Промышленная фарфоровая эмаль
Промышленная фарфоровая эмаль (также известная как стеклянная облицовка , эмалированная сталь или стекло, сплавленное со сталью ) — это использование фарфоровой эмали (также известной как стекловидная эмаль) для промышленных, а не художественных целей. Фарфоровая эмаль — тонкий слой керамики или стекла, нанесенный на металлическую основу. [ 1 ] используется для защиты поверхностей от химического воздействия и физических повреждений, изменения структурных характеристик основания, улучшения внешнего вида изделия.
Эмаль использовалась в искусстве и декорировании со времен Древнего Египта , а также в промышленности со времен промышленной революции . [ 1 ] Чаще всего его используют в производстве посуды , бытовой техники, сантехники, водонагревателей и научно-лабораторного оборудования. [ 2 ]
Характеристики
[ редактировать ]Наиболее важной характеристикой фарфоровой эмали с промышленной точки зрения является ее устойчивость к коррозии . [ 3 ] Мягкая сталь используется практически во всех отраслях промышленности и в огромном ассортименте продукции; Фарфоровая эмаль — очень экономичный способ защиты этого и других химически уязвимых материалов от коррозии. Он также может создавать очень гладкую глянцевую поверхность в широком диапазоне цветов; эти цвета не выцветают под воздействием ультрафиолета, в отличие от краски. Фарфоровая эмаль, будучи обожженной керамикой, также обладает высокой термостойкостью; это позволяет использовать его в условиях высоких температур, где органическое антикоррозионное покрытие или гальванизация могут быть непрактичными или даже опасными ( см. « Лихорадка металлического дыма »). [ 3 ]
Фарфоровая эмаль также реже использует некоторые другие свои свойства; примерами являются его устойчивость к истиранию , где он может работать лучше, чем многие металлы; его устойчивость к органическим растворителям , где он полностью непроницаем; его устойчивость к тепловому удару , при котором он может противостоять быстрому охлаждению от температуры 500°C и выше; и его долговечность. [ 3 ]
Приложения
[ редактировать ]
Фарфоровая эмаль чаще всего используется при производстве изделий, которые могут подвергаться регулярному химическому воздействию или высокой температуре, например, кухонная посуда, горелки и лабораторное оборудование . Он используется в производстве многих товаров для дома и бытовой техники, особенно тех, которые используются на кухне или в ванной комнате: кастрюли, сковородки, варочные панели, бытовая техника, раковины, унитазы, ванны, даже стены, столешницы и другие поверхности. [ 4 ]
Фарфоровая эмаль также используется в архитектуре в качестве покрытия для стеновых панелей. Его можно использовать снаружи, чтобы обеспечить устойчивость к атмосферным воздействиям и желательный внешний вид, или внутри, чтобы обеспечить устойчивость к износу; например, на боковых панелях эскалаторов и стенах туннелей. В последние годы сельскохозяйственные силосы также изготавливаются из стальных пластин, покрытых фарфоровой эмалью, для защиты внутренней части от коррозии, а внешней - от атмосферных воздействий; это может указывать на будущую тенденцию покрытия всех наружных изделий из мягкой стали устойчивой к погодным условиям фарфоровой эмалью. [ 4 ]
Процесс эмалирования
[ редактировать ]Нанесение промышленной фарфоровой эмали может оказаться сложным процессом, включающим множество различных и очень технических этапов. Все процессы эмалирования включают в себя смешивание и приготовление фритты , необожженной эмалевой смеси; подготовка субстрата; применение и стрельба; а затем завершающие процессы. В большинстве современных применений также используется два слоя эмали: грунтовый слой для сцепления с подложкой и верхний слой для обеспечения желаемых внешних свойств.
