Двошарові склоемалеві покриття одноразового випалу для шлікерного нанесення на сталь

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Спеціальність 05.17.11 - технологія тугоплавких неметалічних матеріалів

УДК 666.291

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ДВОШАРОВІ СКЛОЕМАЛЕВІ ПОКРИТТЯ ОДНОРАЗОВОГО ВИПАЛУ ДЛЯ ШЛІКЕРНОГО НАНЕСЕННЯ НА СТАЛЬ

Рєзнікова Вікторія Вадимівна

Харків - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут”, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Брагіна Людмила Лазарівна, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, професор кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Бабушкін Володимир Іванович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедри будівельних матеріалів та виробів кандидат технічних наук, доцент Доронін Євген Володимирович, Академія пожежної безпеки України, м. Харків, доцент кафедри пожежної профілактики в населених пунктах.

Провідна установа:

Український державний хіміко-технологічний університет, кафедра технології кераміки та скла, Міністерство освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться “ 21 ” червня 2002 р. о 15 00 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.050.03 в Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.

Автореферат розісланий “ 17 ” травня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сахненко М.Д.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть теми. Однією з найважливіших науково-технічних задач, що поставлено перед промисловим комплексом України, є енергозбереження. Рішенням цієї задачі стосовно такого енергоємного виробництва, як емалювання виробів з чорних металів, зокрема, сталевої побутової техніки, сантехніки та архітектурно-будівельних деталей, є створення і впровадження енерго- та ресурсозберігаючих технологій, а також склоемалей зі зниженою температурою випалу.

До таких новітніх технологій належить спосіб одноразового випалу водночас грунтового та покрівного емалевих шарів, що відомий як “2 шари / 1 випал”, який отримав широке розповсюдження за кордоном завдяки не тільки його значній економічності й екологічності, а й високій якості та конкурентоспроможності емальованої продукції. Однак успішна реалізація цієї технології з нанесенням покриттів електростатичними та електрофоретичними способами потребує використання багатокоштовного обладнання для нанесення покриттів у полі високої напруги, спеціальних склофрит на основі дефіцитних компонентів, а також строгої технологічної дисципліни, у зв'язку з чим в Україні вона впроваджена лише на одному підприємстві (концерн “Азовмаш”) з використанням імпортної лінії електростатичного нанесення покриттів. На сьогодні в Україні та країнах СНД найбільш поширеною є традиційна технологія шлікерного нанесення емалевих покриттів з використанням окремого випалу грунтового та покрівного емалевих шарів. У зв'язку з очевидними перевагами технології одноразового випалу відразу декількох емалевих шарів та відсутністю можливості у сучасних економічних умовах України широкого промислового розповсюдження цієї технології з використанням електричного поля актуальною є розробка енерго- та ресурсозберігаючої технології "2 шари/ 1 випал" для шлікерного емалювання без використання електростатики і електрофорезу (“Combismalt”).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась за державною науково-технічною програмою Міністерства освіти і науки України 05.07 “Матерiали i технологiї для наплавлення i нанесення покриттiв”, проект 05.07/00413 ( Постанова ДКНТ України № 102 від 23.04.97.) та держбюджетною темою М 5133 “Фізико-хімічні основи ре-гульованого синтезу легкотопких стекол з високим питомим електроопором в системі R2O-RO-B2O3-Al2O3-SiO2 та процесів формування багатошарових склоемалевих покриттів одноразового випалу” за науковим напрямком 70 “Наукові основи хімічної технології створення нових неорганічних речовин та матеріалів, комплексної хіміко-технологічної переробки сировини України” (наказ Міністерства освіти і науки України № 507 від 30.10.2000 р).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка принципів отримання із шлікерів двошарових склоемалевих покриттів одноразового випалу для виробів з тонколистової сталі. Для досягнення вказаної мети необхідно було вирішити наступні задачі:

- встановити механізм формування двошарових емалевих покриттів під час одноразового випалу та фактори, що визначають їх якість;

- визначити особливості реології розплавів емалей та їх взаємодії зі сталевим субстратом при одноразовому випалі двох шарів;

- дослідити процеси газовиділення в системі метал - грунт - покрівна емаль в умовах одноразового випалу з урахуванням складу та структури вітчизняних емалювальних маловуглецевих сталей;

- розробити склад грунтової емалі для шлікерного емалювання за технологією "2 шари/ 1 випал";

- встановити способи регулювання структурно-механічних характеристик емалевих шлікерів та міцності бісквітної системи грунт - покрівна емаль;

- оптимізувати технологічні параметри шлікерного емалювання виробів з тонколистової сталі за режимом "2 шари/ 1 випал", провести дослідно-промислові випробування та розробити рекомендації щодо його промислового використання.

