CN106810073A - 搪瓷釉粉及热水器搪瓷内胆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种搪瓷釉粉及热水器搪瓷内胆。该搪瓷釉粉用于热水器搪瓷内胆，其由下述重量份配比的原料构成：45-47份的SiO₂，0.1-0.2份的Al₂O₃纳米颗粒，12-13份的B₂O₃，0.6-0.7份的Fe₂O₃，11-12份的Na₂O，4.5-5.5份的K₂O，3.1-3.4份的NaF，3-3.5份的CoO，1.5-2份的NiO，0.25-0.3份的MnO₂，2.2-2.8份的Li₂O，1-2份的CaO。利用本发明的搪瓷釉粉制成的热水器搪瓷内胆能够满足100万次的脉冲打压试验(额定压力为0.85MPa)，满足商用级热水器产品的使用需求。

Description

搪瓷釉粉及热水器搪瓷内胆

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，特别是涉及一种搪瓷釉粉及热水器搪瓷内胆。

背景技术

目前市场上储水式热水器的内胆主要为不锈钢内胆和搪瓷内胆。不锈钢内胆的制造工艺较复杂，耐腐蚀、耐酸碱性差，易结垢，焊接部位遇高温易氧化锈蚀，最终会导致水箱漏水甚至整台热水器报废。搪瓷内胆是由搪瓷轴涂在经过适当处理后的钢板上，通过高温烧制而成。它具备钢材的稳定性(抗压、足够的强度)及玻璃搪瓷的耐腐蚀、无毒等优良性能，是热水器内胆的理想之选。但搪瓷内胆生产过程中容易产生气泡或针眼，同时搪瓷脆性较大，震动、碰撞容易产生鳞爆现象。另外，搪瓷在热水中会逐渐溶解剥落，技术上称为“沸水失重”现象，年久搪瓷脱落会污染水质锈蚀漏水，以上这些因素，都会造成搪瓷涂层下的普通钢板暴露，形成腐蚀漏水。现有的搪瓷内胆热水器(包括电热水器、太阳能热水器、空气能热泵热水器等)，往往达不到国家规定的热水器8年使用寿命，在水质较差的地区有的甚至1-2年之内就出现漏水现象。由于内胆漏水后通常无法维修，导致水箱甚至整台热水器报废，造成了资源的浪费和用户抱怨。对于使用频率较高的商用级热水器，其对内胆的强度和寿命的要求则更高。

发明内容

本发明第一方面的一个目的是要针对热水器搪瓷内胆易漏水，使用寿命较短的问题，提供一种搪瓷釉粉，以提高热水器搪瓷内胆的耐水性、降低其沸水失重以及防止其出现裂纹和爆瓷，从而提高搪瓷内胆的使用寿命。

本发明第二方面的一个目的是要提供一种使用寿命长的热水器搪瓷内胆。

按照本发明的第一方面，提供了一种用于热水器搪瓷内胆的搪瓷釉粉，其由下述重量份配比的原料构成：

45-47份的SiO₂，0.1-0.2份的Al₂O₃纳米颗粒，12-13份的B₂O₃，0.6-0.7份的Fe₂O₃，11-12份的Na₂O，4.5-5.5份的K₂O，3.1-3.4份的NaF，3-3.5份的CoO，1.5-2份的NiO，0.25-0.3份的MnO₂，2.2-2.8份的Li₂O，1-2份的CaO。

优选地，所述搪瓷釉粉由下述重量份配比的原料构成：

46份的SiO₂，0.15份的Al₂O₃纳米颗粒，12.5份的B₂O₃，0.65份的Fe₂O₃，11.5份的Na₂O，5份的K₂O，3.2份的NaF，3.2份的CoO，1.8份的NiO，0.28份的MnO₂，2.5份的Li₂O，1.5份的CaO。

按照本发明的第二方面，提供了一种热水器搪瓷内胆，其包括自内由向外依次设置的搪瓷釉层、密着层和钢板层，其中所述搪瓷釉层以如前述任一项的搪瓷釉粉作为原料制成。

优选地，所述搪瓷釉层的厚度为180-380微米；

所述密着层的厚度为28-32微米；

所述钢板层的厚度为0.2毫米以上。

优选地，所述钢板层由含钛重量百分比为0.08-0.2％、含锰重量百分比为0.08-0.3％、含碳重量百分比为0.08-0.1％的钢板制成。

本发明从原料的选择和原料的配比两方面对搪瓷釉粉进行了改进，本发明的搪瓷釉粉有利于搪瓷釉层与钢板的高温融合，从而提高了最终所获得热水器搪瓷内胆的性能。测试表明，本发明的搪瓷釉粉可提高搪瓷釉层的耐酸性和强度，较低沸水失重和保护电流。尤为重要的是，本发明的热水器搪瓷内胆能够满足100万次的脉冲打压试验(额定压力为0.85MPa)，可满足商用级热水器产品的使用需求。具有本发明搪瓷内胆的热水器，在正常使用环境下可达到10年以上的使用寿命，从而可满足家用和商用等各类用户的热水器使用需求。

