Емаль для алюмінію

Реферат: Винахід належить до силікатних емалей для нанесення на алюміній та його сплави і може бути використаний як антикорозійне покриття. Емаль містить, мас. %: SiO2 32,9-37,2; ТiО2 11,2-12,8; В2О3 5,7-6,5; Р2О5 1,9-2,2; ВаО 1,2-1,5; ZnO 2,2-2,6; SrO 0,8-1,0; Li2O 0,1-6,1; Na2O 3,7-22,8; K2O 0,1-21,5; CaO 1,3-1,5; Fe2O3 1,5-1,8; Al2O3 0,8-1,0; V2O5 4,6-5,3; Bi2O3 5,9-6,8; ZrO2 0,8-1,0; CuO 0,5-0,6 і СоО 0,9-1,1. Винахід забезпечує підвищення хімічної стійкості (вилуговування 0,15-0,35 7,6 11,5 см/г), підвищення питомого об'ємного електричного опору (при 150 °C 10 -10 Ом·см). UA 106167 C2 (12) UA 106167 C2 UA 106167 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований винахід належить до силікатних емалей для нанесення на алюміній та його сплави і може бути використаний як антикорозійне покриття при виготовленні виробів різноманітного призначення, в тому разі і електротехнічного. Склади емалей для алюмінію суттєво відрізняються від емалей, які використовуються для чорних металів. Ці відмінності пов'язані з властивостями самого металу алюмінію низька -7 °C 1 температура плавлення (близько 660 °C) та високе значення його ТКЛР (230·10 " ). Емалі для алюмінію та його сплавів повинні мати наступні характеристики: температура -7 °C-1 випалу покриттів 560-580 °C, термічний коефіцієнт лінійного розширення >100·10 , температура початку розм'якшення не менше 300 °C та пробивна напруга покриттів при 20 °C не менше 2000 В. Для отримання суцільних та якісних покриттів при температурі випалу покриття їх в'язкість -3 повинна становити 500-4000 пз, а поверхневий натяг - (200-300)·10 H/м. Перш за все треба зазначити, що основним недоліком відомих хімічних складів емалей для алюмінію є вміст шкідливих та небажаних компонентів свинцю та низькі значення хімічна стійкість до дії води і питомого електричного опору. Відоме емалеве електроізоляційне покриття для алюмінію та його сплавів, що містить, мас.%: Р2О5 60,3-62; Al2О3 8,5-10,0; ZnO 6,5-7,0; ВаО 6,5-7,0; Na2O 10,5-11,5; MgO 1,5-2,0; SnO2 3 0,2-0,5; Cr2O3 2,5-3,5 [А.с. 1057451 А СССР, МКИ С03 С 7/08. Эмалевое электроизоляционное покрытие для алюминия и его сплавов / В.Е. Евстишенкова, Л.А. Лимаренко и Д.Ф. Ушаков (СССР). - № 3479592/29-33; заявл. 26.07.82; опубл. 30.1 1.83, Бюл. № 44]. Недоліками відомого покриття є висока температура варки скла (1350 °C) і низьке значення логарифму об’ємного електричного опору при 20 °C (12,1-13,9). Також відома композиція для емалювання алюмінію та його сплавів, що містить, мас.%: SiO2 28,0-36,0; ТіО2 15,2-19,0; В2О3 6,0-10,0; Na2O 18,0-23,0; Li2O 0,6-3,0; К2О 9,0-14,6; Р2О5 1,1-1,8; 5 Аl2О3 1,0-4,0; FeO 3,0-5,8; МnO2 0,1-0,9 [Пат. 2024447 С1 Росія, МКИ С 03 С 8/1 16, 8/08. Композиция для эмалирования алюминия и его сплавов / Н.И. Беломеря, Н.С. Молчанова, Л.А. Беломеря, Н.Н. Ткаченко, В.А. Ганжела, Э.Ф.Молчанов, В.В. Чернявский, А.А. Ноздренков (Росія). - № 5006598/33; заявл. 08.07.91; опубл. 