Эмалевый шликер и способ многослойного эмалирования

 

Сущность изобретения: эмалевый шликер содержит, мас.ч: фритта системы оксид кремния БФ SiO₂ - оксид алюминия БФ Аl₂O₃ - оксид бора БФ В₂O₃ - оксид одновалентного металла БФ R₂O - оксид двухвалентного металла БФ RO 100; глинистый материал 0,5 - 1,5; воду 35 - 40; полисиликат натрия с силикатным модулем 1,5 - 3,0 1 - 5; 1%-ный раствор оксиэтилированного алкилфенола 0,05 - 0,15. Способ многослойного эмалирования с однократным обжигом включает нанесение первого или промежуточного слоя шликера приведенного выше состава окунанием, обливом или пульверизацией, его сушку, нанесение одним из этих же способов последующего слоя и их совместную сушку и обжиг. Сушку первого или промежуточного слоя производят путем подъема температуры до 100 - 300^oC со скоростью 4 - 6 град/мин и выдержке при конечной температуре 10 - 60 мин. Свойства покрытия: температура обжига 880^oC; предел прочности на удар 0,48 - 0,60 Дж; предел прочности на скручивание 102 - 105^o; термостойкость 7 - 8 циклов. 2 с.п.ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к эмалированию стеклоэмалями металлических изделий сложной конфигурации шликерным способом - окунанием, обливом, пульверизацией.

В настоящее время наряду с традиционным способом получения многослойных стеклоэмалевых покрытий на металле (послойное нанесение с промежуточной сушкой и обжигом каждого слоя) получает распространение энергосберегающая технология - многослойное эмалирование с однократным обжигом. Одной из основных технических задач, требующих решения при таком способе эмалирования, является исключение процесса взаимопроникновения необожженных соприкасающихся слоев. Поэтому при реализации этого способа применяют метод наращивания одного слоя на другой электрофорезом, пульверизацией, напылением в электростатическом поле. Однако эти методы нашли применение лишь при эмалировании изделий простой формы (в основном плоских). При нанесении же шликера на изделия сложной формы окунанием или обливом предъявляют такие требования к физико-химическим свойствам нижележащего слоя, которые бы исключали взаимопроникновение компонентов необожженных слоев.

Известен патент, в котором предложен состав эмалевого шликера, позволяющий реализовать способ многослойного эмалирования с однократным обжигом, исключающий смешивание двух слоев. Шликер имеет следующий состав, мас. ч.: Эмалевая фритта - 100 Кварцевый песок - 15-25 Вода - 30-45 а также 1-4 мас. ч. алюмината щелочного металла, гидрооксида алюминия и(или) реакционноспособного оксида алюминия и 2-15 мас.ч. фосфата тяжелых металлов в расчете на твердое вещество [1].

Приведенный в патенте состав шликера и способ получения многослойного покрытия с однократным обжигом также ориентированы на нанесение слоев эмали электрофорезом или пульверизацией. Отсутствие взаимопроникновения слоев и их размывания обеспечивается благодаря вводу в шликер отверждающих его добавок.

Приведенный в патенте [1] состав шликера позволяет судить о его неудовлетворительном реологическом поведении, что осложняет процесс получения качественных сверхтонких слоев (50-80 мкм) на изделии сложной формы окунанием или обливом. В первую очередь это можно отнести за счет наличия в шликере фосфатов тяжелых металлов, повышающих его предельное динамическое напряжение сдвига, пластическую вязкость и поверхностное натяжение, что способствует разнотолщинности слоя.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому составу является состав шликера, содержащий, мас.ч. [2]: Фритта - 100 Кварцевый песок - 20 - 25 Хромомагнезит - 3 - 5 Глинистый материал (бентонит) - 0,1 - 0,5 Метасиликат натрия - 1,0 - 1,5
Поливиниловый спирт (ПВС) - 0,1 - 0,5
Борная кислота - 0,25 - 1,0
Вода - 35 - 40
Данный состав эмалевого шликера может быть использован в технологии многослойного эмалирования с однократным обжигом. Однако используемый в известном составе метасиликат натрия (силикатный модуль равен единице) не способен дать эффект самоотверждения, обеспечить несмываемость слоя при обливе и значительно снизить влагопоглощение грунтового или промежуточного слоя. Кроме того, наличие ПВС способствует набуханию и увеличению пористости слоя за счет впитывания влаги покровного шликера, которая при совместной сушке полностью не удаляется и ведет к браку покрытия. Брак готового двухслойного покрытия наблюдается и в результате выгорания ПВС в процессе обжига.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, описанный в [3]. Этот способ предлагает нанесение на металл слоя грунтового шликера, нанесение пульверизацией состава, содержащего силикон, их совместную сушку, нанесение слоя покровного шликера, их совместную сушку и обжиг.

