Промышленная фарфоровая эмаль - Industrial porcelain enamel

Промышленная фарфоровая эмаль (также известный как стеклянная облицовка, облицованная стеклом сталь, или же стекло, сплавленное со сталью) - это использование фарфоровая эмаль (также известная как стекловидная эмаль) для промышленного, а не художественного применения. Фарфоровая эмаль, тонкий слой керамика или же стекло наносится на металлическую подложку,[1] используется для защиты поверхностей от химическая атака и физическое повреждение, изменение структурных характеристик подложки и улучшение внешнего вида продукта.

Эмаль использовалась для искусства и украшения с периода Древний Египет, а для промышленности с Индустриальная революция.[1] Чаще всего используется при производстве посуда, бытовая техника, сантехника, водонагреватели, научное лабораторное оборудование.[2]

Характеристики

Наиболее важной характеристикой фарфоровой эмали с промышленной точки зрения является ее устойчивость к коррозия.[3] Мягкая сталь используется практически во всех отраслях и в огромном количестве продуктов; Фарфоровая эмаль - очень экономичный способ защиты этого и других химически уязвимых материалов от коррозии. Он также может производить очень гладкие, глянцевые поверхности самых разных цветов; Эти цвета не выцветают под воздействием ультрафиолета, как краска. Фарфоровая эмаль, являясь обожженной керамикой, также обладает высокой термостойкостью; это позволяет использовать его при высоких температурах, где органическое антикоррозионное покрытие или гальванизация может быть непрактичным или даже опасным (видеть Металлическая лихорадка ).[3]

Некоторые другие свойства фарфоровой эмали также реже используются; примеры его истирание сопротивление, где он может работать лучше, чем многие металлы; его сопротивление органические растворители, где он полностью непроницаемый; его сопротивление тепловой удар, где он может противостоять быстрому охлаждению от температуры 500 ° С и выше; и его долговечность.[3]

Приложения

Эмалированный фарфор Трубка знак
Ассортимент старинной эмалированной сантехники в Сардиния
Эмалированная внутренняя поверхность химического реактора.

Фарфоровая эмаль чаще всего используется при производстве продуктов, которые, как ожидается, будут подвергаться регулярному химическому воздействию или высокой температуре, например, посуды, горелок и т. Д. Лабораторное оборудование. Он используется в производстве многих бытовых товаров и техники, особенно тех, которые используются в кухня или же ванная площадь: кастрюли, сковороды, варочные панели, бытовая техника, раковины, туалеты, ванны, даже стены, столешницы и другие поверхности.[4]

Эмаль керамогранита также используется в качестве покрытия для стеновых панелей. Его можно использовать извне для обеспечения атмосферостойкость и желательный внешний вид, или внутренне обеспечить износостойкость; например, на эскалатор боковые панели и стены туннеля. В последние годы сельскохозяйственные силосы также были построены из стальных листов, покрытых эмалью из фарфора, для защиты внутренней части от коррозии и внешней от атмосферных воздействий; это может указывать на будущую тенденцию к покрытию всех наружных изделий из мягкой стали атмосферостойкой фарфоровой эмалью.[4]

Процесс эмалирования

Нанесение промышленной фарфоровой эмали может быть сложным процессом, включающим множество различных и очень технических этапов. Все процессы эмалирования включают смешивание и приготовление фритта, необожженная эмалевая смесь; подготовка основания; применение и увольнение; а затем завершающие процессы. В большинстве современных применений также используются два слоя эмали: грунтовочный слой для сцепления с подложкой и покровный слой для обеспечения желаемых внешних свойств.

