РАЗДЕЛ 2.
ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Выбор направления исследований
Изучение научно-технической и патентной литературы позволяет утверждать о целесообразности развития исследований в области синтеза легкоплавких грунтовых стеклоэмалей как одного из реальных направлений ресурсо- и энергосбережения, особенно актуального в современных экономических условиях Украины. Успешная реализация этого направления в случае традиционных технологий и отечественных марок сталей возможна при условии обеспечения высокой прочности сцепления грунтовых покрытий с указанными сталями при пониженных температурах обжига покрытий.
Согласно известным представлениям о роли интенсивности коррозионных процессов на контакте сталь-эмалевый расплав в достижении прочного сцепления покрытия с металлом, особая роль отводится оксидам переменной валентности. К настоящему времени известные теоретические работы в этом направлении относятся к рассмотрению влияния на указанные процессы отдельно взятых оксидов переходных металлов. Между тем, в практике эмалирования все более широко применяется совместное введение в грунтовые эмали одновременно нескольких оксидов сцепления. Отсутствие научных основ синтеза эмалей с комплексным активатором сцепления и взаимодействия со сталью их расплавов препятствует дальнейшему развитию представлений о природе сцепления стеклопокрытий с металлом. Это обусловливает необходимость проведения исследований влияния комплекса нескольких катионов переходных металлов на упомянутые процессы.
С другой стороны, источником этого комплекса могут явиться техногенные продукты, в частности гальванические шламы машиностроительных производств, содержащие одновременно несколько поливалентных катионов тяжелых металлов.
В системе сталь-эмалевый расплав, содержащий одновременно несколько катионов переменной валентности, из-за непостоянства значений их электродных потенциалов в условиях изменения температуры и свойств расплава, протекание электро-химических процессов в ней будет гораздо более сложным и многообразным по сравнению с системой сталь-эмалевый расплав, содержащий только один активатор сцепления. Поэтому установление закономерностей протекания этих процессов при наличии в эмалевом расплаве комплекса активаторов сцепления возможно лишь при сравнительной оценке парциального и интегрального влияния оксидов переменной валентности на коррозионную активность, удельную электропроводность расплавов фритт и прочности сцепления соответствующих покрытий.
Поэтому основным направлением исследований явилось изучение парциального и комплексного влияния катионов никеля, меди, кобальта на интенсивность взаимодействия эмалевых расплавов с малоуглеродистой сталью, а также изучение возможности синтеза легкоплавких грунтовых фритт с использованием гальванических шламов не только в качестве поставщиков катионов, определяющих прочность закрепления покрытий, но и источников основных компонентов стеклофритт. При этом предусматривалось решение задач ресурсосбережения за счет утилизации техногенных отходов, а также экологических проблем благодаря иммобилизации в структуре стекла тяжелых металлов - компонентов гальванических шламов.
В связи с этим направление исследований включало:
* выбор системы для синтеза грунтовых эмалей и установление состава исходной стекломатрицы;
* установление механизма формирования системы малоуглеродистая сталь - покрытие с несколькими катионами переменной валентности;
* разработку комплексного активатора сцепления для легкоплавких грунтовых эмалей;
* проведение исследований гальванических шламов конкретных производств;
* установление инертизационную способность стекломатрицы относительно гальванического шлама;
* оптимизацию состава грунтовой эмали, содержащей комплексный активатор сцепления;
* разработку технологических параметров обработки шлама, нанесения, сушки и обжига разработанных покрытий;
* проведение опытно-промышленного опробования разработанных покрытий и технологии.
Это определило методологический подход к решению поставленной задачи, который заключался в разработке стекломатрицы, исследовании коррозионной активности и электропроводности расплавов с парциальным и интегральным содержанием активаторов сцепления, разработке комплексного активатора сцепления, исследовании гальванических шламов, оптимизации состава грунтовой эмали, содержащей техногенный материал, и определении ее реологических и технологических параметров: интервала плавкости, смачивающей способности, прочности сцепления, температуры обжига, химической стойкости.
2.2. Подготовка и характеристика материалов, варка эмалей
Для приготовления экспериментальных шихт использовали реактивные материалы марок "ЧДА", "Ч", "ХЧ", природное минеральное сырье и техногенные отходы - шлам гальванических производств. В работе использовался гальванический шлам известкового осаждения машиностроительных заводов харьковского региона, в частности НПО "Хартрон". При использовании каждого конкретного состава шламов проводилась корректировка шихтового состава эмалей с учетом существующего разброса в компонентах шлама.
Рецепты шихт рассчитывали на ЭВМ с помощью пакета прикладных программ, разработанных на кафедре химической технологии керамики, огнеупоров, стекла и эмалей Национального технического университета "Харьковский политехнический институт".
Варку стекол осуществляли в корундовых тиглях в шахтной электропечи СШОЛ-1.1,6/12 в окислительной атмосфере при температуре 1150-1250 оС с последующей грануляцией в воде. Длительность варки - 60-75 мин. Готовность стекломассы определяли пробой на нить. Шликеры покрытий готовили мокрым помолом в барабанных фарфоровых мельницах при соотношении загружаемого материала и мелющих тел 1 : 1,5.
Шликер наносили методом облива на образцы из эмалировочной стали 08 кп, которые предварительно готовили по следующей технологии: отжиг при температуре 700 оС, травление в 10 %-м растворе H2SO4 при температуре 70 оС, нейтрализация в 20%-м