Об'єктом дослідження є передові енерго- та ресурсозберігаючи технології емалювання чорних металів.

Предмет дослідження - шлікерне емалювання виробів з тонколистової сталі за способом "2 шари/ 1 випал".

Методи дослідження включали вивчення процесів формування склоемалевих покриттів за режимом "2 шари/ 1 випал", структурних і фазових утворювань у них та процесів взаємодії на міжфазових межах в системі метал - грунт - покрівна емаль з використанням стандартних матеріалознавчих методик, а також математичну обробку експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів:

- встановлено особливості формування двошарових склоемалевих покриттів одноразового випалу із шлікерів без використання електричних полів високої напруги (технологія “Combismalt”) для тонколистової сталі;

вперше сформульовано комплекс факторів, що обумовлюють якість покриттів “Combismalt”: характер процесів утворення та дифузії газової фази в системі сталь - двошарове покриття з вміщуючих глину шлікерів в процесі нагріву, співвідношення товщин грунтового та покрівного бісквітних шарів, їх механічна міцність і міцність зчеплення двошарового покриття зі сталлю;

з використанням термогравіметрії показано, що основною умовою уникнення дефектів, обумовлених газовою фазою, є забезпечення рівномірного виділення газоподібних продуктів в інтервалі одноразового випалу двошарового покриття за рахунок максимального розширення температурної зони цього процесу і скорочення зони одночасного протікання реакцій газовиділення з шлікерів грунтової та покрівної емалей;

на підставі дослідження склоутворення в псевдопотрійній системі ( SiO2 + У)-(B2O3 + У)-(R2O + У), де У = Al2O3 + CoO + NiO + СаF2, й вивчення фізико-механічних властивостей модельних стекол і реологічних властивостей їх розплавів синтезована легкотопка склофрита, що призначена для використання як грунт у сполученні зі стандартною покрівною емаллю для отримання двошарового покриття “Combismalt”;

- уточнені коефіцієнти в рівнянні Деккера для розрахунку в'язкості склорозплавів за їх розтіканням ( l ), яка визначається згідно прийнятої в країнах СНД стандартної експрес-методики. На основі математичної обробки експериментальних залежностей розтікання емалевих розплавів від температури та часу витримування побудовано трьохмірні діаграми в координатах l = (Т, ф) для визначення розтікання легкотопких емалей у будь-якій температурно-часовій точці формування покриттів із них;

встановлено механізм зміцнення грунтового бісквітного шару в присутності поліфосфатного розчинного скла та оптимізовано реологичні параметри шлікерів і технологічні параметри їх нанесення, сушіння та випалу, а також співвідношення товщин цих шарів;

- з використанням рентгенофазового і енергодисперсійного мікростру-ктурного аналізу встановлено механізм формування двошарових шлікерних покриттів одноразового випалу та їх зчеплення з маловуглецевою сталлю.

Практичне значення одержаних результатів. На основі висунутих наукових положень вперше в СНД розроблено технологію емалювання тонколистової сталі з використанням двошарових емалевих покриттів одноразового випалу із шлікерів, синтезовано грунтову емаль і розроблено склад грунтового шлікера, науково-технічна новизна яких підтверджена позитивним рішенням про видачу деклараційного патенту України на винахід. Розроблена технологія та двошарове покриття, що містить як покрівний шар стандартну покрівну емаль, пройшли дослідно-промислові випробування на АТЗТ ТД “Емальзавод”, м. Харків, і рекомендовані для подальшого впровадження при виготовленні деталей побутової техніки та засобів залізничної сигналізації з тонколистової сталі. Очікуваний економічний ефект від використання розроблених покриттів і технології становить 1,63 грн / 1 м2 емальованої сталі. Отримані результати створюють передумови для використання технології “Combismalt” на емалювальних підприємствах України та країн СНД, що випускають сталеві емальовані вироби побутового та архітектурно-будівельного призначення.