15.12.94, Бюл. № 23]. Основним недоліком є низьке значення хімічної стійкості покриттів на основі даної емалі (клас А) та висока температура випалу покриттів 500-650 °C. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є склад емалі, що містить, мас.%: SiO 2 34,30-41,57; ТіО2 13,04-15,81; В2О3 2,84-3,90; Р2О5 3,86-4,68; ВаО 2,08-2,46; ZnO 3,32-4,02; SrO 1,41-1,71; Li2O 0-9,85; Na2O 5,28-33,25; K2O 0-26,79 [Голеус, В.И. Электроизоляционные эмали для алюминия / В.И. Голеус, Т.Ф. Шульга // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». - 2009. - № 22. - С. 14-19] - прототип. Основною перевагою цих емалей є достатньо високі значення ТКЛР в інтервалі температур -1 20-300 °C 130-170 град . Однак головним недоліком прототипу є низькі значення водостійкості (вилуговування 0,5-9,7 3 6 10 см /г) та питомого електричного опору при 150 °C 10 -10 Ом·см. В основу винаходу поставлена задача розробка хімічного складу силікатної емалі для алюмінію та його сплавів з метою підвищення її хімічної стійкості та питомого об'ємного електричного опору шляхом додаткового введення до оксидів CaO, Fe2O3, Al2О3, V2O5, Ві2О3, ZrO2, CuO і СоО. Поставлена задача вирішується тим, що відома емаль, яка включає SiO 2, В2О3, Р2О5, ТіО2, BaO, ZnO, SrO, Li2O, Na2O і К2О відповідно до винаходу додатково містить CaO, Fe2O3, Al2О3, V2O5, Bi2O3, ZrO2, CuO і СоО при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: SiO 2 32,9-37,2; ТіО2 11,2-12,8; В2О3 5,7-6,5; Р2О5 1,9-2,2; ВаО 1,2-1,5; ZnO 2,2-2,6; SrO 0,8-1,0; Li2O 0,1-6,1; Na2O 3,7-22,8; K2O 0,1-21,5; CaO 1,3-1,5; Fe2O3 1,5-1,8; Al2O3, 0,8-1,0; V2O5 4,6-5,3; Bi2O3 5,9-6,8; ZrO2 0,8-1,0; CuO 0,5-0,6 і СоО 0,9-1,1. Відмінними ознаками винаходу, що пропонується є наявність у його складі СаО, Fе2O3, Al2О3, V2О5, Ві2О3, ZrO2, CuO і СоО при такому співвідношенні інших компонентів, яке забезпечує збільшення хімічної стійкості покриття (вилуговування 0,15-0,35 см/г) разом з підвищенням їх 7,6 11,5 значень питомого об'ємного електричного опору (при 150 °C 10 -10 Ом·см) при збереженні значень TKЛP близьких до ТКЛР алюмінію. Вміст компонентів, що входять до хімічного складу силікатних емалей наведено в табл. 1. Для приготування шихти стекол використовують наступні сировинні матеріали: кварцовий пісок, борну кислоту, карбонати стронцію, літію, калію, барію, кальцію, кальциновану соду, дванадцяти водний ортофосфат натрію, оксиди титану, цинку, заліза (III), алюмінію, ванадію (V), вісмуту (III), цирконію, міді (II) та кобальту (II). Властивості запропонованих емалей для алюмінію наведено у табл. 2. 1 UA 106167 C2 Таблиця 1 Хімічний склад запропонованих емалей, мас.