Стекло и эмали

В настоящее время выпускается стальное и чугунное оборудование с защитными антикоррозионными эмалевыми покрытиями для химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности. Несмотря на высокую надежность чугунного оборудования, относительный объем его производства сокращается из-за более низких экономических показателей.

6.2.2 Эмали для кислых сред

Для защиты оборудования, работающего в кислых растворах, по В.В. Варгину следует использовать эмали состава, % по массе: 64--69 SiO₂, 5--6 TiO₂, 3--4 В₂О₃, 0--5 CaO, 19--22 Na₂O и 3--4 фтора на 100 ч. по массе эмали. Выбор подобного состава обусловлен необходимостью обеспечить не только антикоррозионные свойства, но и бездефектность покрытия, при этом решающим фактором является низкая вязкость при температуре обжига. При исследовании коррозии эмалевых покрытий, в том числе в автоклавных условиях, было установлено, что определяющим фактором является содержание кремнезема. Максимальная устойчивость эмали в кислых растворах достигается при содержании SiO₂ 70--75 % по массе и подавлении структурных преобразований -- кристаллизации и ликвации путем использования полищелочного эффекта и целенаправленного выбора соотношения других компонентов, обеспечивающих низкую вязкость эмали при температуре обжига покрытия. В этом случае можно обеспечить работоспособность покрытия в кислых средах при температурах до 250°С и соответствующих давлениях. В последние годы особенно актуально создание покрытий, работоспособных в средах со значениями рН от 1 до 14, так называемых кислотощелочестойких эмалей.

Достаточные термомеханические свойства покрытия обеспечиваются при введении 10--15 % кристаллических наполнителей при формировании покрытия. Во многих случаях эмалевое покрытие должно работать при высоких механических, абразивных и термических нагрузках. В таких случаях применяют стеклокристаллические -- ситаллизированные--покрытия, термомеханические характеристики которых в 1,5--2,5 раза выше, чем у стекловидных эмалей.

Сопоставление составов стекловидных и стеклокристаллических эмалей для химической аппаратуры позволяет заметить существенные различия. В случае стекловидных эмалей выбор компонентов и их соотношения обеспечивает, возможно, более однородную структуру покрытия. Характерно использование как высококремнеземистых, так и многоциркониевых составов. В стеклокристаллических эмалях соотношение компонентов и введение инициаторов кристаллизации (P₂О₅ и др.) вызывает процессы ликвации и объемной кристаллизации при формировании покрытия или дополнительной термической обработке. Составы стекловидных эмалей и технология их нанесения обеспечивают низкую скорость коррозии покрытия в водных растворах--0,1--0,2 мм/год. Стеклокристаллические покрытия имеют микронеоднородную структуру, обеспечивающую торможение разрушения на границе раздела фаз, что определяет повышение термомеханических свойств, но в то же время и увеличение скорости коррозии. В большинстве случаев в этих эмалях кристаллизуются несколько фаз: модификации кремнезема, мета- и дисиликат лития, рутил и др. Кристаллизация идет во время обжига, поэтому структура покрытия зависит от скорости нагрева и охлаждения. Исключением являются эмали: содержание, % по массе 55-58 SiO₂ , 0-3 MgO, и др. Во время обжига в эмали протекает лишь процесс ликвации, а при дополнительной термической обработке одна из фаз кристаллизуется в форме неупорядоченного твердого раствора со структурой кварца. Такое течение структурных преобразований обеспечивает однородную микрогетерогенную структуру покрытий с размером кристаллов менее 0,1 мкм. Во многих случаях устойчивость к коррозии материала с такой микронеоднородностью мало отличается от устойчивости стекловидных покрытий, уступая им в щелочных средах, но превосходя в солевых расплавах.

6.2.3 Жаростойкие покрытия

При формировании жаростойких покрытий на легированных сталях и сплавах в основном используют малощелочные или бесщелочные бариевосиликатные эмали. В покрытие стремятся ввести возможно большее количество тонкодисперсных огнеупорных наполнителей. Это требует очень тонкого измельчения эмали при изготовлении шликера и проведения высокотемпературного обжига в защитной газовой среде. Подобная технология приемлема лишь для очень ответственных изделий. То же относится и к формированию защитных покрытий жаростойких металлов, для которых наиболее перспективно формирование покрытий с заданными свойствами на основе процессов диффузии.

6.2.4 Эмали для легких сплавов

Для эмалирования легких сплавов необходимо использовать легкоплавкие эмали.

Свинецсодержащие и фосфатные эмали для легких сплавов широкого распространения в настоящее время не имеют. В качестве примеров титаносиликатных эмалей приведены составы: наиболее легкоплавкой 0.5-1.5 LiO, 20-25 К₂О; и наиболее химически стойкой 20.8 Al₂O₃, 20.8 Na₂O эмалей. Различное соотношение компонентов при достаточно близком составе отражает возможность управлять свойствами покрытия путем изменения структурных преобразований в эмали при ее обжиге на металлическом изделии. Таким образом, как и в технологии стекла, управление структурными преобразованиями в эмали является наиболее рациональным путем совершенствование эмалевых покрытий.