Результати дисертаційної роботи впроваджено до учбового процесу при підготовці спеціалістів та магістрів за спеціальністю “Хімічна технологія тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів”.

Особистий внесок здобувача

участь у постановці задач, що вирішуються в дисертаційній роботі. Автором здійснено систематизацію та математичну обробку експериментальних даних при розробці математичних моделей властивостей стекол; вибір складів, приготування й визначення фізико-хімічних властивостей емалей та технологічних властивостей двошарових покриттів на їх основі, обробка результатів

експериментів на ЕОМ класу “Pentium”;

- підготовка публікацій та матеріалів для заявок на винахід;

- участь у підготовці методичних вказівок до експериментального обладнання для визначення плавкісних характеристик емалей та програми для обробки отриманих даних;

- підготовка та участь у проведенні промислових випробувань технології двошарового емалювання з одноразовим випалом.

Внесок співавторів спільних публікацій полягав у загальному науковому керівництві, участі в постановці завдань дисертаційної роботи та обговоренні результатів лабораторних і промислових експериментів, а також підготовці результатів роботи до опублікування.

Апробація результатів дисертації. Загальні положення дисертаційної роботи докладались та обговорювались на VI, VII, VIII Міжнародних науково-технічних конференціях “Інформацiйнi технологiї: наука, технiка, технологiя, освiта, здоров'я” (м. Харків, 1998, 1999, 2000 рр.); на науково-прак-тичній конференції “Потребительская кооперация России на пороге третьего тысячелетия” (м. Бєлгород, 1999 р.); на I Всеукраїнській конференції “Сучасні проблеми неорганічної хімії” (м. Київ, 1999 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Эффективные огнеупоры на рубеже XXI столетия” (м. Харків, 2000 р.); на Міжнародній науково-практичній конференції “Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века” (м. Бєлгород, 2000 р.); на ІІ Міжнародній технічній конференції “Композиційні матеріали” (м. Київ, 2001 р.); на III науковій конференції по колоїдній хімії та фізико-хімічній механіці природних дисперсних систем (м. Одеса, 2001 р.); на І наукових читаннях імені академіка Бережного А.С. “Фізико-хімічні проблеми керамічного матеріалознавства” (м. Харків, 2001 р.) .

Публікації. За темою дисертації опубліковано 12 робіт, в тому числі 6 - у провідних наукових виданнях за спеціальністю.

Структура дисертацiї. Дисертацiйна робота сакладається з вступу, 6 роздiлiв, висновків та 3 додатків. Повний обсяг дисертації складає 186 сторiнок, з них 17 ілюстрацій по тексту, 52 ілюстрацйї на 31 сторінках; 12 таблиць по тексту, 16 таблиць - на 16 сторінках; 3 додатка на 10 сторінках; 174 найменування використаних літературних джерел на 16 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовуано актуальність, а також наукову і практичну важливiсть питань, що складають предмет дослiдження дисертацiйної роботи, сформульовано мету й шляхи її досягнення.

У першому розділі аналізується стан питань, пов'язаних з проблемою вирішення завдань енерго- та ресурсозбереження у галузі емалювання металевих виробів, розглянуто основнi способи нанесення емалевих покриттiв на вироби з чорних металів, зокрема, з тонколистової сталі, та показано переваги новітньої технологiї “2 шари/ 1 випал”, яка дозволяє реалiзувати одноразовий випал двошарових покриттiв та забезпечує високу якiсть та конкурентоспроможнiсть виробів. Серед них найбільш переважним у сучасних економічних умовах України є використання цієї технології у сполученні зі шлікерним нанесенням емалевих шарів, що має назву “Combismalt”.

