РАЗДЕЛ 2. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объект и направление исследований
Как отмечалось в обзоре литературы, успешная реализация технологии Combismalt требует применения сталей с низким содержанием углерода, специальной подготовки ее поверхности, специальных шликеров, обеспечивающих образование быстро сохнущего, прочного бисквита, эмалевых фритт со специфическими свойствами и соблюдения определенных технологических условий нанесения, сушки и обжига покрытий. Влияние указанных параметров на факторы, определяющие качество двухслойного покрытия на стали, получаемого при однократном обжиге, можно отобразить следующим образом (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Зависимость качества покрытия по режиму "2 слоя/ 1 обжиг" от различных факторов
Как следует из этой схемы, факторы, непосредственно определяющие качество эмалевого покрытия, или первичные: динактивность, толщина слоя, механическая прочность бисквита, газовыделение, прочность сцепления, - в свою очередь зависят от вторичных: марки стали, состава и свойств фритт и состава шликерной композиции, причем влияние двух последних многовариантно.
В условиях Украины в настоящее время не производится холоднокатанный тонколистовой прокат с обезуглероженной поверхностью, предназначенный для "2 слоя/ 1 обжиг" и аналогичный сталям "Solpher" и "Solema" фирмы "Sollac". Лучшим из производимого в странах СНГ является холоднокатанный тонколистовой прокат сталей 05ЮР и 08ЮТР [131], которые содержат не менее 0,04-0,07 % углерода. Однако этот прокат является дефицитным, а наиболее распространенная эмалировочная сталь 08кп содержит 0,08-0,11 % С. Поэтому попытка регулирования в данной работе качества двухслойного стеклоэмалевого покрытия за счет изменения содержания углерода в составе стали явилась нереальной.
Влияние каждого из первичных факторов на конечный результат эмалирования по режиму 2C/ 1F весьма важно. Поэтому исключение из трех возможных переменных такого фактора, как состав стали, обусловливает постановку дополнительных требований к фактору, отвечающему за протекание процессов газовыделения при однократном обжиге и прочность сцепления двухслойного стеклоэмалевого покрытия с металлом, - составу и свойствам фритт. Этот фактор, согласно схеме 2.1, отвечает также за исключение динактивности - взаимопроникновения расплавов грунтовой и покровной эмалей, что определяется соотношением их реологических свойств: поверхностного натяжения, вязкости (или обратной ей величины - текучести), которое в значительной степени определяет смачивающую способность эмалевого расплава по отношению к стальной подложке и плавкостных характеристик.
В связи с этим, направление исследований включало:
- выбор системы для синтеза грунтовых эмалей и установление состава исходной стекломатрицы;
- оптимизацию состава грунтовой эмали с учетом свойств стандартной покровной эмали и требований к реологическим свойствам стеклорасплавов;
- исследование процесса газовыделения при обжиге эмалевого покрытия;
- установление механизма формирования двухслойного покрытия из шликеров по технологии "Combismalt";
- изучение возможности упрочнения грунтового бисквитного слоя за счет введения в состав шликера упрочняющих добавок;
- разработка технологических параметров нанесения, сушки и обжига покрытий;
- промышленное опробование и освоение разработанных покрытий и технологии.
Это определило методологический подход к решению поставленной задачи, который заключался в разработке стекломатрицы, исследовании процессов диффузии газовой фазы при обжиге эмалевого покрытия, определении реологических свойств расплавов грунтовой и покровной эмалей: интервала плавкости, поверхностного натяжения, вязкости, смачивающей способности, и изучении возможности упрочнения грунтового шликерного слоя при использовании специальных упрочняющих добавок, а также определении реологических параметров эмалевых шликеров, наносимых пульверизацией.
2.2. Методы исследования физико-химических свойств стекол и шликеров
В работе были применены стандартные методики, которые приведены ниже:
- термогравиметрические исследования - на дериватографе Q-1500Д системы Paulik-Paulik-Erday [132];
- определение интервала плавкости - на приборе конструкции Новочеркасского политехнического института ПЭ-10-19-13904 [106];
- определение краевого угла смачивания - по методу "сидящей капли" по методике [133];
- определение растекаемости эмалей - по ГОСТ 24405-80 [134];
- определение вязкости стеклорасплавов осуществляли на ротационном вискозиметре конструкции ОРГРЭС [135];
- определение механической прочности бисквита на изгиб осуществляли на приборе Азарова А.А. и Горбатенко В.Е. [136], а также по степени повреждения покрытия после истирающего воздействия жесткой кистью, согласно Петцольду А. [3];
- толщину сухого и обожженного покрытия определяли с помощью магнитного толщиномера [136];
- прочность сцепления эмалевого покрытия со стальной подложкой определяли по ГОСТ 24405-80 [134], также оценивали прочность эмалевого покрытия сцепления с деформируемым металлом по методике НПИ [137];
- определение консистенции шликера осуществляли на мобилометре Гартнера [136];
- рентгенофазовый анализ проводили на установке "ДРОН-3" [106];
- ИК-спектры поглощения стекол снимали методом осадочных пленок в интервале частот 4000-400 см-1 [132];
- изучение контактного слоя на границе металл-покрытие осуществляли по методу электронной микроскопии с рентгеновским микроанализом на сканирующем микроскопе ISM-820 с системой рентгеновского микроскопа Link AN 10/85 S (метод EDS - энергодисперсионный рентгеновский микроанализ).
2.3. Сырьевые материалы, варка стекол
Для синтеза модельных стекол использовали кварцевый песок, глинозем, борную кислоту - технические; оксиды натрия, никеля, кобальта, фторид кальция - марки "Ч".
Рецепты шихт рассчитывали на ПЭВМ с помощью пакета прикладных программ, разработанного на кафедре химической технологии керам