Введение к работе
Актуълыюстъ^мы. В условиях рыночной экономики в связи с острым дефицитом и режим подорожанием металлов значительно возросла необходимость их защиты от высокотемпературной коррозии. К числу металлов, нуждающихся в защите, относятся и нихромо-вые сплавы, успешно применяемые для изготовления электронагревателей. Эффективным способом защиты электронагревателей от высокотемпературных воздействий является нанесение жаростойких ситалло-вых покрытий, технология которых предусматривает обжиг' при температурах, незначительно отличающихся от температуры их эксплуатации, что обусловливает прочное сцепление покрытий с подножкой в течение заданного ресурса, а также стабильность физико-химических свойств покрытий и коррозионную стойкость защитных сплавов. Разработка ситаллового покрытия требует решения целого ряда вопросов, связанных с природой, механизмом и кинетикой процесса фазовыделе-ния в его стекломатрице, что возможно при получении точных сведений о характере физико-химических процессов ситаллизации. Главным фактором, обеспечивающим высокую рееурсность покрытий, является их прочность сцепления с металлом, которая обусловлена структурой и фазовым составом как покрытия, так и контактного слоя "металл-покрытие". В связи с этим особый научный интерес представляет разработка механизма сцепления системы "нихром-покрытие".
Все это предопределяет актуальность настоящей работы, посвященной синтезу жаростойкого ситаллового покрытия для нихромовых сплавов типа Х20Н80, Х20Ш0 - II с цезтыо зашиты их от коррозии, а также исследования механизма сцепления композиции "нихром-покрытие".
Данная диссертационная работа выполнена в Новочеркасском государственном техническом университете на кафедре технологии керамики, стекла и вяжущих веществ (ТКС и ВВ) в соответствии с постановлением ГКНТ СССР №265 от 28.07.87 г. по программе 0.36.02. "Создать и освоить производство жаропрочных химически стойких неорганических неметаллических конструкционных материалов",- а также согласно темам (государственный бюджет и хозяйственные договора) по научному направлению "Разработка теоретических основ ресур-
сосберегающих технологий новых тугоплавких неметаллических и силикатных материалов: композиционных, керамических, стекломатериа-лов и вяжущих".
Цеіщордбртьі является разработка ресурсного жаростойкого ситаллового покрытия дая защиты от высокотемпературной газовой коррозии и выявление физико-химических особенностей сцепления системы нихром-покрытие.
Для осуществления поставленной цели исследования проводили в следующих направлениях:
исследование области и особенностей сїеююобразования в многокомпонентной" системе RxO - А120.) - SiOa - ТЮ2 (R - Ii*", Na*', К+, Mg2+, Са2+, Da11) для синтеза жаростойких ситалловых покрьпгий;
изучение влияния оксидов Li30 и TiOj на структуру и свойства стекломатриц;
установление режима ситаллизации стекломатриц;
вьшвление особенностей структуро- и фазообразоваиия ситаллизи-рованных стекломатрнц;
синтез жаростойких ситалловых покрытий для нихромовых сплавов, включающих стекломатрицы, полученные на основе системы RxO -АЬОз - Si02 - Ti02 (R - Li*, Na*, К+, Mg21", Са2*, Ba2*), с добавкой оксидов -наполнителей NiO, СоО, 1VU1O2 и Гс^Оз;
изучение зависимости ресурсности и прочности сцепления покрытий от их состава и технологических факторов синтеза и эксплуатации;
установление структуры и фазового состава покрытий и их контактных слоев с нихромовым сплавам с целью выявления физико-химических особенностей формирования композиции нихром-покрытие.
Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Установлена зависимость стеклообразования в системе RxO - А1203 -Si02 - ТІО2 (R = Li+, Na*, К+, Mgu, Са?\ Ва**) от комплексного содержания добавок RzO и RO и температуры начала размягчения стекломатриц для ресурсных жаростойких ситалловых покрытий, работающих при 1000... J150 С. Показано, что оптимальные составы стекломатриц находятся в следующих областях содержания оксидов, мае. %: SiCh -
30...50; ЛЬОз - 20...30; Е MgO + СаО + ВаО - 0...20; ї. Lb,0 + Na?.0 + КгО-0...15; Ті02-0...15.
