патент РФ № 2151111, С03С 8/02, 2000 р). Це покриття забезпечує захисні властивості і змочування поверхні металевих заготовок, але наявність у складі ВаО і низький вміст SiO2 сильно знижує в'язкість при нагріванні до високих температур, при гарячій деформації (1160-1200 °C), що сприяє появі дефектів на поверхні виробу через розриви плівки склопокриття з утворенням ділянок оголеного металу. Задачею корисної моделі є підвищення міцності зчеплення захисного технологічного склопокриття з металічною поверхнею та підвищення його захисних властивостей при гарячій обробці металів. Поставлена задача вирішується тим, що технологічне склопокриття, яке містить Аl2Оз, Na2O, K2О, CaO, MgO, B2O, Fe2O3, SiO2, відповідно до корисної моделі, додатково містить ZnO тa P2Os при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Аl2О3 0,5 - 7,5 Na2O 22 - 35 K2О 2-4 MgO 2-5 В2О3 2 - 10 Fe2O3 1-6 CaO 3 - 10 ZnO 0,5 - 1 Р2О5 4 - 10 SiO2 решта Відмінністю запропонованого покриття від найближчого з аналогів є додаткове введення оксидів ZnO та Р2О5 при вказаному співвідношенні компонентів. Технічним результатом від застосування запропонованого захисного технологічного склопокриття є підвищення його захисних властивостей при гарячій обробці металів. Це зв'язано з тим, що введення ZnO в поєднанні з MgO, CaO і P2O5, дозволяє отримати поліефект лужноземельних оксидів, що знижує кристалізаційну здатність склопокриття і дозволяє плавно регулювати в'язкість. Це сприяє підвищенню захисних властивостей склопокриття, а введення Р2О5 дозволяє підсилити поліефект за рахунок впровадження іону фосфору в кристалічну структуру і посилює міцність зв'язку. До того ж введення ZnO збільшує міцність склопокриття на розтяг і зміцнює захисну плівку. Вказане усуває утворення ділянок оголеного металу через розриви захисної плівки, перешкоджаючи утворенню дефектів на поверхні виробу. Удосконалення захисної дії зв'язано з тим, що оксид кремнію (SiO2) створює непереривний, сітчастий, структурний каркас, в який ізоморфно вбудовуються катіони алюмінію (Аl2О3), створюючи єдиний алюмосилікатний каркас. В2О3 є склоутворюючим оксидом і нарівні з Аl2О3 та SiO2 може створювати структурну сітку, сприяючи отриманню суцільного захисного покриття. Введення Na2O і K2О сприяє ослабленню зв'язків в структурній сітці і покращує розтікуваність покриття за рахунок зниження в'язкості. ZnO вводиться в захисне склопокриття для підвищення міцності. Перевищення його кількості більше 1 % не дозволяє отримати суцільного покриття після нагріву, зменшення кількості нижче 0,5 % не сприяє зміцненню покриття. Введення Р2O5 в кількості 4-10 % обумовлене тим, що нижня межа дозволяє забезпечити необхідну міцність зчеплення 1 UA 84920 U 5 10 15 склопокриття з поверхнею металу, а його збільшення понад 10 % значно розрихлює структурну сітку і знижує міцність зчеплення. Для приготування захисного технологічного склопокриття використовували сировинні матеріали за наступними ДСТУ: SiO2 вводили кварцовим піском ДСТУ 22551; СаО - крейдою ДСТУ 17498; MgO - оксидом магнію ДСТУ 4526; Аl2О3 - глиноземом ДСТУ 30558; K2О - поташем ДСТУ 10690; В2О3 - борною кислотою ДСТУ 18704; Fe2O3 - оксидом заліза ДСТУ 8136; Р2О5 триполіфосфатом натрію ДСТУ 13493; Na2O - кальцинованою содою ДСТУ 5100; ZnO цинковими білилами ДСТУ 202. Сировинні матеріали попередньо висушували до вологості не більше 2 %, подрібнювали до фракції менше 0,5 мм і ретельно змішували. Покриття варили в алундових тиглях в силітовій печі при температурі 1400 °C протягом однієї години. При задовільній пробі "на нитку" склопокриття зливали на металеву плиту 1 після охолодження подрібнювали до фракції менше 0,063 мм. З подрібненої склофрити, рідкого скла 3 щільністю 1,26-1,3 г/см і води готували шликер сметаноподібної консистенції. Були отримані зразки захисного технологічного склопокриття зі вмістом компонентів, що відповідають заявленим, а також вихідними за межі, що заявляються, і склад по найбільш близькому з аналогів. Зазначені склади представлені в таблиці 1. Таблиця 1 Склади випробуваного захисного технологічного склопокриття Компоненти, мас., % Аl2О3 Na2O K2О