Ґрунтова емаль для сталі

Реферат: Винахід належить до хімічної галузі промисловості, а саме до складів емалей для отримання безборних ґрунтових покриттів для захисту від окиснення тонколистової сталі. В основу винаходу поставлена задача розробити емаль для отримання безборних ґрунтових покриттів з хорошою міцністю зчеплення з металом при незначному вмісті дорогого оксиду кобальту з порівняно невисокою температурою випалу 820-880 °C. Емаль для отримання безборних ґрунтових покриттів містить, мас. %: SiO2 - 58,260-60,200, Аl2О3 - 0,500-3,360, Na2O - 20,10022,000, CaO - 0,380-3,800, Na2SiF6 - 2,400-8,000, CaF2 - 5,200-10,600, MgO - 0,700-2,420, ТiO2 0,500-1,500, СоО - 0,075-0,150. UA 105121 C2 (12) UA 105121 C2 UA 105121 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до хімічної галузі промисловості, а саме до складів емалей для отримання безборних ґрунтових покриттів для захисту від окиснення тонколистової сталі, які можуть бути використані при виготовленні емальованих виробів господарчо-побутового призначення. Безборні ґрунтові емалі для сталі є перспективною групою склоемалевих покриттів завдяки зменшенню у їх складі дефіцитних і дорогих компонентів (борної сировини та оксидів зчеплення), тому розробка саме безборних ґрунтових покриттів є актуальною. Відомий емалевий шлікер для формування ґрунтового покриття на сталі, що містить наступні компоненти у співвідношенні, мас. ч.: перша фрита - 8-14; друга фрита - 35-48; третя фрита - 41-52, кварцовий пісок - 10-45; бура - 0,1-0,3; глина - 5-7; вода - 45-50, при цьому фрити містять барій та мають наступний склад компонентів, мас. %: перша фрита - 28,0-36,0 SiO2; 23,0-26,0 В2О3; 1,0-3,0 Аl2О3; 12,0-18,0 Na2O; не>1,0 ТiO2; 0,5-2,5 СаО; не >3,0 MgO; не >2,0 Fe2O3; 1,0-1,5 Со2О3; 1,0-3,0 Ni2O3; не >3,0 МnО; 20,0-25,0 BaO; F' поверх 100 % не >3,0; друга фрита - 32,0-38,0 SiO2; 21,0-24,0 В2О3; 1,0-3,0 Аl2О3; 12,0-17,0 Na2O; не >1,0 ТiO2; 1,0-3,0 СаО; не >1,0 MgO; не >2,0 Fe2O3; 2,0-6,0 Со2О3; 1,0-3,0 Ni2O3; не >3,0 МnО; 16,0-19,0 BaO; F' поверх 100 % не >3,0; третя фрита - 37,0-43,0 SiO2; 19,0-22,0 В2О3; 0,5-3,5 Аl2О3; 11,0-15,0 Na2O; не >2,0 ТiO2; 0,5-3,5 СаО; не >2,0 Fe2O3; 2,0-6,0 Со2О3; 0,5-3,0 Ni2O3; 13,0-18,0 BaO; F' поверх 100 % не >3,0; [Пат. 2264359 РФ. С03С 8/22. Эмалевый шликер грунтового покрытия, способ эмалирования и эмалевое покрытие металлоизделия, выполненное с его использованием /К.В. Казак, А.К. Казак, В.В. Диденко, А.А. Сиротинский. №2004123008/03; заявл. 26.07.04; опубл. 20.11.05. - 17с]. Недоліками винаходу є: - великий вміст дорогого оксиду кобальту (до 6,0 мас. % Со2О3); - вміст дефіцитного борного ангідриду (до 26,0 %); - складність при виготовленні фрит (складання 3 шихт, замість однієї); - обмеження застосування барійвмісних емалей при виготовленні емальованого посуду. Відоме ґрунтове покриття для сталі зі зниженою температурою випалу, яке включає суміш двох фрит (тугоплавку та легкоплавку), кварцовий пісок, вогнетривку глину і електроліти; фрити мають наступний склад, мас. %: тугоплавка - 39,5-42,5 SiO2; 0,5-3,5 Аl2О3; 2,0-4,0 СаО; 0,5-4,0 Р2О5; 1,5-4,5 ТiО2; 0,8-1,5 Со2О3; 0,5-2,0 Ni2O3; (B2O3+Na2O+K2O+Fe2O.i+MnO2)-43,5-50,5, причому B2O3/Na2O+K2O=0,75-1,1; Fe2O3/MnO2=0,75-1,0. Легкоплавка - 30,0-35,0 SiO2; 1,0-3,3 Al2Ο3; 1,5-4,5 СаО; 1,5-3,0 ТiО2; 0,7-1,5 Со2О3; 0,5-2,0 Νi2Ο3; (B2O3+Na2O+Fe2O3+MnO2)=55,759,2, причому В2О3/Nа2О=0,75-1,1; Fe2O3/MnO2=0,66-1,05. [Пат. 24822 А Україна. С 03 С 8/22. Ґрунтове покриття / Я.