Поскольку фритты часто приходится смешивать при более высоких температурах, чем требуется для обжига, большинство современных промышленных эмалировщиков не смешивают свои собственные фритты полностью; Фритту чаще всего приобретают у специализированных производителей фритт в стандартных составах, а затем перед нанесением и обжигом добавляют какие-либо специальные ингредиенты. [ 5 ]
Бесплатно
[ редактировать ]Для грунтовых покрытий состав фритты для любого конкретного применения определяется в первую очередь металлом, используемым в качестве подложки: разные сорта стали и разные металлы, такие как алюминий и медь , требуют разных составов фритты для сцепления с ними. В случае покровных покрытий фритта связывается с грунтовочным слоем и обеспечивает желаемые внешние свойства. [ 6 ] Фритту обычно готовят путем смешивания ингредиентов и последующего измельчения смеси в порошок. Ингредиенты, чаще всего оксиды металлов и минералы, такие как кварц (или кварцевый песок ), кальцинированная сода , бура и оксид кобальта , приобретаются в форме частиц; точный химический состав и количество каждого ингредиента должны быть тщательно измерены и отрегулированы. [ 7 ] После приготовления эту порошкообразную фритту затем оседают и перемешивают, чтобы обеспечить равномерное распределение материалов; большинство фритт плавятся при температурах от 1150 до 1300°C . После плавки фритту снова перемалывают в порошок, чаще всего путем измельчения в шаровой мельнице . [ 8 ]
При влажном нанесении эмали необходимо создать суспензию фритты в воде. Чтобы оставаться во взвешенном состоянии, фритты необходимо измельчить до чрезвычайно мелкого размера частиц или смешать с суспендирующим агентом, таким как глина или электролиты . [ 9 ]
Субстрат
[ редактировать ]Металл, который будет использоваться в качестве подложки, в первую очередь определяется областью применения продукта, независимо от каких-либо особенностей эмали. Чаще всего используются стали различного состава, но также применяются алюминий и медь . [ 10 ]
Перед нанесением эмали поверхность основания необходимо подготовить с помощью ряда процессов. Важнейшими процессами являются очистка поверхности основы; все остатки химикатов, ржавчины , масел и других загрязнений должны быть полностью удалены. Чтобы облегчить это, на подложках часто выполняются обезжиривание , травление (которое также может протравить поверхность и обеспечить точки крепления эмали), щелочную нейтрализацию и промывку. [ 11 ]
Приложение
[ редактировать ]Эмаль можно наносить на основу разными способами. Эти методы чаще всего делятся на влажные или сухие способы нанесения, в зависимости от того, наносится ли эмаль в виде сухого порошка или жидкой суспензии. [ нужна ссылка ]
Сухое нанесение
[ редактировать ]Самый простой метод сухого нанесения, особенно на чугунные основания, — нагреть основание и обвалять его в порошкообразной фритте. Частицы фритты плавятся при контакте с горячей подложкой и прилипают к ее поверхности. Этот метод требует высокого уровня навыков и концентрации оператора для достижения равномерного покрытия и из-за своего непостоянного характера не часто используется в промышленности. [ 12 ]
Наиболее распространенным методом сухого нанесения, используемым сегодня в промышленности, является электростатическое осаждение . Перед применением сухую фритту необходимо инкапсулировать в органический силан ; это позволяет фритте удерживать электрический заряд во время нанесения. Электростатический пистолет выстреливает сухим порошком фритты на электрически заземленную металлическую подложку; электрические силы связывают заряженный порошок с подложкой, и он прилипает. [ 13 ]
Влажное нанесение
[ редактировать ]Самый простой метод влажного нанесения — окунуть основание в ванну с жидкой суспензией; Полное погружение покрывает все доступные поверхности подложки. Однако окунание не часто используется в промышленности, поскольку требуется множество предварительных пробных окунаний, прежде чем можно будет достаточно надежно спрогнозировать толщину слоя для желаемого применения. [ 14 ]
Форма погружения, подходящая для современного промышленного применения, — это покрытие обливом. Вместо того, чтобы окунать продукт в ванну с суспензией, суспензия растекается по поверхности подложки, на которую будет нанесено покрытие. Этот метод позволяет гораздо более экономно использовать навозную жижу и время; он способен обеспечить очень быстрое производство. [ 15 ]
Влажную эмаль также можно напылять на изделие с помощью специализированных краскопультов. Жидкая суспензия подается в сопло распылителя, а сжатый воздух распыляет суспензию и выбрасывает ее из сопла пистолета управляемой струей. [ 15 ]