Незважаючи на широке використання закордонними пiдприємствами технології “2 шари/ 1 випал” з нанесенням покриттів у електричному полі, застосування технології “Combismalt”, що передбачає одноразовий випал двох шлікерних шарів, обмежується підвищеними вимогами до складу та властивостей, зокрема реологічних, розплавів грунтової та покрівної емалей та їх шлікерів, а також необхідністю чіткого дотримання технологічних параметрів нанесення, сушіння та випалу двошарового покриття. Інформацiя про потрiбнi для цього склоемалi дуже обмежена, а відомості про принципи синтезу та процеси їх формування в режимі “2 шари/ 1 випал” взагалі відсутні. Тому дуже важливим є встановлення комплексу факторів, що обумовлюють якість склоемалевого покриття на сталі при використанні “Combismalt”, а також особистого внеску кожного з них.

Також наведено сучасні уявлення про реологію емалевих шлікерів у залежності від їх складу та режимів приготування та показано існуючі способи зміцнення емалевих шарів після сушіння (бісквітних шарів).

Обгрунтовано необхiднiсть створення наукових основ синтезу грунтових емалей для технології “2 шари/ 1 випал" для традиційного шлікерного нанесення на базi переважно української сировини.

У другому розділі наведено обгрунтування вибору напрямку i методики дослiджень. Для синтезу стекол були застосовані матеріали марок "ХЧ" та "ЧДА". Лабораторні варки проводили в електричній печі з силітовими нагрівальними елементами в корундових тиглях. Кристалізаційну здатність стекол визначали з використанням РФА, розтікання фрит вивчали методом "сидячої краплі", інтервал топкості за методиками та на приладі ЮРГТУ. Вивчення процесів газоутворення та газовиділення з композицій фрита-глина здійснювали за допомогою ДТА на дериватографі системи Паулік-Паулік-Ердей. Маса зразку, що вивчається, становила 2,26 г. В якості еталону використовували прокалений при 1300оС оксид алюмінію. Коефіцієнт в'язкості () визначали на віскозіметрі ОРГРЭC. Міцність зчеплення покриттів зі сталлю, їх блиск та білизну визначали за ДОСТ 24405-80 та за методиками ЮРГТУ. Товщину покриттів виміряли магнітним товщиновимірювачем, реологічні параметри шлікерів визначали на мобілометрі Гартнера, хімічну та термічну стійкість покриттів - за ДОСТ 1098-93. ІЧ-спектри поглинання стекол знімали методом осадочних плівок в інтервалі частот 4000-400 см-1.

Ідентифікацію новоутворень здійснювали з використанням РФА на дифрактометрі ДРОН-2 з лічильником Гейгера при отфільтрованому випромінюванні міді. Умови зйомки: напруга на трубці 24 кВ, анодний тік - 6 мА, швидкість обертання лічильника 2 об/хв. Вивчення контактного шару на межі метал-покриття здійснювали за методом електронної мікроскопії з рентгенівським мікроаналізом на скануючому мікроскопі ISM-820 з систе-мою рентгенівського мікроскопу Link AN 10/85 S (метод EDS - енергодис-персійний рентгенівський мікроаналіз).

Математична обробка результатів проводилась на ІВМ “Pentium”.

У третьому розділі здійснено вибір псевдопотрійної системи (R2O + ) - (В2О3 + ) - (SiO2 +), де У = Al2O3 + CoO + NiO + СаF2, як базової з метою розробки грунтової фрити для одержання двошарового покриття “Combismalt” з температурою випалу не вище 840 С (рис. 1). Обгрунтовано доцільність її використання у сполученні зі стандартною покрівною титановою емаллю ЕСП-117, що широко використовується на вітчизняних підприємствах.

Ця фрита повинна бути легкотопкою, з достатньою змочувальною здатністю при температурах випалу покриття з неї, характеризуватися низькими значеннями поверхневого натягу та в'язкості при 840 С, значеннями ТКЛР в діапазоні (90-125)•10-7 К-1, які необхідні для релаксації напруг в системі метал-грунт у процесі охолодження емальованої сталі, а також міцністю зчеплення покриття зі сталлю не нижче 87-90 %.