根据下文对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

具体实施方式

本发明实施例的用于热水器搪瓷内胆的搪瓷釉粉可由以下组分构成(按重量份配比计)：45-47份的SiO₂，0.1-0.2份的Al₂O₃纳米颗粒，12-13份的B₂O₃，0.6-0.7份的Fe₂O₃，11-12份的Na₂O，4.5-5.5份的K₂O，3.1-3.4份的NaF，3-3.5份的CoO，1.5-2份的NiO，0.25-0.3份的MnO₂，2.2-2.8份的Li₂O，1-2份的CaO。

在本发明实施例中，搪瓷釉粉中的Al₂O₃是改善搪瓷釉层化学稳定性的必要成分。现有技术中添加在搪瓷釉粉中的Al₂O₃的尺寸通常是几十至几百个微米量级，而Al₂O₃的含量通常为5-7％，或为2-3％左右。在本发明之前，本领域技术人员尚未意识到Al₂O₃的尺寸对搪瓷釉层的性能有影响。而本申请的发明人经过实验发现，Al₂O₃以纳米颗粒的形式添加在搪瓷釉粉中，不但可以大大减少Al₂O₃的用量，同时还可较大地提高搪瓷釉层的化学稳定性和机械性能。Al₂O₃纳米颗粒的尺寸通常在几十个至几百个纳米之间。对于SiO₂含量为45-47份的搪瓷釉粉，当Al₂O₃纳米颗粒含量为0.1-0.2份时，其在钢板上形成的搪瓷釉层具有特别好的机械性能和较好的化学稳定性。

本领域技术人员可意识到的，搪瓷釉粉在钢板上形成搪瓷釉层的过程是一个复杂的过程，各组分及其用量对最终搪瓷釉层的性能影响是复杂的，且各组分之间也相互影响着最终的搪瓷釉层的性能。例如对于SiO₂，其是构成搪瓷釉层骨架的必要成分，用量太少会导致搪瓷釉层的机械性能差，用量太多会导致搪瓷釉层的化学稳定性差；对于Al₂O₃，其用量太少或太多都会导致搪瓷釉层的化学稳定性和机械性能变差；对于B₂O₃，其为提高搪瓷釉熔融性、降低粘度的必要成分，其含量越增加，瓷釉就表现出低粘性化，但用量太多会降低化学稳定性；对于CaO，其具有提高搪瓷釉层的拉伸弹性模量的效果，但用量太多会降低机械性能；对于CoO，可大幅增加搪瓷釉层的密着度和质地硬度，但用量太多会降低熔融性。值得注意的是，前述“太多”或“太少”都不是一个绝对量，而是与当前所选的其它组分及其用量中的一种或多种都相关的。在组分种类较多的情况下时，各种物料的配比不能通过简单的推算得出。因此，对于搪瓷釉粉来说，其不存在“常用用量”或“常规用量”的说法。对于每一种组分的改变(包括种类和用量的改变)，相应的其他组分的种类和用量都需要重新调整。由此可见，搪瓷釉粉的各组分之间不是简单的组合在一起，而是通过互相协调，使搪瓷釉层整体上呈现出令人满意的机械性能和化学稳定性。

按照本发明给出的组分和用量，可较大地提高搪瓷釉层的附着力，从而得到机械性能很好且化学稳定性较好的搪瓷釉层。相比利用现有技术中的搪瓷釉粉制成的搪瓷釉层，本发明搪瓷釉层的抗打压性能大大提高。

本发明实施例所用原料均可在市场上采购到。本发明的实施例中所用的Al₂O₃纳米颗粒例如可购自晶瑞广州新材料有限公司。其他原料均为制备粘合剂制品的常规选择。

在一些更具体的实施例中，搪瓷釉粉原料配比可以按照表1中给出的实施例1-5进行选择。表1中还提供了对比例1-6以供比较；其中对比例1-5是通过对本发明的配方中的某一组份进行调整得到的，对比例6为现有技术中搪瓷釉粉的配方。

表1 单位：重量份

本发明还提供了利用本发明实施例的搪瓷釉粉制成的热水器搪瓷内胆。热水器搪瓷内胆包括自内由向外依次设置的搪瓷釉层、密着层和钢板层，其中搪瓷釉层采用如前所述的搪瓷釉粉制成。

