ФРИТТА ГРУНТОВОЙ ЭМАЛИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Российский патент 1999 года по МПК C03C8/02 

Изобретение относится к стеклоэмалям для защиты от окисления тонколистовой малоуглеродистой стали и может быть использовано при изготовлении товаров народного потребления.

В настоящее время для производства стальных эмалированных изделий бытового назначения (газовых плит, отопительных колонок, бойлеров и т.д.) используют главным образом технологию нанесения эмалевых покрытий в виде шликеров - водных суспензий. При этой технологии выполняют двукратное нанесение шликеров грунтовой и покровной эмалей с последующей сушкой и двукратным обжигом. В последнее время за рубежом получила распространение прогрессивная технология нанесения порошков эмалевых покрытий электростатическим методом, которая позволяет применить способ "два слоя - один обжиг", т.е. последовательное нанесение порошков грунтовой и покровной эмалей и однократный обжиг всего покрытия. Преимуществами этой технологии являются резкое снижение энергозатрат, высокий уровень автоматизации процессов, практически безотходное использование эмалевых порошков, экологическая безопасность, высокое качество эмалевого покрытия на изделии.

Однако известные грунтовые эмалевые фритты для электростатического нанесения имеют следующие существенные недостатки: обязательное наличие в их составе традиционных активаторов сцепления (оксидов кобальта, никеля, марганца, сурьмы), дефицитных или токсичных оксидов лития и бария, а также многокомпонентность составов для обеспечения строго определенного интервала обжига покрытия (805 - 820^oC) и реологических свойств расплавленного покрытия - коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения. Например, известен состав фритты грунтовой эмали для нанесения электростатическим методом, содержащий, мас. %: SiO₂ - 30-46; B₂O₃ - 14-25; Na₂O - 5-17; K₂O - 0,4-4,0; Al₂O₃ - 0,5-5,0; CaO - 3-4; P₂O₅ - 0,2-3,0; TiO₂ - 0,2-3,0; NiO - 1,5-4,0; MnO - 0,5-3,0; Li₂O - 1-6; BaO - 0,5-6,0; Sb₂O₃ - 0,1-3,0; ZnO - 0,5-6,0; CaF₂ - 3-10 [1]. В этой многокомпонентной фритте содержатся дефицитные (NiO, Li₂O) и токсичные (BaO, Sb₂O₃, MnO) материалы.

Другая известная фритта грунтовой эмали для электростатического нанесения состава, мас.%: SiO₂ - 28, B₂O₃ - 22, Na₂O - 21, K₂O - 4, Al₂O₃ - 4, BaO - 4, CaO - 5, Fe₂O₃ - 1,5, CaF₂ - 6,4, P₂O₅ - 1, NiO - 2,3 и MnO - 1,3 также содержит дефицитные и токсичные оксиды никеля, марганца и бария [2].

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является фритта грунтовой эмали для электростатического нанесения, содержащая, мас. %: SiO₂ - 30-45, Na₂O - 16-20, K₂O - 0,2-4,0, Li₂O - 1-2, CaO - 5-7, Al₂O₃ - 1,5-3,0, B₂O₃ - 16-20, P₂O₅ - 0,5-1,5, TiO₂ - 1-2, NiO - 1,5-4,0, CaF₂ - 5-8, MnO - 1,0-3,5 [3]. Однако в ее составе также содержатся дефицитные и токсичные активаторы сцепления NiO и MnO₂.

В основу изобретения поставлена задача разработки фритты грунтовой эмали для нанесения электростатическим методом по технологии "два слоя - один обжиг" с высокой прочностью сцепления со сталью, не содержащей дорогостоящих, дефицитных токсичных активаторов сцепления CoO, NiO, Sb₂O₃, MnO₂.