З урахуванням вивчення склоутворення у згаданій системі та реологічних і фізико-механічних властивостей 14 складів модельних стекол (табл. 1) для подальшого дослідження динаміки їх змінення в температурному інтервалі 600-840С було вибрано 3 склади, покриття з яких мали найбільшу міцність зчеплення, необхідні значення ТКЛР та мінімальну (скло 9), середню (скло 10) й максимальну (скло 4) величини відношення поверх-невого натягу до в'язкості (у/з).

У зв'язку з відсутністю даних про склад фрит для “Combismalt” з деяким припущенням як еталонні було використано фрити R-1184 й R-1512, призначені для “2 шари / 1 випал”, але при електростатичному нанесенні. Для них, стекол №№ 4, 9, 10 й фрити стандартної покрівної емалі ЕСП-117 було визначено залежність крайового куту змочування И від температури, розраховано та експериментально визначено в'язкість з склорозплавів в інтервалі температур випалу покриттів з них, а також вивчено їх топкісні характеристики.

Оскільки експериментальне визначення коефіцієнта динамічної в'язкості з склорозплавів пов'язано, як відомо, зі значними труднощами, важливим було встановити зв'язок між з та значеннями розтікання, як величини, зворотній кінетичній в'язкості, що визначається за стандартною експрес-методикою (ДОСТ 24405-80). Для цього було використано формулу Деккера, що дозволяє визначити в'язкість розплавів емалей при температурі, для якої відома довжина l та час розтікання ф зразка емалі:

lg з = 4,47 + 2,57 lg [(ф1 - ф2)/(l1 - l2)], (1)

Для визначення в'язкісних характеристик за рівнянням (1) необхідно було отримати залежності l = f(Т) і l = f(ф) з наступною побудовою трьохмірних діаграм l = f(Т, ф) (рис. 2).

З метою підтвердження правомірності використання цих діаграм для встановлення значень розтікання склорозплавів при будь-якій температурі та часі витримування була проведена математична обробка даних про розтікання, що дозволила визначити характер їх в'язкої течії.

Характер впливу температури на розтікання склоемалей вказує на протікання трьох основних фізико-хімічних процесів (рис. 3): на ділянці А зразок має достатню міцність, й процес розтікання не відбувається;

Таблиця 1 - Хімічний склад та властивості модельних стекол і покриттів з них

1. Брагина Л.Л., Резникова В.В., Бердник И.В. Влияние влажности стеклопорошков на их сопротивление // Вестник Харьковского государственного политехнического ун-та. - Харьков: ХГПУ. - 1998. - Вып. 18. - С. 106-108.

2. Резникова В.В., Шило В.А., Павлов А.В. Стеклокерамические покрытия на основе алюмосодержащих отходов // Вестник Харьковского государственного политехнического ун-та. - Харьков: ХГПУ.- 1999. - Вып.43. - С. 135-137.

3. Резникова В.В., Брагина Л.Л. Термогравиметрическое исследование композиций фритта-глина для двухслойного шликерного эмалирования // Вестник Харьковского государственного политехнического ун-та.- Харьков: ХГПУ. - 2000. - Вып.81. - С. 55-56.

4. Резникова В.В., Брагина Л.Л. Формирование термостойких стеклоэмалевых покрытий при двухслойном шликерном нанесении // Сб. научн. трудов УкрНИИогнеупоров. - Харьков: Каравелла. - 2000. - № 100. - С. 126-131.

5. Резникова В.В., Козуб П.Н., Брагина Л.Л. Расчетно-экспериментальная методика определения вязкости эмалевых расплавов // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”.-Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2001. - Вып. 20.- С. 74-79.

6. Резникова В.В. Реология расплавов двухслойных стеклоэмалевых покрытий однократного обжига // Сб. научн. трудов УкрНИИогнеупоров. -Харьков: Каравелла.-2001.- № 101.-С. 186-190.

7. Брагина Л.Л., Синицын П.М., Бердник И.В., Безручко В.В. (Резникова) Двустадийное электростатическое эмалирование // Сб. научн. трудов ХГПУ “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье”. - Харьков: ХГПУ. - 1998. - Ч.3. - С. 14-15.

