Маса для одержання одношарових склоемалевих покриттів та спосіб її приготування

1. Маса для одержання одношарових склоемалевих покриттів, яка включає легкоплавку фриту, що містить оксиди: SiO2, ТiО2, В2О 3, MnO2, Fe2O3 , Na2O, CoO, NiO, вогнетривку глину, нітрит натрію та воду, яка відрізняється тим, що вона додатково містить забарвлюючу добавку, причому як забарвлюючу добавку вона містить розчин солі C2 2 (19) 1 3 83763 4 коробуватість крупногабаритних сталевих деталей емаль містить у своєм у складі оксиди кремнію, та виробів з них. бору, алюмінію, кальцію, натрію, магнію, нікелю, Відома також, ґрунтова емаль на основі оксимарганцю, літію, заліза, титану та хрому при надів кремнію, бору, алюмінію, міді, натрію, калію, ступному співвідношенні компонентів, мас.%: нікелю, стронцію, фосфору, заліза, титану і маргаSiO2 36,7-42,5; нцю для захисту від корозії сталевої хімічної апаВ2О3 16,0-19,0; ратури [Пат. 45069 А (Україна), МПК6 С03С8/00. Аl2О 3 1,5-1,9; Ґрунтова емаль. /Єрохін В.В., Єрохіна Л.І., Бюл. СаО 4,0-5,0; №3, 2002], при наступному співвідношенні компоNa2O 16,0-20,0; нентів, мас.%: MgO 1,0-2,0; SiO2 37,5-50,5; NiO 1,0-2,0; В2О3 16,0-18,0; MnO2 3,9-6,0; Аl2О 3 2,7-3,5; Li2O 0,1-0,8; CuO 0,005-0,2; Fe2O3 4,4-7,2; Na2O 13,0-15,0; TiO2 4,0-4,6; K2O 4,0-5,5; Cr2O3 0,1-0,4. NiO 0,5-1,5; Емаль призначена для одношарового кольоSrO 10,0-11,5; рового емалювання виробів із сталі та декоративP2O5 0,5-1,5; ного покриття деталей побутової газової апаратуFe2O3 1,0-2,5; ри і виробів санітарно-технічного призначення. TiO2 1,5-2,5; Недоліками емалі є наявність у складі дорогоMnO2 0,25-0,80. коштуючи х компонентів (Li2O, ТіО2), відносно висоНедоліками емалі є те, що вона містить у ка температура варки емалей (1200-1250°С) і висвоєму складі токсичні оксиди міді та стронцію. палу покриттів (720-860°С) та низькі показники Крім відміченого, така емаль розрахована для барозтічності фрит (мм). гатошарового нанесення на метал. Найбільш близькою за технічною сутністю та Відома емаль для безгрунтового покриття, яка досягаємому результату до винаходу, що заявляможе бути використана в якості антикорозійних ється, є маса для захисту від корозії стальних визахисних покриттів для емалювання сталевих воробів і виробів із чавуну, до складу якої входить до-, газо- і нафтопровідних тр уб та сполучних кварцовий пісок, глина, магнезит, борна кислота, елементів до них, хімічної апаратури та інших виелектроліт і фрита, яка включає оксиди, мас.%: дів металевих виробів [Пат. №46862 (Україна), SiO2 -34,0; МПК6 С03С8/00, 8/02. Склоемаль для безгрунтовоTiO2 -1,7; го покриття. /Козлова А.П., Губа М.І., Дробот І.О., В2О3 -20,0; Борисенко С.І., Підлужний В.М., Перуманін Ю.П., МnО2 -8,6; Дудник В.В., Бюл. №6, 2002]. Ця емаль містить у Fe2O3 -7,4; своєму складі SiO2, ZrO2 , TiO2 , В2 О3, Аl2О3 , Na2O, K2O -1,2; K2O, СаО, МnО2 , Со2О3 , SrO, М2 О3 і, крім того, CaO -1,1; один оксид із групи оксидів Li2O, Fe2O 3, P2 O5 при Na2O -24,8; наступному співвідношенні компонентів, мас.%: СоО -0,8; SiO2 56,1-61,5; NiО -0,6, ZrO2 0,01-5,0; ТіО2 0,5-5,0; в якості електроліту - нітрит натрію при настуВ2О3 7,0-11,5; пному співвідношенні компонентів, мас.ч.: Аl2О 3 0,01-5,0; Кварцовий пісок 5,0-12,0 Na2O 9,5-14,7; Глина 5,0-8,0 К2О 1,5-5,5; Магнезит 0,5-1,0 СаО 0,5-5,5; Борна кислота 0,3-0,6 МnО2 0,5-4,0; Нітрит натрію 0,1-0,2 Со2О3 0,01-0,7; Фрита 78,5-88,8 SrO 0,01-5,0; [A.c. 700476 МПК2 С03С7/04, С03С7/06, Маса Ni2O3 0,2-1,0 для емалевого покрытия. /Я.И.Белый, Н.И.