Недостатком способа является то, что необходима дополнительная операция нанесения силиконового слоя, защищающего от пропитки влагой грунта и смывания его покровной эмалью. Кроме того, наличие гидрофобного силиконового слоя на поверхности грунта будет препятствовать удалению влаги при сушке.

Задача изобретения - получение бездефектного многослойного покрытия на изделиях сложной конфигурации с использованием способа двухслойного эмалирования с однократным обжигом при нанесении слоев окунанием или обливом. Этого можно добиться:
обеспечением самоотверждения слоя и его несмываемости при обливе и окунании;
снижением влагопоглощения;
снижением поверхностного натяжения шликера для обеспечения возможности нанесения на изделия сложной конфигурации сверхтонкого слоя;
обеспечением оптимальных реологических параметров шликера для нанесения сверхтонких слоев.

Поставленная задача решается за счет того, что эмалевый шликер, включающий фритту, глинистый материал, воду, дополнительно содержит полисиликат натрия с силикатным модулем 1,5 - 3,0 и 1%-ный раствор оксиэтилированного алкилфенола, а в качестве фритты фритту системы SiO₂ - Al₂O₃ - B₂O₃ - R₂O - RO при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Фритта - 100
Глинистый материал - 0,5-1,5
Вода - 35-40
Полисиликат натрия - 1-5
Оксиэтилированный алкилфенол - 0,05-0,15
Способ реализации двух- и многослойного эмалирования с однократным обжигом для получения бездефектного покрытия включает нанесение первого или промежуточного слоя шликера, в состав которого входит полисиликат натрия с силикатным модулем 1,5-3,0 и 1%-ный раствор оксиэтилированного алкилфенола окунанием, обливом или пульверизацией, его сушку, нанесение последующего слоя одним из тех же способов, их совместную сушку и обжиг, причем сушку первого или промежуточного слоя производят путем подъема температуры до 100 - 300^oC со скоростью 4-6 град/мин и выдержки при конечной температуре 10-60 мин.

Использование полисиликата натрия с силикатным модулем 1,5-3,0 позволяет получить значительное количество двуокиси кремния в коллоидной форме в шликере. Это способствует самоотверждению слоя, а при предлагаемом способе термообработки снижает его влагопоглощение.

Эмалевый шликер предлагаемого состава технологичен, обладает реологическими параметрами, позволяющими наносить его обливом, окунанием или пульверизацией, в том числе и на участки поверхности с большой кривизной, получая толщину слоя в пределах 40-80 мкм.

Предлагаемый способ, включающий режим промежуточной термической обработки покрытия, полученного на основе данного шликера, дает возможность значительно (на 25-30%) снизить водопоглощение и пористость высушенного первого или промежуточного слоя. Нанесение последующего слоя шликера можно производить на полученный слой одним из способов мокрого эмалирования с последующей сушкой и обжигом по технологии многослойного эмалирования с однократным обжигом, что дает большую экономию электроэнергии. Кроме того, предлагаемый способ и шликер можно использовать для безгрунтового эмалирования.

Изобретение поясняется конкретными примерами (табл. 1-4).

Шликер размалывался в фарфоровых барабанах шаровой мельницы. Все компоненты вводились на помол. Шликер наносился на образцы из стали 08КП. Тонина помола шликеров составляла 4-6 ед. по сосуду Лисенко при навеске 15 г шликера.

Обжиг производился в муфельной печи.

Формула изобретения

1. Эмалевый шликер, содержащий фритту системы
SiO₂ - Al₂O₃ - B₂O₃ - R₂O - RO,
глинистый материал, воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полисиликат натрия с силикатным модулем 1,5 - 3 и 1%-ный раствор оксиэтилированного алкилфенола при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Фритта - 100
Глинистый материал - 0,5 - 1,5
Вода - 35 - 40
Полисиликат натрия - 1 - 5
Оксиэтилированный алкилфенол - 0,05 - 0,15
2. Способ многослойного эмалирования, включающий нанесение первого или промежуточного слоя шликера путем окунания, облива или пульверизации с последующей сушкой и нанесением следующего слоя одним из тех же способов, совместную сушку нанесенных слоев и обжиг, отличающийся тем, что в качестве первого или промежуточного слоя наносят шликер, содержащий в своем составе полисиликат натрия с силикатным модулем 1,5 - 3,0 и 1%-ный раствор оксиэтилированного алкилфенола, причем сушку первого или промежуточного слоя осуществляют путем подъема температуры до 100 - 300^oС со скоростью 4 - 6 град. /мин и выдержке при конечной температуре 10 - 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3