Обмазка для защиты металлических поверхностей

3 4 ИЗОбрЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К области ПОЛУЧЕНИЯ керамических материалов, отличающихся высокой химической стойкостью и предназначенных для защиты металлических поверхностей от воздействия агрессивных сред в химической,нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности, где неизбежен контакт поверхности аппаратов, труб и других металлических конструкций с парами и растворами кислот, смесей кислот и щелочей.Известна обмазка для защиты металлических поверхностей, содержащая термитную смесь из алюминия, кремния, оксида железа (Ш) И хотя бы одну из добавок, выбранную из ряда Сч 1 О, МпО, МпО 2 ( 1 ).Известна также обмазка для защиты металлических поверхностей, содержащая термитную смесь из, по крайней мере, одного металла, выбранного из ряда Мг, А 1,1, Са, Тй, Ст, Ре, ЪН, Си, 2 г и их сплавов и соединений (2).Основным недостатком известных технических решений является образование в результате синтеза герценита. Наличие его в керамическом слое является следствием незавершенности окислитепьно-восстановительной реакции между Ре 2 О 3 и А 1,Герценит, как известно (3), имеет недостаточно высокую химическую стойкость и подвергается разрушению в условиях высокой кислотности. Для уменьшения содержания РеО в синтезируемой керамике в шихту вводятся порошки Мг, 1 (1) или Сч 2 О 3, МпО, МпО 2 (2). Однако, и в таких случаях полностью избавиться от присутствия герценита в продуктах реакции не удается. Повышая прочность и вязкость керамического слоя на металллической основе, герценит снижает его коррозионную стойкость.Полученная обмазка имеет следующие характеристики плотность 1,2 г/см и прочность 3,8-8,9 МПа (2), Наиболее близким техническим решением является состав покрытия,наносимого на металлические заготовки, содержащий алюминий, оксидный наполнитель и жидкое стекло. В качестве оксидного наполнителя могут быть использованы оксиды хрома, оксиды кремния, оксид молибдена или оксид титана или других металлов ( 4).В основу изобретения положена задача разработать обмазку для защиты металлических поверхностей, стойкую к химическим агрессивным средам.Задача решается тем, что в обмазке для защиты металлических поверхностей,содержащей экзотермическую смесь, включающую алюминий, оксид хрома, оксид кремния, оксид молибдена или оксид титана согласно изобретению в качестве оксидаХрОМЗ ИСПОЛЬЗУЮТ ХРОМИТОВУЮ руду, а В качестве ОКСИДЗ КрЕМНИЯ - кварцит ПрИоксид молибдена (П) или оксид титана (17) 1-3Использование в шихте вместо РедОз и СчдОз хромитовой руды, основу которой составляет хромшпинелид (Мз, Ре) (Сг,А 1, Ре)2 О 4 приводит к тому, что синтезированный материал имеет структуру шпинели-хромит РеСг 2 О 4 или Ре(СгРе),О 4. Отличительной особенностью хромита (и хромшпинелид), который как и герценит в своей структуре содержит РеО, является его высокая химическая стойкость. Высокая температура плавления хромита 225 С по сравнению с герценитом 1440 С (3), отражает его более сильную химическую связь и, как следствие, стойкость к воздействию агрессивных сред.Высокая химическая стойкость материала обусловлена присутствием хрома,который в форме оксида легко образует твердый раствор с оксидом Ре. Образование именно такого сложного оксида (Ре, Сч),О 3 на поверхности железа или стали,легированной хромом, обеспечивает его коррозионную стойкость. Более того,присутствием в такой пленке А и 1 усиливает ее защитные действия. Поэтому материал, основу которого составляет хромит, полученный из шихты, содержащей хромитовую руду, по своему составу и структуре должен иметь высокую химическую стойкость.Соотношение компонентов в обмазке подобрано экспериментально и любые отклонения от них приводят к ухудшению качества покрытия.Так, содержание алюминия менее 10 мас. хромитовой руды более 77 мас. приводит к тому, что термитная смесь либо не горит, либо не полностью протекает окислительно-восстановительный процесс. Содержание А 1 свыше 17 мас., а хромитовой руды менее 67 мас. приводит к сильному оплавлению или к образованию корунда в синтезированном покрытии, что является нежелательным,т.