Грунтове покриття

Винахід відноситься до складів силікатного грунтового покриття зі зниженою температурою випалювання для сталі, яке може бути використане для емалювання стальних виробів господарчо-побутового призначення. Відоме грунтове покриття, що містить у своєму складі декілька фрит і призначене як проміжний шар для захисту металу від корозії при емалюванні стальних посудних виробів (Авт. св. СРСР №1407921, кл. C03C8/22, Бюл. №25, 1988). Це маса для одержання грунтового покриття, що включає 4 фрити різної плавкості, в складі яких компоненти містяться в таких межах, мас.%: Для легкоплавкого грунту 1: SiO2 40,0 - 43,0 TiO2 3,0 - 5,0 Al2O3 2,5 - 5,0 B2O3 21,7 - 26,0 Na2O 15,0 - 18,0 K2O 3,0 - 4,0 CaO 4,5 - 6,0 Co2O3 0,5 - 0,8 Ni2O3 0,1 - 0,5 MnO2 0,5 - 1,0 Для легкоплавкого грунту 2: SiO2 45,0 - 49,0 TiO2 0,5 - 3,0 Al2O3 2,5 - 3,0 B2O3 21,0 - 23,0 Na2O 13,0 - 20,0 K2O 0,1 - 2,1 CaO 3,0 - 5,4 Co2O3 0,1 - 0,6 Ni2O3 0,1 - 0,5 MnO2 1,4 - 2,0 Для грунту середньої плавкості: SiO2 44,0 - 50,0 TiO2 2,0 - 3,0 Al2O3 0,4 - 3,0 B2O3 0,4 - 3,0 Na2O 13,9 - 16,0 K2O 2,0 - 3,0 CaO 5,0 - 11,0 Co2O3 0,4 - 0,8 Ni2O3 0,1 - 0,5 MnO2 1,0 - 1,5 Fe2O3 0,1 - 0,5 Для тугоплавкого грунту: SiO2 47,5 - 54,0 TiO2 3,0 - 5,0 Al2O3 3,0 - 5,0 B2O3 16,4 - 19,0 Na2O 11,0 - 14,5 K2O 1,5 - 5,0 CaO 3,5 - 7,0 Co2O3 0,8 - 0,9 Ni2O3 0,5 - 0,6 MnO2 0,8 - 1,5 Недоліками грунтового покриття, яке одержане із вищезазначеної маси, є висока температура випалювання та низька міцність зчеплення на удар. Відома грунтова емаль (Авт. св. СРСР №1749194, кл. C03C8/02, Бюл. №27, 1990) такого хімічного складу, мас.%: SiO2 35,3 - 39,1 Al2O3 1,8 - 2,4 B2O3 20,8 - 23,4 Na2O 22,8 - 25,5 CoO 0,4 - 0,5 NiO 1,2 - 1,3 MnO2 2,5 - 2,8 ZrO2 4,2 - 6,5 Недоліками покриття, одержаного на основі цієї емалі, є низька ударна міцність та висока вартість внаслідок значного вмісту дорогокоштуючого і дефіцитного компоненту оксиду цирконію. Найбільш близькими за технічною суттю та винаходом, який досягнуто, є шлікер для грунтового покриття (Авт. св. СРСР №1701664, кл. C03C8/16, Бюл. №48, 1991) - прототип. При емалюванні стального посуду зазначений шлікер служить для одержання грунтового покриття із суміші трьох фрит з добавками кварцового піску, часів'ярської глини, бури, нітрату натрію, а також сульфату кальцію або магнію. Хімічні склади фрит прототипу наведені в табл.1. Недоліками прототипу є висока температура випалювання покриття, низька термостійкість, а також великі енерговитрати на варіння складових фрит. Основою винаходу є одержання грунтового покриття для стального емальованого посуду з низькою температурою випалювання та малими витратами енергії на варіння фрит. Завдання винаходу має на меті також підвищення термостійкості захисного склоемалевого покриття. Поставлене завдання вирішується таким чином, що відоме грунтове покриття, яке вміщує фрити, кварцовий пісок, вогнетривку глину та електроліти, відрізняється тим, що згідно з винаходом воно вміщує дві фрити такого хімічного складу, мас.%: Тугоплавка SiO2 39,5 - 42,5 Al2O3 0,5 - 3,5 CaO 2,0 - 4,0 P2O5 0,5 - 4,0 TiO2 1,5 - 4,5 Co2O3 0,8 - 1,5 Ni2O3 0,5 - 2,0 (B2O3 + Na2O + K2O + Fe2O3 + MnO2) = 43,5 50,5 причому B2O3/Na2O + K2OB = 0,75 - 1,1, Fe 2O3/MnO2 = 0,75 - 1,0; Легкоплавка SiO2 30,0 - 35,0 Al2O3 1,0 - 3,3 TiO2 1,5 - 3,0 CaO 1,5 - 4,5 Co2O3 0,7 - 1,5 Ni2O3 0,5 - 2,0 (B2O3 + Na2O + Fe2O3 + MnO2) = 55,7 - 59,2, причому B2O3/Na2O = 0,75 - 1,1, Fe2O3/MnO2 = 0,66 1,05. Встановлене співвідношення оксидів в хімічних складах фрит об'єкту, що заявляється, дозволяє знизити температуру, а також тривалість їх варіння, забезпечити необхідну міцність зчеплення композиційного грунтового покриття зі сталлю та його високу термостійкість при умові