形成钢板层的钢板可采用厚度≥2.0mm以上的搪瓷用热轧高强度酸洗钢板，该钢板能够满足热水器内胆的成形、焊接、搪瓷和耐压的需要。钢板材料的膨胀系数与搪瓷釉层膨胀系数接近甚至相同，热胀冷缩与搪瓷釉层同步，能有效防止搪瓷釉层爆裂。

在优选的实施例中，形成钢板层的钢板含钛重量百分比为0.08-0.2％、含锰重量百分比为0.08-0.3％、含碳重量百分比为0.08-0.1％，从而钢板在高温搪烧后仍能保持较高的强度，以满足内胆的耐压要求。

内胆焊接采用自动跟踪定位机器人焊接技术，大大缩小焊缝宽度，确保搪瓷釉层全方位均匀覆盖。通过采用等离子隧道焊接，采用离子发射器、离子气与保护气等无需进行人工操作焊接，有效解决直缝焊沙眼问题。通过采用自动寻缝推进感应光电，有效解决直缝焊接过程中的焊偏、焊接击穿等不良隐患，确保内胆的焊接质量。

搪瓷釉层的形成过程具体包括：将搪瓷釉粉原料按配比均匀混合后，在瓷釉熔炉进行熔解以形成搪瓷釉。将搪瓷釉涂覆在由钢板焊接而成的内胆上，在820-840℃的温度条件下进行持续4-6分钟烧结。烧结温度过高或烧结温度过长会导致瓷釉过烧，影响瓷釉的性能。烧结后，搪瓷釉层的厚度在180-380微米之间；在钢板和搪瓷釉层之间产生有枝晶组织的粗糙铁表面(机械密着)且形成约28-32微米厚的富铁化学密着层。

按照上述过程将表1中的实施例1-5及对比例1-6的搪瓷釉粉应用于制备热水器搪瓷内胆，各热水器搪瓷内胆除搪瓷釉粉不同外，所选钢板以及制备方法均相同。为了便于检测，按照与制备搪瓷内胆相同的工艺和材料，将实施例1-5及对比例1-6的搪瓷釉粉涂覆在钢板上，形成搪瓷内胆的试样。

对根据各实施例和各对比例的搪瓷釉粉制备的搪瓷内胆或试样分别进行脉冲打压测试(额定压力为0.85MPa)、耐酸性测试、密着度测试、沸水失重测试以及保护电流测试。测试说明：脉冲打压测试采用《AS/NZS 4692.1澳洲标准》(附录G封闭容器的压力疲劳试验)，测试搪瓷内胆的机械性能；耐酸性测试采用DIN 4753-3标准(4.4.3耐酸性)，测试搪瓷内胆的耐酸性；沸水失重测试采用DIN 4753-3标准(5.4.2耐热水稳定性)，测试搪瓷内胆的耐热水稳定性；保护电流测试采用DIN 4753-3标准(5.2.4.1-5.2.4.4)，测试搪瓷内胆的保护电流。密着度测试采用DIN ENI10209(DEZ-MB7.10.3，EN10209，DEZ-MB7.10.4)，测试搪瓷内胆的密着度。

耐酸性是按照如下步骤测得的：用吸管将几滴浓度为10％的盐酸溶液滴到试样上，再用一玻璃盖盖上防止盐酸挥发，将试样保持在(23±3)℃的温度下，1小时后将玻璃盖打开并把试样用清水冲干净后自然干燥。干燥后目测试样，若试样表面与试验前无明显区别，则判为AA级；如果试样表面与试验前有明显区别(亮度或颜色有差异，或出现很少一些锈斑现象)时，则用HB铅笔在试样之前的滴酸处划几道平行直线，然后用干布擦拭。若划的直线很容易被擦掉，则判为A级；如果直线用干布擦不掉，则用湿布擦。如果用湿布能擦掉，则判为B级；湿布擦不掉的则判为C级。

沸水失重是按照如下步骤测得的：制备与搪瓷内胆采用相同材料和工艺制造的完全被搪瓷所覆盖的试样(边长为105mm的正方形或直接为105mm的圆形)，其中搪瓷层厚度大于0.25mm。试样干燥后测得其质量，再将其放入导电率为1ms/m的去离子水中，加热使水微沸并持续3周。以一周为一个单元，前5天每天换一次水，之后的2天不换水。整个过程结束后取出试样，清洁，干燥并称重，由两次重量的差值除以表面积可得到一个数值(单位g/m²)。接着再把已经经过3周测试的试样重复该过程一次(即整个实验持续6周)，将求得的两个数值取平均值，即得到搪瓷内胆的沸水失重值。