І. Білий, Л.Г. Шаталова, С.М. Пономарчук, С.Ю. Науменко, Р.І. Кислична, О.І. Косенко, В.І. Худяков, Ю.М. Антипов, І.Г. Нагорний, Л.А. Терновська. №97084193; заявл. 11.08.97; опубл. 25.12.98, Бюл. № 6. – 9 с]. Недоліками такого покриття є: - великий вміст дорогого оксиду кобальту (до 1,5 мас. % Со2О3); - вміст дефіцитного борного ангідриду (до 29,0 %); - складність при виготовленні фрит (складання 2 шихт, замість однієї); - невелика міцність на удар (до 1,4 Дж). Найбільш близькою до винаходу, що заявляється, за технічною суттю і результатом, що досягається, є емаль, що включає оксиди, мас. %: 39,1-48,2 SiO2; 10,9-28,5 В2О3; 5,7-7,7 Аl2О3; 1,0-1,2 Fe2O5; 0,1-0,5 Со2О3; 1,5-4,3 Ni2O3; 2,6-4,8 СаО; 0,2-0,3 MgO; 11,0-28,6 R2O; 0,5-13,7 Na2SiF6 [A.c. 632662 СРСР. С 03 С 7/04. Грунтовая эмаль для стали / B.C. Каминская, Л.Г. Ходский, Т.С. Минкевич. №2398768/29-33; заявл. 23.08.76; опубл. 25.11.78, Бюл. № 42.-6 с прототип]. Недоліками найближчого аналога є: - значний вміст борного ангідриду (10,9-28,5 мас. %); - вилуговування бору під час експлуатації емальованого посуду; - порівняно більший вміст дорогого оксиду кобальту (до 0,; мас. %); - значна кількість недешевого оксиду зчеплення (NiO) до 4,3 мас. %. В основу винаходу поставлена задача - розробити емаль для отримання безборних ґрунтових покриттів з хорошою міцністю зчеплення з металом при незначному вмісті дорогого оксиду кобальту (СоО) з порівняно невисокою температурою випалу (820-880 °C) шляхом дослідження та коригування кількісного співвідношення компонентів у складі емалі та емалевого шлікера. Поставлена задача досягається тим, що відома емаль для отримання безборних ґрунтових покриттів, яка включає оксиди кремнію, алюмінію, магнію, кальцію, натрію та Na 2SiF6, відповідно до винаходу, вона додатково містить у своєму складі ТіО 2, СоО та CaF2 при наступному 1 UA 105121 C2 співвідношенні компонентів, мас. %: 58,26-60, SiO2; 0,5-3,36 Аl2О3; 20,1-22,0 Na2O; 0,38-3,8 СаО; 2,4-8,0 Na2SiF6; 5,2-10,6 CaF2; 0,7 2,42 MgO; 0,5-1,5 ТiO2; 0,075-0,15 СоО. В табл. 1 приведені склади запропонованих емалей. Таблиця 1 Хімічний склад запропонованих емалей, мас % Оксиди SiO2 Аl2О3 В2О3 Fe2O3 Со2О3 Ni2O3 R2O Na2O СаО Na2SiF6 CaF2 MgO TiO2 СоО Номери емалей Найближчий аналог пo пат. № 632662, емаль № 1 44,3 6,8 22,4 1,2 0,3 2,0 11,0 4,6 7,2 0,2 1 58,26 2,82 20,1 3,8 6,59 6,16 1,77 0,5 0,075 2 59,2 3,36 21,2 0,77 8,0 5,2 1,77 0,5 0,1 3 60,0 2,4 21,46 1,24 5,2 8,0 0,7 1,0 0,125 4 60,2 0,5 22,0 0,38 2,4 10,6 2,42 1,5 0,15 5 10 15 Для отримання такої фрити використовують наступні сировинні матеріали: пісок кварцовий, глинозем, селітру натрієву, соду кальциновану, крейду, кремнефтористий натрій, флюоритовий концентрат, палену магнезію, діоксид титану та оксид кобальту. Варку емалей проводять при температурі 1260-1280 °C протягом 67-75 хвилин. Випал покриттів проводять в інтервалі температур 820-880 °C. Приводимо приклад конкретного виконання винаходу, що пропонується. Безборні ґрунтові покриття отримують приготуванням шлікера, що включає базову фриту, суспендуючий