Беломеря, Бюл. №44, 1979] - прототип. Недоі крім того, принаймні, один оксид з групи окліками прототипу є: сидів Li2O, Fe2 O3, P2 O5 0,5-5,5. - висока температура варки емалей 1200Недоліками емалі є те, що вона багатокомпо1250°С та випалу покриттів 680-800°С; нентна та має підвищену температуру випалу - низькі показники зчеплення покриттів зі стал(860-870°С) покриттів на її основі. лю (94-97%) та з чавуном (88-92%); Відома безгрунтова кольорова емаль для ста- багатокомпонентність складу шлікерної маси. лі, яка включає оксиди кремнію, бору, алюмінію, Відомий спосіб одержання забарвлених покальцію, натрію, магнію, нікелю, марганцю, літію, криттів з використанням фрити, суспендуючих заліза, титану і хрому [Пат. 15647 (Україна), МПК5 компонентів і електролітів, в якому забарвлення С03С8/00. Безгрунтова кольорова емаль для стасклошару здійснюється шляхом введення в ши хту лі. / Шевцов О.Є., Молчанова Н.С., Ткаченко Н.М., оксидів металів змінної валентності з послідуючою Сімонова А.П., Столярова Н.М., Чернявський В.В., варкою емалей при температурі 1250-1300°С, поІванов П.М., Захаров Ю.В., Бюл.№3, 1997]. Ця мелом, нанесенням покриття на сталеві вироби і 5 83763 6 випалом при температурі 800-820°С [A.c. 1416461, Co(NO3)2×6H2O - 0,26-0,78 (0,07-0,2 СоО) при МКВ5 С03С8/08. Эмаль. / А.Н.Веретенников и др. слідуючому співвідношенні оксидів фрити, мас.%: БИ №30, 1988.]. SiO2 33,0-35,0; Недоліками відомого способу є: ТіО2 2,1-3,7; - нестабільність якісних і оптичних характерисВ2О3 21,0-22,5; тик склопокриттів в температурному інтервалі виМnО2 7,3-8,6; палу; Fe2O3 7,5-8,9; - введення підвищеної кількості дорогокоштуNa2O 23,0-25,9; ючих компонентів, які використовуються як забарСоО 0,4-0,8; влюючі добавки в ши хту і в шлікер. NiO 0,4-0,8. Найбільш близьким за технічною сутністю і Також поставлена задача вирішується тим, що досягаємому результату є спосіб одержання світв відомому способі одержання одношарових полозабарвлених емалевих покриттів, який включає криттів, який містить приготування шлікеру помеприготування шлікеру помелом фрити системи лом фрити системи SiO2-R2O-RO-R2O3-RO2 , глини, SiO2-R2O-RO-R2O 3-P2 O5, глини, води, електролітів і води, NaNO2 і забарвлюючих компонентів у виглязабарвлюючих солей які містять іони металів хроді солей хрому і кобальту, нанесення, сушіння і му, кобальту, міді, нікелю і заліза, нанесення, сувипал, відповідно до винаходу перед помелом шіння та випал. При цьому перед помелом змішузабарвлюючі компоненти в кількості 0,027-0,78 м.ч. ють розчин забарвлюючих солей в кількості 0,02розчинюють у воді. 3,5м.ч. з глинистою суспензією [Пат. 51109А (УкраПопередньо розчинені у воді солі металів їна), МПК6 С03С8/00, С23D5/02, Спосіб одержання змінної валентності (хрому і кобальту,) дисоціюють світлозабарвлених емалевих покриттів на сталі. на іони. Між іонами і диполями води виникають /Білий Я.І., Пономарчук СМ., Науменко С.Ю., Киссили взаємного притяжіння, що обумовлює появу лична Р.І., Бюл. №11, 2002] - прототип. гідратованих іонів. В емалевому шлікері містяться Недоліками прототипу є: подрібнені часточки фрити, які мають надлишко- складність способу одержання світлозабарввий негативний заряд за рахунок механічного розлених емалевих покриттів, яка обумовлена тим, риву зв'язку R-O при помелі та протіканні процесів що розчин солей металів змінної валентності змівилуго вування при старінні суспензій. шують з глинистою суспензією і витримують добу Часточки фрити підтримуються у завислому для протікання адсорбції у поверхневому шарі стані завдяки суспендуючій речовині - глинистій твердої фази. За рахунок іонного обміну забарвскладовій, яка володіє високою адсорбційною та люючі катіони поступово входять до складу забаріонообмінною здатністю. влюючих комплексів на основі гідратованих тонкоВ емалевому шлікері між дисперсною фазою дисперсних глинистих часток. Після вистоювання (тверді часточки фрити та глинисті компоненти) і суспензію добавляють до 100мас.