Реферат: Технические новшества в эмалировочном производстве

Создание безгрунтовых эмалей для эмалирования стальных листов значительно растет, хотя и приносит множество проблем. Неоднократно повторялись нанесения эмали на металлическую поверхность для снижения коэффициента расширения. Эмалирование должно быть направлено на улучшение процесса адгезии и на высокое химическое сопротивление против коррозии в жидкой среде. Долгое время не могли определить необходимое количество компонентов, которое задавали бы необходимые свойства. Большое внимание уделяется основным компонентам, которые входят в состав эмали и их влиянию на свойства эмалевых покрытий, в особенности на значение их коэффициента расширения.

В начале это было большой проблемой потому, что у компонентов эмали коэффициент расширения значительно увеличен из-за уменьшения химического сопротивления. При разработке эмалирования Cr-Niстали, решением этой проблемы является увеличение химического сопротивления и улучшение процесса эмалирования. При этом чтобы установить коррозионную среду использовали 20 % хлорной кислоты. Две эмалевые среды, каждая из которой содержала разное количество оксида кремния, оксида бора, щелочных металлических оксидов и фторидов, функционировала, как начальная точка в исследовании влияния различных компонентов эмали при эмалировании нержавеющей стали (см. табл.1)

Составы обеих эмалей были взяты с литературы. Все эти эмали плавятся при температуре 830,850,880 ⁰ С в каждом случае 4-7 минут.

Первая эмаль используется при эмалировании водонагревателей.

Вторая - используется в качестве химической стекловидной эмали. В обоих случаях главным является процесс сцепления оксидов эмали с металлической поверхностью.

Таблица 1.1 Название

Оксиды	Эмаль для водонагревателей (моль. %)	Химически стойкие Стекловидные эмали (моль. %)
SiO2	54.2	68.9
B2 O3	11.3	1.5
Al2 O3	0.5	2.3
Li2 O	1.6
Na2 O	12.0	18.0
K2 O
RO	4.6	1.6
TiO2	3.5	2.8
ZrO2	3.5	1.1
ZnO	0.9
F	5.3
Оксиды сцепления	2.1	2.1
ТКЛР	74	95
T g [0 C]	471	498
T G [0 C]	575	593

Покрытия на основе этих эмалей имеют пористую поверхность при эмалировании на границе со стальной поверхностью. Вне образования этой поверхности, где образуются кристаллы, на эмалированных водонагревательных баках снижается коэффициент расширения. По этой причине состав исходных компонентов эмали для водонагревательных баков подбирают так, чтобы увеличить коэффициент расширения. Это достигается уменьшением содержания оксида хрома и щелочных металлов.

Большое влияние на коэффициент термического расширения в ряду щелочных металлов оказывает оксид калия. Кроме того, большое содержание щелочных металлов снижает вязкость эмали, этот факт приводит к лучшему качеству эмалевого покрытия. Однако влияние на стандартную эмалевую поверхность было различным в ряде щелочных оксидов. Эта относительная особенность следует из состава металлической поверхности, которая может предотвращать увеличение суммы оксидов калия и оксидов лития. Сумма оксидов калия ведет к уменьшению поверхностного натяжения и химического сопротивления, а сумма оксидов лития его увеличивает.

Так как безгрунтовые эмали не имеют широкого практического применения, то очень трудно до конца изучить поведение этого покрытия при различных условиях и факторов действующих на него.

Также еще одной важной характеристикой является химическая стойкость стекловидной эмали (см. табл.3). В этих аппаратах эмаль не имела разделения на кристаллы при плавлении, и после охлаждения. Преимуществом этой эмали является высокий коэффициент расширения и высокая пористая поверхность по сравнению с эмалью для водонагревателей.

Было установлено, что маленькое содержание оксидов калия и лития хотя и приводит к сглаживанию поверхности в эмалях для водонагревателей, в случае с эмалями для химической аппаратуры не дало желаемого результата, так как не была использовано большее содержание необходимых оксидов. Так же изменения содержания оксида лития не было выполнено по причине увеличения ползучести эмали при соприкосновении с границей металлической поверхности. Улучшением этого процесса является то, что в эмали заменяют количество оксида кремния на такое же количество оксида бора. С одной стороны коэффициент расширения увеличивается, а с другой уменьшается. Значения относительной вязкости и поверхностного натяжения обеих эмалей приведены в таблице 3. Эмаль, нанесенная на не цветную поверхность, еще отторгается с границы металлической поверхности.

Далее в эмаль добавлялся оксид молибдена, который уменьшает поверхностное натяжение и изменяет схему проведения эмалирования.