MgO В2О3 Fe2O3 СаО ВаО 2CaO·SiO2 2СаО·Аl203 ZnO Р2О5 SiO2 1 0,45 21 1,9 1,95 1,85 0,88 2,95 0,4 3,9 Решта 2 0,5 22 2 2 2 1 3 0,5 4 Номер випробуваного складу 3 4 5 4 7,5 7,7 30 35 35,4 3 4 4,2 4,5 5 5,1 5 10 10,1 3,5 6 6,3 7 10 10,3 0,7 1 1,05 6 10 10,2 6 10,0 3,5 2,5 0,9 15,8 3,7 3,5 7,5 0,3 0,3 40,4 Примітка: № 2, № 3, № 4 - пропоновані склади; № 1, № 5 - склади зі співвідношенням компонентів, які виходять за пропоновані межі; № 6 - склад, що відповідає найбільш близькому з аналогів 20 25 Підготовлене захисне технологічне склопокриття наносять занурюванням на поверхню, попередньо знежирених оксидом магнію, зразків зі сталі 12 × 18Н10Т розміром 20×40×x5 мм, і висушують при 120°. Для визначення стану покриття на зразках виконують візуальний огляд. Потім зразки на шамотних підставках поміщають в піч для високотемпературного нагріву до 1200 °C протягом 15 хвилин. Після цього їх витягають із печі і охолоджують на повітрі. Результати проведених досліджень наведені в таблиці 2. Таблиця 2 Результати досліджень № склад 1 Стан покриття на зразках Наявність окалини Якість Міцність під покриттям поверхні металу до випалу після випалу зчеплення, Дж Тонке, не окремі прогари 1,9 в місцях прогарів вдави, риски рівномірне 2 UA 84920 U Продовження таблиці 2 2 3 20 25 30 Товсте, бугристе 6 15 Рівномірне 5 10 Рівномірне 4 5 Рівномірне Не рівномірне суцільне, блискуче суцільне, блискуче суцільне, блискуче 2,3 немає без дефектів 2,4 немає без дефектів 2,1 немає без дефектів точкові розриви 1,7 дрібні точки риски, вдави значні розриви 1,3 значна кількість численні дефекти При цьому якість захисту визначають візуально. Захисну здатність покриття оцінюють за станом поверхні охолоджених зразків і по наявності прогарів. Міцність зчеплення захисного технологічного склопокриття з металом визначали за ДСТУ 4765 шляхом удару бойка радіусом 9 мм під вантажем 1 кг по поверхні зразка з покриттях і подальшим розрахунком енергії удару. Енергія удару менше 2 Дж припускає слабке зчеплення. Аналіз даних представлених в таблиці 2 показав, що склади 1 і 5, що виходять за пропоновані межі, не дозволяють отримати на поверхні металу рівномірне покриття. Так склад 1 при підготовці шлікера рідкий і наноситься тонким шаром, що не забезпечує достатньої товщини для отримання рівномірного покриття. В результаті після нагрівання спостерігаються окремі прогари, що сприяє утворенню окалини в цих місцях і появі вдавлень і рисок на поверхні в процесі гарячої деформації. Цьому сприяє і слабка міцність зчеплення технологічного склопокриття з поверхнею металу (1,9 Дж). Склад 5 при нанесенні дає товстий і бугристий шар, який в процесі нагрівання веде до появи точкових розривів склопокриття і знижує міцність зчеплення до 1,7 Дж, що призводить до появи дрібних точок окалини і появи рисок і вдавлень. Пропоноване захисне технологічне склопокриття склади 2, 3, 4 дозволяють отримати високу міцність зчеплення (2,1-2,4 Дж). Покриття наноситься рівномірно, а після нагрівання стає суцільним і блискучим. Окалина під покриттям відсутня і дефекти на поверхні металу після гарячої деформації не спостерігаються. Склад 6, за прототипом, при нанесенні дає товсте і нерівномірне покриття. Після нагрівання в покритті спостерігаються значні розриви і низька міцність зчеплення (1,3 Дж). Все це призводить до утворення значної кількості окалини під покриттям і появі численних дефектів у вигляді вдавлень і рисок. Таким чином, використання запропонованого захисного технологічного склопокриття забезпечує підвищення захисних властивостей склопокриття при нагріванні і дозволяє вести бездефектну гарячу деформацію металу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Захисне технологічне покриття, що містить оксиди алюмінію (Al2O3), натрію (Na2O), калію (K2О), магнію (MgO), бору (В2О3), заліза (Fе2O3) кальцію (СаО) і кремнію (SiO2), яке відрізняється тим, що додатково містить ZnO і Р2О5 при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Аl2О3 0,5-7,5 Na2O 22-35 K2О 2-4 MgO 2-5 В2О3 2-10Fe2O3 1-6 СаО 3-10 ZnO 0,5-1 Р2О5 4-10 SiO2 решта. 3 UA 84920 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4