ч. титанової дисперсійним середовищем (водний розчин забафрити, яка не містить забарвлюючих компонентів, рвлюючих солей) відбуваються процеси іонного вводять електроліт, необхідну кількість води і розобміну за рахунок адсорбції катіонів-барвників на мелюють протягом однієї години; поверхні твердих часток фрити та глини. - також до складності прототипу слід віднести Іонний обмін протікає безперервно через те, те, що емалева суспензія наноситься на заґрунтощо забарвлюючі компоненти знаходяться в диспевану сталеву поверхню зразків. рсійному середовищі в розчиненому стані. Це заЗадачею винаходу є розробка та вдосконабезпечує їх швидку локалізацію на поверхні дислення маси і способу одержання одношарових персної фази і компенсує її надлишковий склоемалевих покриттів чорного кольору з понинегативний заряд, завдяки цьому отримується женою температурою їх випалу (680-760°С), що рівномірно забарвлена шлікерна маса. При сушінні забезпечить зниження коробуватості емальованих емалевого покриття структура забарвленого шлівиробів, високі блиск і міцність зчеплення емалі з керного шару з катіонами барвниками, продуктами металом та стабільність кольору в достатньо шивилуго вування та аніонною складовою ущільнюрокому температурному інтервалі випалу шляхом ється. коректування хімічного складу емалі та компоненПри випалі висушених покриттів забарвлюючі тного складу шлікерної маси. комплекси (часточки фрити та глини, на поверхні Поставлена задача вирішується тим, що відояких адсорбовані іони металів змінної валентності) ма маса для одержання одношарових склоемалевзаємодіють з розплавом емалі і забарвлюють вих покриттів, яка включає легкоплавку фриту, що його у чорний колір. містить оксиди: SiO2, ТіО 2, В 2О 3, МnО 2, Fe2 O3, Наводимо приклад конкретного виконання виNa2O, СоО, NiO (температура варки 1180-1200°С), находу, що пропонується. вогнетривку глину, нітріт натрію та воду, відповідПриклад. но до винаходу вона додатково містить забарвДля одержання одношарового емалевого полюючу добавку, в якості якої містить розчин солей криття чорного кольору беруть розчин солей кобахрому і кобальту при наступному співвідношенні льту Со(NО3)2×6Н2О в кількості 0,52 м.ч. та хрому компонентів, мас.ч: Cr2(SO4)3×6H2O в кількості 0,027м.ч. (як компоненфрита - 100,0 ти, що забезпечують необхідні технологовогнетривка глина - 6,0-7,0 реологічні властивості шлікерів, покращують стуNaNO2 - 0,1-0,2 пінь чорноти покриттів та міцність зчеплення поВода - 45,0-50,0 криття з металом) змішують з фритою (100 м.ч.), Cr2(SO4)3×6H2 O - 0,027-0,08 (0,008-0,02 Сr2О3) глиною (7,0 м.ч.) і водою (40мл), вводять електро 7 83763 8 літ (NaNO2 0,2 м.ч.) і розмелюють протягом 75хв. Розроблений вміст компонентів у складі емалі Потім шлікер пропускають через сито №02 і ви(табл.1) забезпечує необхідну хімічну стійкість тримують добу (старіння). При помелі і старінні покриття, підвищує її легкоплавкість, міцність зчезабарвлюючі катіони адсорбуються поверхнями плення зі сталлю (ГОСТ 24405-80) та блиск подрібненої фрити та глини і одночасно продов(табл.2). жуються процеси іонного обміну між компонентами Відмінністю запропонованої маси від прототидисперсної фази і дисперсійного середовища супу є введення на помел фрити розчину солей меспензії. талів змінної валентності з метою покращення Під час сушіння (при 110°С) емалевого поміцності зчеплення, блиску та визначеного кольокриття структура забарвленого шлікерного шару з ру в заданому інтервалі температур випалу (680катіонами барвниками, продуктами вилуговування 760°С). Крім відміченого, необхідна міцність