Введение к работе
Актуальность. Эмалирование стальных изделий широко применяется в различных областях промышленности и требует внедрения нопых ресурсо- и энергосберегающих технологий. В частности, двухслойному эмалированию подвергаются крупногабаритные стальные облицовочные детали для бытовой аппаратуры, которые деформируются при высокотемпературном обжиге. Поэтому весьма актуальным в этой области эмалирования является разработка низкотемпературной технологии с применением однослойного покрытия, эстетически выгодного белого цвета. Это позволит снизить расход энергии и материалов на производство за счет исключения технологических стадий получеігая грунтового покрытия, а также снижения температуры обжига однослойной эмали до 720С.
И хотя в этом направлении достигнуты определенные успехи, технология получения на стали однослойной белой легкоплавкой эмали высокого качества до настоящего времеїш не разработана. Весьма актуальными являются исследования по изучению стеклообразования при синтезе стск-ломатрицы и физико-химических процессов формирования белого стекло-эмалевого покрытия на стали при низкотемпературном обжиге. При этом особый научный и практический интерес представляет установление механизма образования прочного сцепления стали с белым покрытием, не содержащим оксиды сцепления, а также процесс интенсивного низкотемпературного глушения эмали.
Поэтому как с научной, так и с практической точки зрения разработка состава и технологии белой однослойной эмали для стальных изделий с пониженной температурой обжига является весьма актуальной.
Настоящая работа выполнялась по плану важнейших НИР по научному направлению 3.14 Новочеркасского государственного технического университета (НГТУ) «Разработка теоретических основ ресурсосберегающих технологий новых тугоплавких неметаллических и силикатных материалов: композиционных, керамических, стекломатериалов и вяжущих».
Целью паботы является разработка состава и технологии белого однослойного легкоплавкого стеклоэмалевого покрытия для стальной бытовой аппаратуры.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- исследовать стеклообразование в низкокремнеземистой области бесфтористой системы R20 - В203 - А1203 - Si02 - Ті02 Р205 для синтеза
ОТЛОГО ЛсГКОПЛНБКОГ'О СТСКЛОЗМЗЛСБОГО ПОКРЫТИЯ.
выявить закономерности влияния на способность к глушению легкоплавких стекломатриц содержания основных оксидов SiCh, В20з, R20 и соотношения (Si02 + В20з)/ R20;
методом математического планирования эксперимента определить область оптимальных составов легкоплавких стеклоэмалевых покрытий и установить зависимость их белизны от содержания и соотношения щелочных оксидов;
исследовать структурно-морфологические особенности композиции «сталь - белая эмаль» и установить зависимость прочности сцепления эмали со сталью от структуры и фазового состава образующегося при обжиге переходного слоя;
определить наиболее эффективный способ предварительной обработки стали перед однослойным низкотемпературным эмалированием;
установить особенности низкотемпературного глушения, состав и свойства кристаллических глушащих фаз;
- разработать технологические параметры производства эмалиро
ванных изделий с применением белого однослойного стеклоэмалевого по
крытия.
Научная новизна работы заключается в следующем:
выявлены особенности стеклообразования в низкокремнеземистой области бесфтористой системы R2O - В?03- AI2O3 - Si02 - ТЮ2 - Р2О5 для синтеза легкоплавкой белой стеклоэмали. Показано, что оптимальные составы стекломатриц находятся в следующих областях содержания оксидов, мае. %: Si02- 25...40; В203- 5...20; R20- 25...40; ТЮ2-16; АІ203-2...3; P2Os-1,5...2,0.
установлена зависимость влияния основных оксидов Si02, В2О3, R2O, а также соотношения (S1O2 + В2О3)/ R20 на структуру стекла и его способность к глушению при синтезе легкоплавких белых стеклопокры-тий. Показано, что наибольшей белизной и блеском характеризуются стек-лопокрытия с соотношением (Si02 + В20з)/ R20 = 0,9... 1,3;
впервые установлена возможность обеспечения прочного сцепления стали с белой эмалью, не содержащей оксиды сцепления, при низкотемпературном обжиге, что предопределяется фазовым составом и структурой переходного слоя, в частности образованием кристаллической фазы (Ni,Fe)Si04 в композиции с железосодержащей стеклофазой;
установлены особенности низкотемпературного глушения стекло-эмалевых покрытий, предопределяемого кристаллизацией титаната лития ІЛ2ТЮ3, обеспечивающего высокую белизну покрытия, Еместо традищгон-
шлл \sy пика а tmaiaoa xxkji.
Практическая ценность работы. На основе проведенных исследований и выявленных зависимостей разработана ресурсосберегающая тех-
нология, позволяющая ползать эмалированные облицовочные детали с использованием белой однослойной легкоплавкой эмали. Разработанная технология апробирована в производственных условиях АО «Армавирский завод газовой аппаратуры». По рекламной проработке разработанной эмали получен ряд запросов от различных предприятий, что свидетельствует о значительном спросе на данную технологию. Ожидаемый (расчетный) годовой экономический эффект от внедрения разработанных однослойных покрытий и технологии их получения составляет 2,14млн. руб. (в ценах 1998 г.) в расчете па производственную мощность 30000 шт. газовых колонок на АО «Армавирский завод газовой аппаратуры».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях: "Промышленность стройматериалов и стройиндустрня, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений" (г. Белгород, 1997 г.), "Температуроустойчивые функциональные покрытия" (г. Санкт-Петербург, 1997 г.), "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии" (г. Саратов, 1997 г.), "Высокотемпературная химия силикатов и оксидов"(г. Санкт-Петербург, 1998 г.), "Строительство - 98" (г. Ростов-на-Доігу, 1998 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях Новочеркасского государственного технического университета (1995... 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, а также получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке № 98107694 от 21.04.98.г.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, описания методики исследований и характеристики материалов, экспериментальной части, изложенной в трех главах, общих выводов, библиографического описания литературных источников 132 наименования. Работа изложена на 136 странице машинописного текста, включающего 24 рисунка и 19 таблиц, 2 приложения (акт производственных испытаний и акт отдела интеллектуальной собственности НГТУ).
Автор выражает глубокую благодарность к.т.н., доцентам Гузий В.А. и Яцеико Е.А. за научные консультации и помощь в проведении исследований.