Full Text

Стеклоэмалевые покрытия изучались многими исследователями [1-7] и получили широкое применение в машиностроении [8-10], химической и легкой промышленности для защиты металлов и сплавов от воздействия агрессивных сред, газовой и атмосферной коррозии, с целью придания изделиям эстетичного вида [11-13]. Эмалевые покрытия обладают хорошими гигиеническими свойствами, стойкостью к воздействию органических и минеральных кислот в широком интервале значений температуры, что способствует получению в сосудах продуктов высокой степени чистоты [14-18]. Срок службы эмалевых покрытий достаточно большой, однако он может существенно сокращаться в случае нарушения целостности покрытия, слабой адгезии между покрытием и металлической основой [19-22]. Дефектность эмалевых покрытий во многом зависит от химического состава эмали и температурных процессов нагрева и выдержки в печи [23, 24]. В цехе эмалированной посуды ПАО «Лысьвенский завод эмалированной посуды» отделом технического контроля в период с ноября по декабрь 2017 г. были зафиксированы показатели дефектности эмалевых покрытий, приведенные на рис. 1. Рис. 1. Дефекты эмалевых покрытий При ближайшем рассмотрении графика видно, что дефекты «пузырь эмали» и «посторонние включения» наиболее распространены. На поверхности грунтов могут оставаться гигроскопичные водорастворимые вещества и загрязнения, которые, абсорбируя воду и растворяясь, поднимают пленку краски и образуют пузыри. Пузыри могут быть разных размеров и плотности, они возникают в различных местах как под отдельными слоями лакокрасочных материалов, так и под всем покрытием. Температурная выдержка покрытия в печи способна уменьшить количество и размеры пузырей. В связи с этим целью данной работы является установление влияния времени и температуры отжига на структуру и дефектность эмалевого покрытия. Технология получения и методика исследования эмалевых покрытий Испытания эмалевых покрытий проведены в соответствии c требованиями ГОСТ Р 52569-2006 «Фритты. Технические условия» и ГОСТ 24788-2001 «Посуда хозяйственная стальная эмалированная. Общие технические условия» [25, 26]. Образцы 60´100 мм были вырезаны из готовых изделий после проведения всей технологической цепочки нанесения покрытия. На предварительно обезжиренную поверхность наносят слой грунтовой эмали, которая представляет собой смесь нескольких марок фритт ФГТ1С-52015, ФГТ1С-3262, ФГЛ2С-3211, ФГТ2С-3313, ГД-4265. Грунтовую эмаль наносят методом окунания, слой сушат при температуре 120 °С и обжигают в проходной конвейерной печи при скорости конвейера от 3,0 до 3,6 м/мин. Затем наносят слой эмали марки ФПвБС-300. Исследование дефектов поверхности покрытия проведено с использованием металлографического микроскопа МЕТАМ-ЛВ, сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения S-3400N HITACHI с приставкой для рентгеновского энергодисперсионного микроанализа посредством спектрометра XFlash 4010 Bruker. Исследования дефектов проводились на образце эмали «Белые ночи». Образцы пластинок были термически обработаны при разных значениях температуры и в течение разного времени: образцы, термически обработанные в течение 2 мин при 820, 830, 840, 850, 860 и 880 °С, а также образцы, термически обработанные при 850 °С в течение 2, 3, 4 и 5 мин. Результаты и обсуждение Изучение морфологии поверхности эмалевых покрытий выявило наличие дефектов «постороннее включение» (рис. 2). Согласно результатам анализа поверхности дефекта (рис. 3, а) он является однородным и в основном состоит из специфического по составу и однородного по структуре соединения алюминия, кремния и кислорода с небольшими добавками натрия, калия и титана. Элементный анализ темного центра дефекта (рис. 3, б) показал наличие большого количества натрия, фтора и железа. Набор других элементов специфичен для эмалевого покрытия [5, 10]. Светлое поле вокруг темного центра представляет собой следы кристаллизации. Анализ также показал наличие большого количества натрия, фтора и железа. Причем содержание железа больше, чем в темном центре. Дефект классифицируется как постороннее включение окалины. Изломы образцов эмалевых покрытий, полученные в интервале экспериментальных значений температуры и времени обжига (рис. 4, 5), позволяют