Поскольку фритты часто приходится смешивать при более высоких температурах, чем требует обжиг, большинство современных промышленных эмалей не смешивают свои фритты полностью; Фритту чаще всего покупают у специализированных производителей в стандартном составе, а затем добавляют любые специальные ингредиенты перед нанесением и обжигом.[5]

Фритта

Для грунтовочных покрытий состав фритты для любого конкретного применения определяется в первую очередь металлом, используемым в качестве основы: различные сорта стали и разные металлы, такие как алюминий и медь, для их связывания требуются различные составы фритты. В случае покровных слоев фритта предназначена для связывания с грунтовочным покрытием и обеспечения желаемых внешних свойств.[6] Фритту обычно получают путем смешивания ингредиентов с последующим измельчением смеси в порошок. Ингредиенты, чаще всего оксиды металлов и минералы, такие как кварц (или же кварцевый песок ), кальцинированной соды, бура, и оксид кобальта, приобретаются в виде частиц; точный химический состав и количество каждого ингредиента необходимо тщательно измерять и регулировать.[7] После приготовления эта порошкообразная фритта оседает и перемешивается для обеспечения равномерного распределения материалов; большинство фритт плавятся при температуре от 1150 до 1300 ° С. После плавления фритту снова измельчают в порошок, чаще всего путем шаровая мельница шлифование.[8]

Для влажного нанесения эмали суспензия фритты, взвешенной в воде, необходимо создать. Чтобы фритты оставались во взвешенном состоянии, их необходимо измельчить до очень мелких частиц или смешать с суспендирующим агентом, таким как глина или же электролиты.[9]

Субстрат

Металл, который будет использоваться в качестве основы, в первую очередь определяется областью применения продукта, независимо от каких-либо соображений по поводу эмали. Чаще всего используются стали различного состава, но также используются алюминий и медь.[10]

Перед нанесением эмали поверхность основания необходимо подготовить с помощью ряда процессов. Важнейшие процессы - это очистка поверхности основания; все остатки химикатов, ржавеет, масла и другие загрязнения должны быть полностью удалены. Чтобы облегчить это, частые процессы, выполняемые на подложках, обезжиривание, маринование (который также может травить поверхности и обеспечивают точки крепления для эмали), щелочные нейтрализация, и полоскание.[11]

Заявление

Эмаль можно наносить на субстрат разными способами. Эти методы чаще всего делятся на смачивать или же сухой аппликации, в зависимости от того, наносится ли эмаль в виде сухого порошка или жидкой суспензии.

Сухое нанесение

Самый простой метод сухого нанесения, особенно для чугунных подложек, - это нагреть подложку и обвалять ее в порошковой фритте. Частицы фритты плавятся при контакте с горячей подложкой и прилипают к ее поверхности. Этот метод требует высокого уровня навыков и концентрации оператора для получения ровного покрытия, и из-за его непостоянства не часто используется в промышленных приложениях.[12]

Наиболее распространенный метод сухого нанесения, используемый сегодня в промышленности, - это электростатическое осаждение. Перед применением сухую фритту необходимо инкапсулировать в органический силан; это позволяет фритте сохранять электрический заряд во время нанесения. Электростатический пистолет выстреливает сухой порошок фритты на электрически заземленную металлическую основу; электрические силы связывают заряженный порошок с субстратом, и он прилипает.[13]

Мокрое приложение

Самый простой способ влажного нанесения - окунуть субстрат в ванну с жидкой суспензией; полное погружение покрывает все доступные поверхности основания. Однако окунание не часто используется в промышленности, потому что требуется много предварительных пробных окунаний, прежде чем можно будет достаточно надежно спрогнозировать толщину покрытия для желаемого применения.[14]

Форма окунания, подходящая для современного промышленного применения, - это покрытие потоком. Вместо того, чтобы окунать продукт в ванну с жидким цементным раствором, суспензия растекается по поверхности покрываемого субстрата. Этот метод позволяет намного более экономно расходовать жидкий навоз и время; он способен обеспечить очень быстрое производство.[15]

Мокрая эмаль также может быть нанесена на продукт с помощью специальных пистолетов-распылителей. Жидкая суспензия подается в сопло пистолета-распылителя, а сжатый воздух распыляет суспензию и выбрасывает ее из сопла пистолета управляемой струей.[15]

Стрельба

Обжиг, при котором покрытые подложки пропускаются через печь, чтобы выдерживать длительные периоды стабильно высоких температур, превращает приставшие частицы фритты в сплошной стеклянный слой. Эффективность процесса сильно зависит от времени, температуры, а также качества или толщины покрытия на основе. Большинство фритт для промышленных применений обжигаются всего за 20 минут, но для очень тяжелых промышленных применений на этот раз может потребоваться вдвое больше времени. Покрытия из фарфоровой эмали на алюминиевых подложках можно обжигать при температурах до 530 ° C, но для большинства стальных подложек требуется температура выше 800 ° C.[16]