% Оксиди SiO2 ТiО2 В2О3 P2O5 BaO ZnO SrO Li2O Na2O K2O CaO Fe2O3 Al2O3 V2O5 Вi2О3 ZrO2 CuO CoO 1 34,8 11,9 6,1 2,0 1,4 2,4 0,9 0,1 22,8 0,1 1,4 1,6 0,9 4,9 6,4 0,9 0,5 1,0 2 35,9 12,2 6,3 2,1 1,4 2,5 0,9 2,9 17,3 0,1 1,5 1,7 1,0 5,1 6,5 1,0 0,6 1,0 37,2 12,8 6,5 2,2 1,5 2,6 1,0 6,1 11,0 0,1 1,5 1,8 1,0 5,3 6,8 0,9 0,6 1,1 4 32,9 11,2 5,7 1,9 1,2 2,2 0,8 0,1 10,7 17,0 1,3 1,5 0,8 4,6 5,9 0,8 0,5 0,9 Номер склофрити 5 6 33,7 33,9 11,6 11,6 5,9 5,9 2,0 1,9 1,3 1,3 2,3 2,3 0,9 0,9 0,1 2,8 16,4 4,9 8,7 17,4 1,4 1,4 1,6 1,6 0,9 0,9 4,8 4,8 6,1 6,1 0,8 0,8 0,5 0,5 1,0 1,0 7 33,9 11,6 5,9 2,0 1,3 2,3 0,9 0,9 12,7 11,5 1,3 1,6 0,9 4,8 6,1 0,8 0,5 1,0 Прототип 34,3-41,57 13,04-15,81 2,84-3,90 3,86-4,68 2,08-2,46 3,32-4,02 1,41-1,71 0-9,85 5,28-33,25 0-26,79 8 33,0 11,2 5,8 1,9 1,3 2,3 0,9 1,8 3,7 21,5 1,3 1,5 0,9 4,7 6,0 0,8 0,5 0,9 Таблиця 2 Властивості прототипу та запропонованих емалей Властивості склофрит 1 2 3 Температура варки скла, °C Температура випалу покриттів, °C ТКЛР при 20-300 °C, 110,1 116,7 111,5 7 -1 α··10 , град Питомий об'ємний 7,6 9 8,7 електричний опір при 10 10 10 150 °C, lgρ Дилатометрична температура початку 510 470 470 розм'якшення, °C Хімічна стійкість (вилуговування), 0,3 0,18 0,31 3 см /г 5 10 Номер склофрити 5 6 7 4 8 Прототип 1150-1200 1130-1200 560-580 560-580 126,4 10,5 10 127,2 9,7 10 122,3 10,9 10 127,7 10 10 131,7 11,5 10 130-170 6-10 490 470 460 480 465 390-490 0,15 0,17 0,35 0,25 0,18 0,5-9,7 Варку емалей проводять в шамотних тиглях при 1150-1200 °C протягом 40 хвилин. За цей час шихта розплавляється та утворює гомогенний розплав скла, який потім гранулюють у холодну воду. Для одержання покриттів на алюмінію емалеві шлікера готують за мокрим помелом у фарфорових барабанах до проходження крізь сито № 0063 за наступним рецептом (мас.ч.): фрита 100; ізопропанол 50. Отриманий за таким рецептом шлікер наносять на алюмінієві підкладки методом обливу у 12 шари. Випал включає поступовий нагрів зі швидкістю 3 град/хв. від 20 °C до 560-580 °C та витримку при максимальній температурі протягом 5-30 хвилин. 2 UA 106167 C2 5 Використання запропонованої емалі дозволить підвищити хімічну стійкість покриттів 3 (вилуговування 0,15-0,35 см /г) та значення питомого об’ємного електричного опору покриттів 7,6 11,5 на її основі (при 150 °C 10 -10 Ом·см). До того ж одержані емалі характеризуються -7 -1 значеннями ТКЛР (110,1-131,7)·10 град в інтервалі 20-300 °C і забезпечують отримання якісного склоемалевого покриття при температурі випалу 560-580 °C, що сприятиме розширення галузей використання емальованих виробів на підкладках з алюмінію та його сплавів, в тому разі і електротехнічного призначення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Емаль для алюмінію та його сплавів, що містить SiO2, В2О3, Р2О5, TіО2, BaO, ZnO, SrO, Li2O, Na2O і K2O, яка відрізняється тим, що вона додатково містить СаО, Fе2О3, Аl2О3, V2O5, Вi2О3, ZrO2, CuO і СоО при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: SiO2 32,9-37,2; ТіО2 11,212,8; В2О3 5,7-6,5; Р2О5 1,9-2,2; ВаО 1,2-1,5; ZnO 2,2-2,6; SrO 0,8-1,0; Li2O 0,1-6,1; Na2O 3,7-22,8; K2O 0,1-21,5; СаО 1,3-1,5; Fe2O3 1,5-1,8; Аl2О3 0,8-1,0; V2O5 4,6-5,3; Ві2О3, 5,9-6,8; ZrO2 0,8-1,0; CuO 0,5-0,6 і СоО 0,9-1,1. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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