-
Установлены закономерности кристаллизации стекол в интервале 500...1000 С. Выявлено, что ситалловая структура формируется в стеклах из области близкой оптимальному составу, мас. %: SiOx - 37,90; А1эОз - 26,60; MgO - 2,00; СаО - 12,10; ВаО - 2,00; КгО - 4,80; Li20 -7,30; TiO-j - 7,30, - при двухступенчатой термообработке: її = 530; іг ~ 960 С в течение xt -"= \2 - 2 часа.
-
Выявлено влияние фазового состава и структуры стеклокрнсталли-ческих материалов на свойства жаростойкой стекломатрицы, позволившее рассчитать оптимальный состав стекломатрицы с повышенными значениями физико-химических свойств. Показано, что при образовании ситаяловон структуры, «кдточаЕОщей твердые растворы тина nCa?Ab.Si07 + mCaxMgShO? и воллаекмеит - CaSiOj, значения свойств возрастают: плотность (d) от 2700 до 31.50 кт/м3; микротвердосп» (Н) от 4000 до 10200 МПа; TIUIP - от 115 до 135 \04V; t„.P. от 720 до 1020 "С.
-
Выявлена зависимость прочности сцепления системы нихром-покрытие от фазового состава и структуры как коїггактного слоя между ними, так и покрытия: в результате гетеровадентных реакций форми-Р5іотся соедикеїни NiFc2C)4, КсАцО^, РеСггОд, которые наряду с CajAhSiCh, CaSiOj и остаточной стекдофазой предопределяют высокую прочность сцепления и повышенную ресурсность жаростойкого ситаллового покрытия дли нихромовых апекгронагрсвателей..
-
Научно-техническая новизна подтверждена разработкой состава жаростойкого ситаллового покрытия для нихромовых элекгронатрева-телей (А.с. №1805101 ).
Пракі'ическая_ненность рабош .заключается в следующем:
разработан состав стекломатрицы жаростойкого ситаллового покрытия;
установлены режимы ситаллшащш стекол;
разработана технология применения нового состава защитного жаростойкого ситаллового покрытия в промышленных условиях;
проведены длительные (до ! года) опытно-промышленные испытания покрьпия на Лмсьвенском металлургическом заводе, позволившие
рекомендовать разработанное покрытие к внедрению с экономическим эффектам -5160758,6 тыс. руб/год в расчете на одну печь. Автор защищает:
выявленные области и условия стеклообразования в системе RxO -АШз - Si02 - ТЮ, (R == Li\ Ш\ Г, Mg2+, Са* Da2t);
особенности формирования фаз и структуры в етекломатрицах и покрытиях при ситалпизации;
физико-химические особенности сцепления системы нихром-покрытие, предопределяющие необходимую прочность композиции;
результаты онытно-нромьииденных испытаний, доказывающие: возможность применения системы RjO - Alj03 - Si02 - ТЮ2 (R = Li+, Na+, K+, Mg**, Саг\ Вагі) для синтеза стекломатриц защитных жаростойких покрытий, а также эффективность внедрения разработанного защитного ситаллового покрышя для цихромовых сплавов от высокотемпературной газовой коррозии.
Агпдрі>аиия,р.аботьі. Материалы диссертации докладывались и
обсуждались на Всесоюзных конференциях: "Фундаментальные иссле
дования и новые технологии в строительном материаловедении"
(г. Белгород, 1989 г.); 14-м Всесоюзном совещании по жаростойким по
крытиям (г. Одесса, 1989 г.); "Физико-химические проблемы материа
ловедения н новые технологии" (г. Белгород, 1991 г.); "Перспективные
направления развития науки и технологии силикатов и тугоплавких
неметаллических материалов (г. Днепропетровск, 1991 г.); XV и XVI со
вещаниях по жаростойким и защитным покрытиям (г. С.-Пегербург,
1992 и 1995 гг.); Международной научно-технической конференции
"Стекяоэмали и жаростойкие покрытия для металлов" (г. Новочер
касск, 1993 г.); 9-й Международной конференции Молодых ученых но
химии и химической технологии "МКХТ-95" (г. Москва, 1995 г.); еже
годных научно-технических конференциях профессорско-
преподавательского состава ШТУ (НИИ) (г. Новочеркасск,
1987... 1996 гг.).
ПуШикаітиярабогьь Основные результаты исследований по теме диссертации опубхшкованы в 15 печатных работах, в том числе одном авторском свидетельстве - а. с. №1805101 от 9.10.92 г.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, библиографического описания литературных источников (150 наименований), приложений; содержит 160 страниц, в том числе 19 таблиц и 28 рисунков.