классифицировать дефекты как пузыри эмали, которые имеют относительно большие размеры: 400-600 мкм (крупные пузыри), 100-300 мкм (пузыри средних размеров) и 50-100 мкм (мелкие пузыри). Некоторые дефекты продавили грунт практически до основного металла (см. рис. 4, б). а б Рис. 2. Дефекты поверхности эмалевых покрытий: а - постороннее включение прозрачного фрагмента (контакт острия иглы и поверхности дефекта); б - постороннее включение окалины а б Рис. 3. Морфология поверхности эмалевых покрытий а б Рис. 4. Дефекты поверхности эмалевых покрытий: а - пузырь эмали с выходом на поверхность покрытия; б - скрытый пузырь эмали Эмалевые покрытия, полученные при температуре обжига 820 °С, имеют ровную структуру, практически без мелких пузырей (см. рис. 5, а). Ячеистая структура эмали четко не просматривается. Пузыри средних размеров в основном расположены ближе к грунту. Увеличение температуры обжига до 830 °С приводит к появлению пузырей крупных размеров (см. рис. 5, б). Пузыри средних размеров выражены более четко и в основном расположены ближе к грунту. При температуре обжига 840 °С ячеистая структура эмали ровная, четко не выражена, с небольшим количеством мелких пузырьков (см. рис. 5, в). Пузыри средних размеров в основном располагаются группами. Крупные пузырьки в основном одиночные и расположены в центральной части слоя эмали. Рис. 5. Изломы образцов эмалевых покрытий, полученные при температуре обжига: а - 820 °С; б - 830 °С; в - 840 °С; г - 850 °С; д - 860 °С; е - 880 °С Ячеистая структура эмали, полученная при температуре обжига 850 °С, выражена более четко, чем при температуре 840 °С (см. рис. 5, г). Пузырьки мелких и средних размеров отошли от грунта и расположены ближе к центру слоя эмали, а также по толщине слоя. Крупные пузырьки в основном одиночные и расположены, как правило, в центральной части слоя эмали. Дальнейшее увеличение температуры обжига до 880 °С не изменяет стурктуру эмалевого покрытия (см. рис. 5, д, е). Размер крупных пузырьков приблизился к пузырькам среднего размера, вероятно, по причине увеличения размера средних пузырьков, но размер отдельных больших пузырьков стал больше, чем при температуре 860 °С, и они расположены в центральной части слоя эмали. Изучение структуры эмали, полученной при времени обжига 2 и 3 мин, показало наличие мелких пузырьков, располагающихся по толщине слоя (рис. 6, а, б). Ячеистая структура эмали выражена четко. Пузырьки средних размеров отошли от грунта и расположены ближе к центру слоя эмали, а также по толщине слоя. Крупные пузырьки в основном одиночные и расположены, как правило, в центральной части слоя эмали. Рис. 6. Изломы образцов эмалевых покрытий, полученные при времени обжига: а - 2 мин; б - 3 мин; в - 4 мин; г - 5 мин Увеличение времени термической обработки до 4 мин привело к увеличению размера пузырьков, которые располагаются в массиве слоя ближе к центру (рис. 6, в). В образце покрытия, полученном при времени термической обработки 5 мин, стали более четко просматриваться мелкие пузырьки и ячеистая структура слоя, так как увеличился их размер. Пузырьки располагаются ближе к грунту (рис. 6, г). Заключение Исследование структуры эмалевого покрытия показало, что с увеличением температуры обжига дефект пузырь эмали приобретает ярко выраженный характер, начинает более четко просматриваться ячеистая структура эмали. Средние пузырьки, располагающиеся при низких значениях температуры ближе к слою грунта, постепенно смещаются в объем эмали и немного увеличиваются в размерах. Большие пузырьки в основном располагаются в центре слоя покровной эмали, и с увеличением температуры их размеры постепенно увеличиваются, но при этом становится больше больших пузырьков относительно небольших размеров. Установлено, что увеличение времени термической обработки в основном изменяет структуру эмали, мелкие пузырьки несколько укрупняются и ячеистая структура эмали становится более выраженной. Следовательно, длительный обжиг не приведет к исключению дефектов покрытия.

About the authors

T. O Soshina

Perm National Research Polytechnic University

V. R Mukhamadyarova

JSC “ Lysva Plant of Enamelware”

References

Statistics

Views

Abstract - 64

PDF (Russian) - 30

Refbacks

• There are currently no refbacks.