密着度测试是按照如下步骤测得的：用1.5kg的重锤在750mm高度处自然落下，垂直落在搪瓷釉层表面上。如果被冲击表面完全由搪瓷覆盖，且光亮，则判为一类(即具有极其优良的附着力)；如果被冲击表面几乎完全由搪瓷覆盖，则判为二类(即具有非常好的附着力)；如果被冲击表面大部分被搪瓷覆盖，但有一些裸露区域，则判为三类(即具有一般的附着力)；如果被冲击表面大部分裸露，但有一些有搪瓷的区域，则判为四类(即具有差的附着力)；如果被冲击表面完全裸露，搪瓷/钢板断口干净，则判为五类(即具有非常差的附着力)。

根据实施例1-5及对比例1-6的搪瓷釉粉制成的搪瓷内胆或试样的测试结果如表2。其中，对于脉冲打压测试(额定压力为0.85MPa)，对于实施例1-5，当使用脉冲打压100万次时，搪瓷无破损；而对于对比例1-6，当使用脉冲分别打压30万次、20万次时、10万次、30万次、20万次时、40万次时，搪瓷开始出现破损。

表2

从表2可知，根据本发明实施例的搪瓷釉层表面有着AA级(优级)的耐酸性，1.3g/m²以下的沸水失重以及1类密着度的性能指标。特别值得注意的是，从表2可知，根据本发明实施例的搪瓷釉层可确保生产的热水器搪瓷内胆能够满足100万次的脉冲打压试验，从而满足商用级热水器产品的使用需求。

另外，从实施例2和对比例1、2可知，搪瓷釉粉中Al₂O₃纳米颗粒的用量对搪瓷釉层的影响较大，在本发明优选的Al₂O₃纳米颗粒的用量内，搪瓷釉层的各项性能均达到了令人比较满意的程度，而当Al₂O₃纳米颗粒的用量稍微发生变化时，搪瓷釉层的各项性能均有所下降。

进一步地，从实施例2和对比例3、4可看出，使用微米级的Al₂O₃替代纳米级的Al₂O₃后，搪瓷釉层的各项性能急剧下降。

进一步地，从实施例2和对比例5可看出，使用CaF₂替代CaO后，搪瓷釉层的各项性能也有较大程度的降低。

进一步地，从实施例1-5和对比例6可知，相比现有技术的搪瓷釉粉，利用本发明搪瓷釉粉形成的搪瓷釉层的沸水失重稍有降低，密着度基本相同，耐酸性稍好一个等级，保护电流稍低。并且，本发明的搪瓷釉层能够满足100万次的脉冲打压试验，相比现有技术，至少提高了2.5倍。基于表2的测试结果，具有本发明实施例的搪瓷内胆的热水器，在正常使用环境下可达到10年以上的使用寿命，从而可满足家用和商用等各类用户的热水器使用需求。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (5)

1.一种用于热水器搪瓷内胆的搪瓷釉粉，其特征在于，由下述重量份配比的原料构成：

45-47份的SiO₂，0.1-0.2份的Al₂O₃纳米颗粒，12-13份的B₂O₃，0.6-0.7份的Fe₂O₃，11-12份的Na₂O，4.5-5.5份的K₂O，3.1-3.4份的NaF，3-3.5份的CoO，1.5-2份的NiO，0.25-0.3份的MnO₂，2.2-2.8份的Li₂O，1-2份的CaO。

2.根据权利要求1所述的搪瓷釉粉，其特征在于，由下述重量份配比的原料构成：

46份的SiO₂，0.15份的Al₂O₃纳米颗粒，12.5份的B₂O₃，0.65份的Fe₂O₃，11.5份的Na₂O，5份的K₂O，3.2份的NaF，3.2份的CoO，1.8份的NiO，0.28份的MnO₂，2.5份的Li₂O，1.5份的CaO。

3.一种热水器搪瓷内胆，其包括自内由向外依次设置的搪瓷釉层、密着层和钢板层，其特征在于，所述搪瓷釉层以如权利要求1或2所述的搪瓷釉粉作为原料制成。

4.根据权利要求3所述的热水器搪瓷内胆，其特征在于，

所述搪瓷釉层的厚度为180-380微米；

所述密着层的厚度为28-32微米；

所述钢板层的厚度为0.2毫米以上。

5.根据权利要求3所述的热水器搪瓷内胆，其特征在于，所述钢板层由含钛重量百分比为0.08-0.2％、含锰重量百分比为0.08-0.3％、含碳重量百分比为0.08-0.1％的钢板制成。