Полученные эмали показывают безупречную поверхность, соприкасаясь с границей металлической поверхности. Кроме того исследования химического сопротивления в различных эмалях значительно улучшилось в сравнении с промышленными фриттами. Сильная связь эмали с металлическим листом при эмалировании была изменена исходя из проведенных тестов. Номер иглы контакта располагался между 5-10, это говорило о том, что эмаль тесно соприкасается с листом.

Для получения сведений о механизме сцепления эмали на Cr-Niсталь в фазе на границе сталь/эмаль были изменены концентрации и вид оксидов, непосредственно участвующих в процессе прилипания.

В этой работе рассматривается влияние на процесс адгезии как оксидов кобальта и никеля, так и влияние оксидов серебра и меди. Эти оксиды имеют просто небольшую эффективность сцепления со стандартную эмаль. Но, несмотря на это они были использованы при эмалировании как оксиды сцепления. Эти оксиды были добавленные к плавящейся группе оксидов сцепления свободного эмалирования в процентах 0,65; 1.30; 2.60 моля в каждом случае.

На графике 1 показаны результаты измерений прилипания в зависимости от температуры плавления эмалированных проб с 0,65 и 2,60 (1,30) молей оксидов сцепления. Свободный от налипания оксид эмали только показывает хорошее соприкосновение в очень ограниченной степени (830⁰ С, в течении 4 минут). Улучшение адгезии было достигнуто добавлением оксидов сцепления почти во всех образцах. Следует отметить, что эффективность действия разных оксидов различна.

Тогда как сцепление влияло только на небольшие положительные измерения, при этом сильно увеличилось содержание CoOи концентрация NiOдо 2,6 %. Добавление CuOи Ag₂ Oне участвующий в адгезии оксид эмали приводит также к улучшению механизма при высокой температуре. Однако оба эти оксида имеют, в сущности, маленькую производительность. Увеличение концентрации Ag₂ Oтакже проводит к улучшению адгезии, аналогично увеличением концентрации CoOи NiO, которые содержит образец. Если снова увеличить концентрацию CuOс 0,65 до 2,60 мол. %, то результатом будет уменьшение сцепления и температуры плавления. На пример сравнили эмали которые содержат CuOв количестве 0,65 мол % с другими эмалями участвующими в прилипании. Все это было зафиксировано с помощью электронного луча с 1,3 мол %. Характеризовали Co, Cuи Agпри помощи кривой линии терпящей изгибание подобному типичному изгибанию. Богатые на адгезию компоненты в фазе на границе сталь/эмаль имеются в образцах, концентрация в этом случае остается постоянной.

Из графика 2 видно, что наилучшее прилипание происходит при участии компонентов содержащих Cuи Ag. Ag₂ Oи CuOв небольшом количеств и оксидов кобальта и никеля, которые задерживаются на границе раздела фаз. Кроме того, следует ответить, почему увеличение содержания CuOс 0.65 до 2.60 молей приводит к уменьшению прилипаемости эмали (смотри график 1). Причиной является увеличение вязкости эмали при увеличении содержания CuO. Поэтому более высокая температура горения необходима для равномерного протекания процесса адгезии. По этой причине смягченное поведение эмалей было более точно рассмотрено в зависимости от вида и концентрации оксидов сцепления посредством электромикроскопии (смотри табл.4). Производя это, было рассмотрено изменение прямоугольного образца при нагреве. Состояние образца при смягчении характеризуется такими точками как точка сжатия, точка смягчения, точка шара, точка полушария и точка течения. Из таблицы 4 нужно понимать, что интервал смягчения эмалей перемещается к более высокой температуре при добавлении 2.60 молей CuO. Однако прилипание оксидов CoOи Ag₂ Oне влияет на поведении смягчения. Интервал смягчения также сдвигается к более высокой температуре при концентрации NiO› 2.60 моля. На графике 1 угол контакта для измерения влажности эмалей показан в зависимости от температуры, вида и концентрации оксидов прилипания. Чем больше угол контакта, тем хуже влажность.

Поведение влажности трудно изменяется содержанием NiOв интервале горения (между 830 и 880 C). В случае CuO, происходит значительное уменьшение влажности, на поверхности хром \никелевой стали при эмалировании. Контактные углы составляют 70-49 градусов в интервале горения. В нижней части графика формы образца, содержащие 2.60 молей оксида никеля и оксида меди, показаны в точке шара. Образец эмали содержащей оксид меди имеет форму отличную от образца содержащего оксид никеля в точке шара. Поскольку образец, содержащий оксид никеля влияет на шар, то образец, содержащий оксид никеля вытекает.

Составы эмалей:

Требования к эксплуатационным характеристикам безгрунтовым эмалевым покрытиям полученных электростатическим нанесением.

Химическая стойкость.

Химическая стойкость является одним из важнейших свойств большей части эмалей. Для практических целей она часто оказывается решающим параметром.