зчепта аніонною складовою ущільнюється. лення забезпечується ще й тим, що зазначена При випалі висушених покриттів забарвлюючі шлікерна маса наноситься на металеву поверхню комплекси (часточки фрити та глини, на поверхні досить тонким шаром (0,18-0,22мм). яких адсорбовані іони металів змінної валентності) Розроблена емалева суспензія наноситься взаємодіють з розплавом емалі і підсилюють чорбезпосередньо на підготовлену металеву поверхний колір покриттів. ню, яка не потребує спеціальної нікелевої обробки. Таблиця 1 Хімічний склад емалей, мас.% Найменування компонентів SiO2 Na2O CoO NiO B2O3 ТіО2 Fe2O3 MnO2 K2O CaO Прототип 34,0 24,8 0,6 0,6 20,0 1,7 7,4 8,6 1,2 1,1 1 33,0 25,9 0,8 0,4 21,0 2,8 7,5 8,6 Розроблені склади емалей 2 34,0 24,0 0,6 0,6 21,0 3,7 8,5 7,6 3 35,0 23,0 0,4 0,8 22,5 2,1 8,9 7,3 Властивості фрит і покриттів наведені в табл.2. Таблиця 2 Властивості запропонованих емалей Показники Прототип Температура варки емалей, °С 1200-1250 Розтічність фрит, мм (при 860 С) 80,3 Інтервал випалу покриттів, °С 680-800 Температурний інтервал стабільності забарвлення, °С 740-800 Хімічна стійкість покриттів (проба плямою 4%-ою оцтовою Витрим. кислотою) Міцність зчеплення покриття зі сталлю, % (при випалі 94-97 740°С) Міцність зчеплення покриття з чавуном, % (при випалі 88-92 780°С) Товщина емалевого покриття, мм 0,28 Блиск, % 83 Коефіцієнт дифузного відбиття, % (характеризує ступінь 4,92 чорноти покриття) Колір покриття Чорний Візуальна характеристика покриття Гладке, блискуче Запропоновані склади 1 2 3 1180-1200 82,2 82,8 85,3 680-760 700-760 Витрим. Витрим. Витрим. 97,29 98,06 97,1 99,4 99,5 99,1 0,18 89 0,20 86 0,22 87 4,29 4,36 4,42 Чорний Рівне, блискуче, без дефектів 9 83763 При синтезі емалевих фрит в ши хті використовують такі сировинні матеріали: кварцовий пісок, буру кристалічну, селітру натрієву, соду кальциновану, діоксид титану, марганцеву руду, залізну окалину, оксиди кобальту та нікелю. Варку емалей проводять в лабораторній печі з карбідкремнієвими нагрівачами в шамотних тиглях при температурі 1180-1200°С. Готовність розплаву визначають по нитці та коржику відлитому з розплаву. Грануляцію проводять на воду. Шлікери емалей наносять на попередньо підготовлені загальноприйнятим способом стальні зразки і випалюють в електричній печі в температурному інтервалі 680-760°С. Як видно з табл.1 та експериментальних даних (табл.2) оптимальні для складів, що заявляються, співвідношення Fe2O3:MnO2 сприяють зчепленню емалі з металом. Наявність вказаних оксидів, заліза і марганцю, які с плавнями та підвищений вміст ТіО2, забезпечують зниження температури і зменшення тривалості варки емалі, а також випалу покриттів. Комп’ютерна в ерстка М. Мацело 10 Крім цього, збільшення вмісту оксиду бору в порівнянні з прототипом, у складі фрит, приводить також до підвищення плавкості емалей, яка позитивно впливає на посилення адгезії одношарового покриття до сталі при знижених температурах випалу. Введення на помел розчинних у воді солей металів змінної валентності забезпечує достатній інтервал стабільності забарвлення покриттів, підсилює змочувальну здатність їх розплавів, міцність зчеплення склошару з металом та його блиск. Використання винаходу, в якому пропонується маса для одержання одношарових склоемалевих покриттів та спосіб її приготування, дозволить отримувати якісне одношарове емалеве покриття з незначною товщиною (0,18-0,22мм) без застосування дорогокоштуючих пігментів, зниження собівартості емальованих виробів за рахунок економії сировинних матеріалів і зменшення енерговитрат при варінні самих емалей та випалі покриттів на їх основі. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601