Технология эмалирования и гуммирования

Эмалированию подвергаются чёрные (чугунные и стальные), цветные

(медные, латунные и алюминиевые), а также благородные металлы.

Технические эмали отличаются хорошими антикоррозионными свойствами, поскольку длительное время совершенно не пропускают воду и кислород.Эмалевые покрытия стойки к действию на них всех органических и неорганических кислот (за исключением плавиковой и горячей концентрированной фосфорной кислот), а также в слабых растворах щелочей. Наиболее распространённые эмали отличаются хорошим сопротивлением воздействию повышенной и высокой температур, их используют при t = 600⁰C, а специальные сорта выдерживают t = 1000⁰C. Недостатком эмалей является их хрупкость и растрескивание при быстрых изменениях температуры.

Эмали применяют для защиты аппаратуры в фармацевтической, химической и пищевой отраслях промышленности. По назначению технические эмали делятся на хозяйственные (бытовая посуда, санитарная техника) и химически стойкие (защита химической аппаратуры).

Для приготовления эмалевой шихты применяют:

-стеклообразующие материалы (кварц, кварцевый песок, борная кислота);

-плавни: сода, поташ, бура, мел, магнезия, криолит и др.;

-добавки: красящие вещества (MnO₂, Fe₃O₄, Cr₂O₃), матирующие соединения (SnO₂, NaF, TiO₂), и вещества, увеличивающие адгезию эмали (Ni₂O₃, Со₂О₃).

Эти компоненты, взятые в соответствующем отношении, после измельчения и перемешивания плавят в муфельных, вращающихся и других печах при температуре 1200-1300⁰С. После окончания варки эмаль охлаждают в воде, вынимают, сушат и измельчают в шаровых мельницах. В результате получается эмалевый шликер.

Для нанесения покрытия на стальные и чугунные изделия, используется суспензия эмалевого порошка в воде.

По роли выполняемой эмалью различают: а)-грунтовые эмали; б)-покрывные эмали.

Эмаль по стали и чугуну состоит из основного слоя (грунта) и покровного слоя. Основной слой обеспечивает прочное сцепление эмали с поверхностью металла и изолирует его от коррозионного воздействия внешней среды. Покровный слой предназначается для защиты основного слоя от механических повреждений путём восприятия на себя внешних воздействий.

При выборе рецептуры каждого из этих слоёв исходят из следующих соображений:

1. Температура плавления грунтовой эмали должна быть на 50-100⁰ выше температуры плавления покровного слоя. В этом случае достигается более прочное сцепление слоёв эмали между собой. В то время как покровный слой эмали находится в расплавленном состоянии, основной лишь несколько размягчается.

2. Коэффициент термического расширения Кр эмали должен быть в пределах от 260× 10^-7 до 320× 10^-7, т. е. меньше коэффициента для железа (385× 10^-7 - 420× 10^-7), причём Кр покровного слоя должен быть близким или равным Кр для железа. Для цветных металлов величина Кр эмали возрастает за счёт введения в неё окислов свинца.

3. Прочность эмали на сжатие должна быть в пределах 60-125 кг/мм², а на разрыв 3-8 кг/мм².

При установлении состава эмали исходят из условий служебного назначения изделия.

Для химически агрессивной среды применяют покрытие кислотоупорной эмалью с содержанием двуокиси кремния до 60 % и более и щёлочеупорной эмалью с содержанием 50-60 % двуокиси титана.

Составные части эмалей по стали и цветным металлам

Состав покровных (белых) эмалей по стали Состав кислотоупорной эмали

SiO₂ 44-53 % SiO₂ 67 %

B₂O₃ 8-13, 5 % Al₂O₃ 9, 3%

Al₂O₃ 6, 5-10 % Na₂O 10, 2%

K₂O 3, 5-9, 5 % CaO 5, 1 %

Na₂O 6, 5-11, 5 % K₂O 4 %

NaF 6-11 % B₂O₃ 2, 1%

AlF₂ 4-7, 5 % BaO 2%

CaF₂ 2-6, 5 % MgO 0, 3%.

Глины 6-8 %

Стальные изделия, подлежащие эмалированию, изготавливаются штамповкой, вытяжкой или сваркой. Материал изделий не должен иметь пор, включений, шлаков и окислов железа. Чугун, кроме того, должен быть строго определённого состава по содержанию в нём серы, кремния, и углерода.

Процесс приготовления эмалей состоит из следующих операций: 1- Навеска (приготовление) шихты; 2-измельчение и перемешивание материала; 3-загрузка в стеклоплавильную печь и плавление; 4-гранулирование эмали путём разлива расплавленной массы в холодную воду; 5-дробление и размол в порошок гранулированной эмали в шаровых мельницах с добавкой 6-10 % глины и 35-40 % воды.

В результате размола получается суспензия глины и эмали в воде – шликер. Глина препятствует частицам эмали осаждаться на дно, а также стеканию её с поверхности изделия при нанесении, что способствует получению более равномерного по толщине слоя эмали. Пропусканием шликера через сито заканчивается процесс приготовления эмали.

Подготовка поверхности перед эмалированием заключается в обезжиривании и травлении с последующими промывкой изделий в чистой воде.

Чугун перед эмалированием подвергают пескоструйной очистке. Способы подготовки изделий из цветных и благородных металлов различные, но их основная цель – очистить поверхность от окислов и загрязнений.

Процесс нанесения эмали на чугунные изделия состоит из операций:

Сухой способ (пудровый). На поверхность раскалённого изделия грунтовочный материал в виде пудры наносят многократно ситами с последующим обжигом каждого слоя с целью создания прочного и стабильного сцепления между покрытием и основой, а также соответствующих условий для нанесения слоя покровной эмали;

- Сушка (в сушилках при t =60-80⁰ С) нанесённого слоя грунтовой эмали;

- Обжиг грунтового слоя в эмалировочных печах при t =850-900⁰ С для получения гладкой и блестящей поверхности;

- Нанесение покровных слоёв, обладающих антикоррозионными свойствами (несколько слоёв).

Эмалирование по мокрому способу состоит из операций:

1. Нанесение первого слоя эмали распылением шликера или обливом;

2. Сушка покрытых изделий;

3. Обжиг слоя эмали в печах в течение нескольких минут;

4. Охлаждение изделий;

5. Нанесение покровной эмали;

6. Обжиг эмали в печах.

При сухом процессе вынутый из печи после обжига грунтовой эмали горячее изделие сразу не обсыпается сухим порошком покровной эмали. Контакт порошка с горячей поверхностью ведёт к его размягчению и прилипанию, а при последующем обжиге образуется однородный слой покровной эмали. Операция повторяется несколько раз. Температура обжига ~на 50⁰ ниже, чем при обжиге грунтовой эмали.

При мокром процессе после обжига грунтовой эмали изделие вынимается из печи и охлаждается.

На остывшую поверхность с помощью распыления, окунания или облива наносится водная суспензия покровной эмали. После сушки изделие снова помещают в печь для обжига. Процесс нанесения и обжига эмали производится несколько раз. Суммарная толщина покрытия 1, 5-2 мм.

На стальные изделия производится двукратное нанесение грунтовой эмали с одновременным обжигом обоих слоёв. Покровной эмалью стальные изделия покрываются 2-3 раза. Общая толщина получаемого покрытия 15 мм.

Полученные эмалевые покрытия должны быть гладкими, блестящими, однородными, не иметь трещин, отслаиваний, пузырей и др. дефектов.