История

Фарфоровая эмаль был применен к ювелирным металлам, таким как золото, серебро, и медь с древних времен в целях украшения. Это не было до Индустриальная революция который черные металлы впервые стал предметом процессов эмалирования фарфора; эти первые попытки увенчались ограниченным успехом. Надежно успешная техника не была разработана до середины XIX века, когда был разработан метод эмалирования. чугун кастрюли в Германия.[1] Это произошло незадолго до того, как этот метод эмалирования устарел с разработкой новых подложек из черных металлов, и большинство современных исследований в области эмалирования фарфора связано с созданием приемлемой связи между эмалями и новыми металлическими подложками.[17]

Производство фарфоровой эмалированной продукции в промышленных масштабах впервые началось в Германии в 1840 году.[18] Используемый метод был очень примитивным по сравнению с современными методами: изделие нагревали до очень высокой температуры и посыпали эмалью, а затем сразу же обжигали. Это часто приводило к плохой адгезии или пятнистому покрытию; всегда требовалось два слоя, чтобы получить сплошную коррозионно-стойкую поверхность.[18] Его можно было применить только к В ролях- и кованое железо, и используется только для относительно простых продуктов, таких как кастрюли и сковороды.

Возможность нанесения фарфоровой эмали на листовую сталь не была развита до 1900 года.[19] с открытием, что внесение незначительных изменений в состав эмали, таких как включение кобальт оксиды в качестве второстепенных компонентов могут значительно улучшить его адгезионную способность к углеродистым сталям. Одновременно с этой разработкой было впервые применено нанесение эмали влажной суспензией; это позволяло наносить фарфоровую эмаль на гораздо более сложные формы путем погружения формы в жидкую суспензию эмали.

Вплоть до 1930-х годов для нанесения эмали требовалось два слоя эмали: грунтовочный слой для приклеивания к субстрату, который всегда был синим (отчасти из-за присутствия оксидов кобальта), и верхний слой желаемого цвета (чаще всего белый). . Только в 1930 году использование нулевой углерод Сталь (сталь с содержанием углерода менее 0,005%) в качестве подложки была связана с тем, чтобы светлые эмали прилипали непосредственно к подложке.[20]

Рекомендации

  1. ^ а б c Maskall & White 1986, п. 1.
  2. ^ Maskall & White 1986, стр. 4-7.
  3. ^ а б c Maskall & White 1986, п. 8.
  4. ^ а б Maskall & White 1986, стр. 4-6.
  5. ^ Maskall & White 1986, п. 18.
  6. ^ Maskall & White 1986, п. 20.
  7. ^ Maskall & White 1986, п. 33.
  8. ^ Maskall & White 1986, п. 37.
  9. ^ Maskall & White 1986, п. 41.
  10. ^ Maskall & White 1986, п. 50.
  11. ^ Maskall & White 1986 С. 62-75.
  12. ^ Maskall & White 1986, п. 79.
  13. ^ Maskall & White 1986, п. 83.
  14. ^ Maskall & White 1986, п. 80.
  15. ^ а б Maskall & White 1986, п. 81.
  16. ^ Maskall & White 1986, п. 86.
  17. ^ Maskall & White 1986, стр. 1-2.
  18. ^ а б Maskall & White 1986, п. 2.
  19. ^ Maskall & White 1986, п. 3.
  20. ^ Maskall & White 1986, п. 4.

Библиография

  • Maskall, K.A .; Уайт, Д. (1986). Эмалирование стекловидного тела: Руководство по современной практике эмалирования. Серия «Пергамская практика материаловедения» (1-е изд.). Pergamon Press, от имени Института керамики. ISBN  0-08-0334288.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Кларк, Джеффри; Фехер, Фрейсис и Ида (1967). Техника эмалирования. Нью-Йорк: издательство Reinhold Publishing Corporation.CS1 maint: ref = harv (связь)