зниження температури випалу покриття. Відомо, що зниження температури випалу грунтової емалі приводить до послаблення реакційної взаємодії на границі розділу фаз "метал - емаль"; наслідком цього є зниження міцності їх зчеплення, зменшення термостійкості покриття. Присутність в обох емалях, що заявляються, оксидів заліза (Fe2O3 та марганцю (MnO2), а також встановлені оптимальні для складів, що заявляються, співвідношення Fe2O3 : MnO2 сприяють максимальному виявленню властивостей цих оксидів як активаторів зчеплення. Одночасно ці оксиди є плавнями і забезпечують скорочення тривалості варки фрит та зниження температури випалу композиційного покриття на їх основі. Збільшення вмісту оксиду бору, в порівнянні з прототипом, у фритах об'єкту, що заявляється, приводить не тільки до підвищення плавкості грунтових емалей, а й до покращення змочуючої здатності розплавів, що, в свою чергу, має позитивний вплив на посилення адгезії грунтового покриття до сталі, отже сприяє збільшенню його термостійкості. Зміна хімічних складів ґрунтових фрит, що входять в покриття, яке заявляється, у порівнянні з фритами прототипу забезпечує збільшення температурного коефіцієнту лінійного розширення грунтового шару, що приводить до зближення його величини з ТКЛР стальної підкладинки і, як наслідок, сприяє підвищенню термостійкості покриття. Таким чином, використання маси, що заявляється для грунтового покриття, дозволяє знизити температуру його наплавлення при збереженні достатньо високої міцності зчеплення грунту зі сталлю та підвищує термостійкість покриття і одночасно знижуються енерговитрати на варіння складаючих масу фрит внаслідок зниження температур їх варки і (або) скорочення її тривалості. Хімічні склади конкретних фрит маси, що заявляється, відповідно з прототипом наведені в табл.2, а їх властивості - в табл.3. При синтезі емалевих фрит в шихті використовували такі матеріали: кварцовий пісок, буру кристалічну, глинозем технічний, селітру калієву та натрієву, соду кальциновану, діоксид титану, тринатрій фосфат, марганцеву руду, залізну окалину, крейду, кварцпольовошпатову сировину, оксиди нікелю та кобальту. Варку емалей проводили в лабораторних печах з карбідкремнієвими нагрівачами в шамотних тиглях при температурах 1160 - 1200°C. Готовність розплаву визначали по нитці та коржикові, відлитому з розплаву, грануляцію проводили у воді. Розмоли грунтових емалей здійснювали за розкладками табл.4 до тонкості помелу 18 - 20од. по методу Лісенко. Шлікери емалей з параметрами: об'ємна маса 1,69 - 1,75г/см3, консистенція 5 - 9г/дм2 наносили на попередньо підготовлені загальноприйнятим способом стальні зразки і випалювали в електричній печі в температурному інтервалі 740 - 890°C. Фізико-хімічні і технологічні властивості фрит та покриттів визначали відповідно до стандартів (Держстандарт 24405 - 80, ДСТУ 3276 - 95). Одержані дані представлені в табл.3 і 5. Як видно з експериментальних даних (табл.3), тривалість варіння фрит складових композицій маси, що заявляється, більше ніж на 20хв. менше відповідно за призначенням складових фрит прототипу і при цьому зниження температури складає більше 50°C. Грунтове покриття, що пропонується, характеризується високою термостійкістю (420 430°C), зниженою оптимальною температурою випалу (800 - 820°C) при забезпеченні достатньо високої міцності зчеплення (1,3 - 1,4Дж) та широкого інтервалу випалу (180 - 200°C) (табл.5). Впровадження у виробництво стального емальованого посуду грунтів зі зниженою температурою випалювання дозволить знизити енерговитрати на варіння та випалювання емалей, знизити кількість браку по жолобленню виробів, що емалюються, а також підвищити такий експлуатаційний параметр як термостійкість.