компонент, електроліти, воду, та нанесенням його на поверхню маловуглецевої сталі з послідуючим сушінням і випалом. Емалеві шлікери готують за наступними рецептами (табл. 2). До складу запропонованого емалевого шлікера входить фрита, що не містить дефіцитної борвмісної сировини, крім цього - включає мізерну кількість дорогого оксиду кобальту (до 0,15 %) і зовсім мало введеного на помел фрити NiO (0,28-0,39 мас. ч.), необхідного для надання покриттю найважливішої характеристики - міцності зчеплення емалі з металом. 20 Таблиця 2 Склади емалевих шлікерів, мас. ч. Компоненти Безборна фрита Борвмісна фрита Глина Глина часівярська Бура кристалічна Н3ВО3 NiSO4-7H2O Ca(NO3)2 КСl Вода, мл Найближчий аналог по пат. № 632662, емаль № 1 100,0 5-6 Номери складів запропонованих шлікерів 1 2 3 4 100,0 100,0 100,0 100,0 5,0 1 5,5 6,0 6,0 0,2-0,5 40-50 0,2 0,5 0,1 0,015 41 0,2 0,6 0,1 0,025 41 0,25 0,5 0,2 0,01 43 0,3 0,7 0,2 0,025 44 2 UA 105121 C2 5 Блиск безборних ґрунтових покриттів визначали на блискомірі ФБ-2, міцність зчеплення покриття зі сталлю - на установці для визначення міцності на удар (в залежності від заданої роботи удару). Температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) та температуру початку розм'якшення (ТПР) визначали на кварцовому дилатометрі ДКВ-5. Експлуатаційні та технологічні характеристиики розробленої емалі і покриттів наведені в табл. 3. Таблиця 3 Експлуатаційні і технологічні характеристики безборної емалі і ґрунтових покриттів на її основі Характеристики безборних ґрунтових покриттів 7 -1 ТКЛР, а-10 град ТПР, °C Розтічність при 860 °C, мм Розтічність при 850 °C Розтічність при 875 °C Інтервал випалу покриттів, °C Міцність зчеплення, % Блиск покриттів, % 10 15 20 Найближчий аналог по пат. №632662, емаль №1 88,1 550 2,43 2,83 810-900 99,75 1 94,7 560 32,3 99,9 60 Номери складів 2 3 96,8 96,1 565 550 33,0 30,2, 820-880 °C 99,8 99,6 55 68 4 97,1 555 33,2 99,8 58 Заявлений кількісний і хімічний склад безборної ґрунтової емалі встановлений за результатами аналізу багаторазових дослідних даних при складанні та оцінюванні емалевих шлікерів і покриттів. Шлікер в межах заявленого складу має високий ступінь адгезії, хорошу консистенцію, однорідний розплав, задовільну стійкість до прогарів, хоча і має поодинокі пухирці в об'ємі емалевої суспензії. Наведені результати характеристик безборних ґрунтових покриттів (табл. 3) та візуальна їх оцінка свідчать, що вони мають якісний склошар без прогарів та уколів, достатню міцність зчеплення емалі зі сталлю (99,6-99,9 %) та хороший блиск склошару (55-68 %), що свідчить про гарну оплавленість емалі. Запропоновані склади емалей можуть бути використані при емалюванні сталевих виробів господарчо-побутового і технічного призначення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Ґрунтова емаль для сталі, що містить оксиди кремнію, алюмінію, магнію, кальцію, натрію та Na2SiF6, яка відрізняється тим, що вона додатково містить у своєму складі ТіО 2, СоО та CaF2 при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: SiO2 58,260-60,200 Аl2О3 0,500-3,360 Na2O 20,100-22,000 CaO 0,380-3,800 Na2SiF6 2,400-8,000 CaF2 5,200-10,600 MgO 0,700-2,420 ТiO2 0,500-1,500 СоО 0,075-0,150. 25 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3