Стрельба
[ редактировать ]Обжиг, при котором подложки с покрытием проходят через печь для длительного воздействия стабильно высоких температур, превращает прилипшие частицы фритты в сплошной слой стекла. Эффективность процесса во многом зависит от времени, температуры, качества или толщины покрытия на подложке. Большинство фритт для промышленного применения обжигаются всего за 20 минут, но для фритт, предназначенных для очень тяжелых условий эксплуатации, это время может занять вдвое больше. Покрытия из фарфоровой эмали на алюминиевых подложках можно обжигать при температуре до 530°C, но для большинства стальных подложек требуются температуры, превышающие 800°C. [ 16 ]
История
[ редактировать ]Фарфоровая эмаль применялась к ювелирным металлам, таким как золото , серебро и медь, с древних времен в целях украшения. Лишь во время промышленной революции черные металлы впервые стали предметом процессов эмалирования фарфора; эти первые попытки увенчались ограниченным успехом. был разработан метод эмалирования чугунных кастрюль Надежно успешная техника не была разработана до середины 19 века, когда в Германии . [ 1 ] Вскоре этот метод эмалирования устарел с появлением новых железных подложек, и большинство современных исследований в области эмалирования фарфора направлены на создание приемлемой связи между эмалями и новыми металлическими подложками. [ 17 ]
Производство фарфоровых эмалированных изделий в промышленных масштабах впервые началось в Германии в 1840 году. [ 18 ] Используемый метод был очень примитивен по сравнению с современными методами: изделие нагревали до очень высокой температуры и покрывали эмалью, а затем сразу же обжигали. Это часто приводило к плохой адгезии или пятнистому покрытию; Для получения сплошной, устойчивой к коррозии поверхности всегда требовалось два слоя. [ 18 ] Его можно было применять только к чугуну и кованому железу и использовать только для относительно простых изделий, таких как кастрюли и сковородки.
Возможность нанесения фарфоровой эмали на листовую сталь была разработана только в 1900 году. [ 19 ] с открытием, что внесение незначительных изменений в состав эмали, таких как включение оксидов кобальта в качестве второстепенных компонентов, может значительно улучшить ее адгезионную способность к углеродистым сталям. Одновременно с этим было впервые использовано нанесение эмали методом влажной суспензии; это позволило наносить фарфоровую эмаль на гораздо более сложные формы, погружая форму в жидкую суспензию эмали.
Вплоть до 1930-х годов для всех применений эмали требовалось два слоя эмали: грунтовочный слой для сцепления с основой, которая всегда была синей (отчасти из-за присутствия оксидов кобальта), и верхний слой желаемого цвета (чаще всего белого). . Лишь в 1930 году использование бесуглеродистой стали (стали с содержанием углерода менее 0,005%) в качестве подложки было связано с возможностью более светлого цвета эмалей прилипать непосредственно к подложке. [ 20 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Масколл и Уайт, 1986 , с. 1.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , стр. 4–7.
- ^ Jump up to: а б с Масколл и Уайт, 1986 , с. 8.
- ^ Jump up to: а б Масколл и Уайт, 1986 , стр. 4–6.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 18.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 20.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 33.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 37.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 41.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 50.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , стр. 62–75.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 79.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 83.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 80.
- ^ Jump up to: а б Масколл и Уайт, 1986 , с. 81.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 86.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , стр. 1–2.
- ^ Jump up to: а б Масколл и Уайт, 1986 , с. 2.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 3.
- ^ Масколл и Уайт 1986 , с. 4.
Библиография
- Масколл, Калифорния; Уайт, Д. (1986). Эмалирование по стекловидному телу: Руководство по современной практике эмалирования . Серия практик по инженерии материалов в Пергаме (1-е изд.). Pergamon Press, от имени Института керамики. ISBN 0-08-0334288 .
- Кларк, Джеффри; Фехер, Фрэцис и Ида (1967). Техника эмалирования . Нью-Йорк: Издательская корпорация Рейнхольд.