Поставленная задача решена путем создания малокомпонентной фритты, содержащей только лишь недефицитные нетоксичные оксиды: SiO₂, B₂O₃, Na₂O, K₂O, CaO и Al₂O₃, в которую в качестве активатора сцепления введен оксид меди. При этом заявляемое соотношение указанных компонентов; мас.%: SiO₂ - 45-50, B₂O₃ - 10-15, Na₂O - 10-18, K₂O - 4,5-10,0, Al₂O₃ - 4,5-8,0, CaO - 5-10 и CuO - 3,3-3,8 обеспечивает выполнение основных условий для получения качественного покрытия по указанной технологии, а именно: температурный интервал оплавления порошка фритты составляет 805-820^oC, удельное электрическое сопротивление собственно порошка фритты (без специальных гидрофобных полисилоксановых оболочек) - 10⁸ Ом•м, прочность сцепления со сталью - не ниже 2 Н•м.

Роль оксида меди как активатора сцепления предлагаемой фритты грунтовой эмали со сталью заключается в обеспечении необходимой интенсивности протекания процесса электрохимической коррозии на межфазной границе "эмалевый расплав - металл" и достижении вследствие этого необходимой степени шероховатости поверхности металла. Экспериментально установлено, что это обеспечивается при удельной электропроводности расплава грунтовой эмали æ = 20-25 Ом^-1•м^-1 при температурах ее наплавления (805-820^oC). Указанное требование выполняется только при содержании оксида меди 3,3-3,8 мас.% в заявляемом составе фритты.

В лабораторных условиях было приготовлено 11 составов предлагаемой фритты и для сравнения фритты-прототипа, приведенных в табл. 1.

Фритту готовили по традиционной технологии приготовления эмалевых фритт, включающей шихтовку сырьевых материалов и варку фритты в корундовых тиглях при температуре 1250^oC в течение 1 часа. Помол фритты осуществляли в вибромельнице с одновременным увлажнением ее частиц полисилоксанами. Размер частиц фритты после помола находился в пределах 10-20 мкм. Покрытия из порошков фритт грунтовой эмали наносили электростатическим методом по принятой технологии на образцы толщиной 1 мм из стали 08 КП с последующим обжигом в муфельной электрической печи. На полученных образцах в лабораторных условиях определяли качество покрытий и прочность их сцепления со сталью. Показатели сведены в табл. 2, из которой видно, что предлагаемый состав фритты при введении в него оксида меди в количестве 3,3-3,8% обеспечивает высокую прочность сцепления покрытия со сталью. Отклонение от заявляемых пределов компонентов фритты приводит к снижению уровня прочности сцепления покрытий со сталью, изменению удельного сопротивления частиц фритты и температурного интервала обжига покрытия (см. табл. 3).

Реализация изобретения в производстве позволит получать качественные эмалевые покрытия без применения дефицитных материалов и при существенном снижении себестоимости продукции и улучшении условий труда и экологической обстановки.

Использование: для защиты от окисления и декоративного покрытия малоуглеродистой стали. Сущность изобретения: фритта грунтовой эмали для электростатического нанесения содержит, мас. %: оксид кремния БФ SiO₂ 45-50, оксид бора БФ В₂O₃ 10-15, оксид натрия БФ Na₂O 10-18, оксид калия БФ К₂O 4,5-10, оксид алюминия БФ Al₂O₃ 4,5-8, оксид кальция БФ СаО 5-10, оксид меди БФ СuО 3,3-3,8. Свойства эмали: интервал обжига 805-820^oC, удельное электрическое сопротивление порошка фритты (1,00-1,50) •10⁸ Ом•м, прочность сцепления со сталью 2,10-2,50 H•м. 3 табл.

Фритта грунтовой эмали для электростатического нанесения, включающая SiO₂, B₂O₃, Na₂O, Al₂O₃, CaO и активатор сцепления, отличающаяся тем, что в качестве активатора сцепления она содержит оксид меди при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 45 - 50
B₂O₃ - 10 - 15
Na₂O - 10 - 18
K₂O - 4,5 - 10,0
Al₂O₃ - 4,5 - 8,0
CaO - 5 - 10
CuO - 3,3 - 3,8