к. корунд, хотя и стоек в кислых средах, при последующем взаимодействии с воздухом разрушается вследствие кристаллизации, образовавшегося в процессе взаимодействия с серной кислотой, сернокислого алюминия, который присоединяет воду с увеличением объема. Следствием этого является снижение кислотостойкости3. Введение кварцита, состоящего более, чем на 90 из оксида кремния (П), и7 8 пористость материала. Верхний предел содержания кварцита обусловлен, во первых, интенсивностью реакции, которая падает с увеличением содержания наполнителя,а во-вторых уровнем Щелочестойкости синтезированного материала большое количество стекла на основе оксида кремния (П) с примесями Щелочнь 1 х металлов,переходящими в него из хромитовой руды, снижает Щелочестойкость покрытия. Нижний уровень использования кварцита определяется степенью заполнения расплавом пустот и пор для обеспечения достаточно высокой плотности, низкой пористости и водопоглощения.Введение оксида молибдена (ГМ) способствует повышению механической прочности покрытия, в том числе и при повышенных температурах. Во время синтеза МоО 3 растворяется в расплавленном оксиде кремния и при остывании выступает в роли центров кристаллизации, за счет чего упрочняется структура готового покрытия. С этой же целью можно использовать оксид титана. Но при содержании МООЗ и ТЮ, свыше 3 мас. происходит полная кристаллизация и снижается прочность покрытия, а при недостаточном количестве этих оксидов менее 1 мас. степень кристаллизации стеклофазы недостаточна, что также сказывается на прочности материала покрытия.При указанном соотношении компонентов шихты синтез протекает во всем объеме порошковой смеси. Полученный материал состоит, в основном, из одной или двух шпинелей с параметрами решетки а 18,079 Ао, А 28,141 А или близким к ним. Параметр решетки исходного шпинелида а 8313 А. В небольшом количестве фиксируется аморфная составляющая, -1 О 2, Сг и твердый раствор Ре-Сч. Оксид алюминия, образующийся в процессе синтеза, в составе получаемого материалла не фиксируется, если его количество не велико и он полностью растворяется в хромшпинелиде. АКоличество шпинелей (одна или две) в синтезированном материале определяется градиентом температур по объему наносимого покрытия и степенью разогрева его в процессе синтеза. Известно, что хромшпинелид при нагревании до начала синтеза частично распадается с выделением сначала РеО часть которого окислятся до ге,о, и растворяется обратно в решетке хромшпинелида. Затем из него выделяется Сч 2 О 3, который, вступая в реакцию с А 1, определяет начало синтеза алюминия с хромитовой рудой. В результате образуется Сч и А 12 О 3. Корунд хорошо растворяется в Сч 2 О 3 хромшпинелида, поэтому в свободном состоянии он, либо совсем не регистрируется, либо содержится в материале покрытия в очень малом количестве. Равномерность прогрева обмазки до начала синтеза и в ходе егообеспечивает полноту преобразования исходного хромшпинелида вДля получения защитного керамического покрытия готовится смесь порошков с содержанием составляющих компонентов в мас. 15-А 1, 70-хромитовая руда, 135102, 2-Мо 03. После смесь тщательно перемешивают, увлажняют водой (до 5 сверх 100 веса порошка). Химический состав, использованной хромитовой руды,приведен в таблице 1. Получаемая масса наносится на металлическую поверхность,например, (сталь 3) равномерным слоем, просушивается при 5 О-60 С, в течение 3 часов и затем помещается в печь, нагретую до 950-98 ОС. Прогреваясь до температуры печи, обмазка на подложке воспламеняется и после завершения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза образец вынимается из печи. В процессе синтеза происходит частичное фазоразделение. Восстановленный металл стекает к поверхности металлической подложки, способствуя сцеплению покрытия с металлической поверхностью. Синтезированный керамический материал имеет следующие характеристики (см, табл. 2) пористость - 0,8, водопоглощение - 1,6,прочность на сжатие - 30 МПа, кислотостойкость в серной кислоте различной концентрации Х 99992, Х 70985 Х 3095 в смеси кислот серной и 4 азотной Х 98,83, щелочестойкость в 10 растворе МаОНХ 100,1.Остальные примеры выполнены аналогично примеру 1, но с различным содержанием компонентов. Характеристики полученного покрытия приведены вПредлагаемый материал ИМССТ ВЫСОКИС ЭКСПЛУЗТЗЦИОННЫС характеристики ПОмеханической прочности, а также по химической стойкости в серной кислоте разной концентрации, и смеси ее с азотной кислотой, и в щелочи (10 ЫаОН). Таблица 1Химический анализ хромитовой руды (концентрат Кемпирсайского месторождения), мас.