8. Брагіна Л.Л., Рєзнікова В.В., Сініцин П.М. Застосування органічних полімерів при новітній технології склоемалювання // Сб.праць. І Всеукр. конф. “Сучасні проблеми неорганічної хімії”. - К.: Центр. - 1999. - С. 123.

9. Резникова В.В., Брагина Л.Л., Головко Ю.В. Проблема упрочнения бисквитного слоя при шликерном эмалировании // Труды Междунар. научно-техн. конф. “Эффективные огнеупоры на рубеже XXІ столетия”. - Харьков: Каравелла. - 2000. - С. 42-43.

10. Брагіна Л.Л., Рєзнікова В.В., Воронов Г.К. Покриття на склополімерній зв'язці для новітньої технології емалювання “ Combismalt ” // Сб. праць. ІІ Міжнар. науково-техн. конф. “Композиційні матеріали”. - К.: НТУУ “КПІ”. - 2001. - С. 8.

АНОТАЦІЇ

Рєзнікова В.В. Двошарові склоемалеві покриття одноразового випалу для шлікерного нанесення на сталь. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 - технологія тугоплавких неметалічних матеріалів, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2002 р.

Дисертація присвячена розробці наукових основ отримання двошарових склоемалевих покриттів одноразового випалу із шлікерів без використання електричних полів високої напруги для тонколистової сталі (“Combismalt”), що відрізняються високими якісними показниками при низькій собівартості за рахунок зменшення витрат електроенергії на емалювання в результаті виключення операції окремого випалу грунтового шару.

В роботі сформульовано комплекс факторів, що визначають якість двошарового покриття “Combismalt”. Сформульовано вимоги до реологічних властивостей розплавів грунтової та покрівної емалей, необхідні для уникнення явища динактивності при сумісному випалі двох шарів, вивчено можливість та механізм зміцнення грунтового бісквітного шару в присутності поліфосфатного розчинного скла.

З використанням сучасних методів дослідження встановлено механізм формування двошарових шлікерних покриттів одноразового випалу та їх зчеплення з маловуглецевою сталлю.

Результатом роботи є розробка технології двошарового емалювання з одноразовим випалом при 820-840 С, складу грунтової фрити та грунтового шлікера, що сполучається за властивостями зі стандартною покрівною титановою емаллю.

Ключові слова: енергозбереження, двошарове емалювання, одноразовий випал, глиновміщуючий шлікер, газовиділення, реологічні властивості, “Combismalt”.

Резникова В.В. Двухслойные стеклоэмалевые покрытия однократного обжига для шликерного нанесения на сталь. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.17.11 - технология тугоплавких неметаллических материалов. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2002 г.

Диссертация посвящена разработке научных основ получения двухслойных стеклоэмалевых покрытий однократного обжига из шликеров без применения электрических полей высокого напряжения (“Combismalt”), которые отличаются высокими качественными показателями при низкой себестоимости за счет уменьшения расхода электроенергии на эмалирование в результате исключения операции отдельного обжига грунтового слоя.

В работе сформулирован комплекс факторов, определяющих качество

покрытий “Combismalt”, которые включают: характер процессов образования и диффузии газовой фазы в системе сталь - двухслойное покрытие из глиносодержащих шликеров в процессе нагрева, соотношение толщин грунтового и покровного бисквитных слоев, их механическую прочность и прочность сцепления двухслойного покрытия со сталью, - и определяются составом и свойствами стали, стеклофритт и шликеров.

Проведено комплексное исследование стеклообразования в псевдотройной системе (SiO2 + У)-(B2O3 + У)-(R2O + У), где У = Al2O3 + CoO + NiO + СаF2. Установлена роль характера и расположения перегибов на кривых температурной зависимости потерь массы композиций исследуемых стекол с глиной в формировании двухслойного покрытия, и показано, что основным условием предотвращения дефектов, обусловленных газовой фазой, является обеспечение равномерного выделения газообразных продуктов в интервале однократного обжига двухслойного покрытия за счет максимального расширения температурной зоны этого процесса и уменьшения зоны одновременного протекания реакций газовыделения из шликеров грунтовой и покровной эмалей.

Установлены критерии выбора составов грунтовой и покровной эмалей для технологии “Combismalt”, которые предусматривают большую легкоплавкость, узкий интервал плавкости, меньшие значения вязкости, плотности и более высокую смачивающую способность, растекаемость и поверхностное натяжение для грунта по сравнению с соответствующими значениями для покровной эмали. Выбрана стекломатрица для синтеза грунтовой эмали, сочетающейся по свойствам со стандартной покровной эмалью, для получения двухслойного покрытия “Combismalt”.

Показано, что наиболее эффективным способом предотвращения взаимопроникновения шликерных слоев при их последовательном нанесении является применение упрочняющих добавок в шликер. Установлен механизм упрочнения грунтового бисквитного слоя в присутствии полифосфатного растворимого стекла и оптимизированы реологические параметры эмалевых шликеров, значения толщины бисквитных грунтового и покровного слоев и температуры их совместного обжига для получения бездефектного покрытия с высокими механическими свойствами.

С использованием современных методов исследования установлен механизм формирования двухслойных шликерных покрытий однократного обжига и их сцепления с малоуглеродистой сталью, подтверждена более высокая интенсивность химического взаимодействия и протекания диффузионных процессов на границе металл - грунт при формировании покрытия “Combismalt” по сравнению с покрытием, получаемым по традиционной технологии раздельного обжига эмалевых слоев.

В результате работы разработана технология двухслойного эмалирования с однократным обжигом, состав грунта и грунтового шликера, который сочетается по свойствам со стандартной покровной титановой эмалью.

Опытно-промышленные испытания в условиях АОЗТ ТД “Эмальзавод” разработанного двухслойного покрытия, получаемого последовательным нанесением пульверизацией шликеров грунтовой и покровной эмалей с их последующим совместным обжигом при 820 - 840 0С, показали возможность эффективного использования разработанной технологии и двухслойного покрытия при эмалировании изделий из тонколистовой стали хозяйственно-бытового назначения. Ожидаемый экономический эффект от использования разработки составляет 1,63 грн / 1 м2 эмалируемой стали. Полученные результаты создают предпосылки для применения технологии “Combismalt” на эмалировочных предприятиях Украины и стран СНГ.

Ключевые слова: энергосбережение, двухслойное эмалирование, однократный обжиг, глиносодержащий шликер, газовыделение, реологические свойства, “Combismalt”.

Reznikova V.V. Two coats / one firing coatings for wet application on steel. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of Technical sciences Candidate of the speciality 05.17.11 - technology of refractory non-metal materials, National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2002.

Thesis is devoted to development of scientific bases of reception two-layer glass-enamel coatings with one firing for wet application without using electrical fields of a high voltage ("Combismalt"), which differed by high quality at the low cost price at the expense of the charge electric energy reduction on the enamelling process as a result of the operation separate firing of the ground coat exception.

In the work the complex of the factors determining quality of coatings "Combismalt" is formulated. The requirements to the rheological properties of ground and cover enamel melts necessary for exception of the phenomena dynactivity at joint firing of two layers are formulated the opportunity and adherence of ground bisquite mechanism at presence polyphosphat soluble glass is investigated.

The mechanism of two-coats / one firing enamelling formation for wet application and their adherence with low-carbon steel is established with use of modern research methods.

As a result of work the technology two-layer enameling with unitary firing at 820-840 С is developed, the ground enamel and the ground slip, with is combined on properties with standard cover enamel are received.

Keywords: energy-saving, “2 Coats / 1 Firing” enamelling technology, clay-contained slip, degassing, rheological properties, “Combismalt”.

Відповідальний за випуск к.т.н., с.н.с. Шабанова Г.М.

Підп. до друку 14.05.2002 р. Формат видання 145х215

Формат паперу 60х90/16. Папір Morpa. Друк - ризографія.

Обсяг 0,9 авт. арк. Наклад 100 прим. Зам. № 199

Видавничий центр НТУ “ХПІ”. Свідоцтво ДК № 116 від 10.07.2000 р.

Друкарня НТУ “ХПІ”, 61002, вул. Фрунзе, 21

Размещено на Allbest.ru