DE1496652B2

DE1496652B2 - Knstallisierbares Grundemail mit ho her Erweichungstemperatur über 540 Grad C, guter Temperatureechselbestandigkeit und hoher Schlagfestigkeit

Info

Publication number: DE1496652B2
Application number: DE19651496652
Authority: DE
Inventors: John Robert Fairport San ford Elbert Arthur Rochester N Y Little (V St A)
Original assignee: Ritter Pfaudler Corp , Rochester, NY (V St A )
Priority date: 1964-11-20
Filing date: 1965-11-19
Publication date: 1971-02-25
Also published as: JPS516167B1; GB1132049A; US3463646A; DE1496652A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein kristallisierbares Grund- thermischen Abbau empfindlich. Dieser Abbau hat email mit hoher Erweichungstemperatur über 54O⁰C, gewöhnlich eine Zerstörung des Glas-Metall-Verbundguter Temperaturwechselbeständigkeit und hoher körpers zur Folge.

Schlagfestigkeit, das auf einer Metall unterlage aufge- Zusätzlich zu den besseren thermischen Eigenbracht und mit mindestens einem korrosionsbestän- 5 schäften besitzen diese neuen Deckemails physikalische digen Deckemail überzogen ist und das in Gewichts- und mechanische Eigenschaften, z. B. Temperaturprozent enthält Wechselbeständigkeit und Schlagfestigkeit, die die

Eigenschaften der üblichen Grundemails weit über-

45 bis 65 % SiO₂, treffen. Werden beispielsweise übliche Grundemails zu-

.,.„„„,_-»,-,_ ,,, „„ „ ¹⁰ sammen mit diesen neuen hochfesten Deckemails ver-

4 b.s 20% BaO, CaO und/oder MgO, _{wendetj dann kann man die Eigenschaften des Deck}.

9 bis 23 % Na₂O, K₂O und/oder Li₂O sowie emails nicht voll ausnützen, da das Grundemail sehr

wenig widerstandsfähig ist.

O bis 3 % Co₃O₄, NiO und/oder MnO₂ als Haft- Hauptziel der Erfindung ist daher die Schaffung von

^oxide. 15 Grundemails, die auf einen Stahl mit niedrigem

Kohlenstoffgehalt oder auf Flußstähle aufgebracht

Mit Glas überzogene Metalle, sogenannte email- werden können, in situ kristallisieren und verbesserte lierte Gegenstände (vgl. »Glastechnische Berichte«, physikalische und thermische Eigenschaften im Ver-7. Jahrgang, S. 455 bis 461), werden in der chemischen gleich zu üblichen amorphen Grundemails, wie sie für und pharmazeutischen Industrie als Baustoff auf 20 Flußstähle verwendet werden, besitzen,
solchen Gebieten eingesetzt, in denen eine Kombination Ein Grundemail, das in einem Glas-Metall-System aus Festigkeit und außergewöhnlich hoher Korro- verwendet werden soll, muß ferner bestimmte Viskosionsbeständigkeit erwünscht wird. Um eine gute sitätseigenschaften besitzen. Während des anfäng-Haftung zwischen der Metallunterlage und den Email- liehen Brennens ist es wichtig, daß das Glas schnell und Überzügen (Glasüberzügen) zu gewährleisten, wird 25 leicht über die Metalluntei lagen fließt, um zu gewährüblicherweise die Oberfläche vorbehandelt, indem man leisten, daß ein gleichmäßiger Überzug und ein inniger sie beispielsweise durch Sandblasen, Entfetten, Ent- Kontakt mit diesem erzielt wird, wodurch die Bildung kohlen od. dgl. reinigt. Eine weitere bekannte Hilfs- einer festen Bindung zwischen dem Grundemail und maßnahme besteht darin, ein sogenanntes »Grund- der Metallunterlage erzielt wird. Eine Viskosität beim email« auf die Metalloberfläche aufzubringen. Grund- 3° Schmelzen von 1000 bis 10 000 Poise hat sich als geemails sind normalerweise so zusammengesetzt, daß eignet erwiesen. Die bevorzugte Viskosität beim sie die Ausbildung eines gleichmäßigen Überzuges auf Schmelzen beträgt ungefähr 3000 Poise. Um jedoch der Metallunterlage fördern, wobei eine starke Bin- die gewünschten physikalischen Eigenschaften, z. B. dung zwischen dem Grundemail und der Metallunter- die Temperaturwechselbeständigkeit, Schlagfestigkeit lage entsteht. Liegen diese Grundemails in geschmol- 35 und thermische Stabilität, zu erzielen, ist es erforderzenem Zustand vor, dann weisen sie eine geringe Ober- lieh, das Grundemail dadurch zu verfestigen, daß man .Üächenspannung, die Fähigkeit zur Benetzung der es feuerfester macht.

Metalloberfläche sowie die Fähigkeit auf, die sich Zur Lösung der vorstehend geschilderten Probleme bildenden Oxide aufzulösen, wenn der emaillierte wurde bereits vorgeschlagen, die Feuerfestigkeit der Gegenstand erhitzt wird. Außer einem verbesserten 40 Grundemails durch Zugabe von feuerfesten Oxiden zu Haftvermögen muß das geschmolzene Grundemail den bisher verwendeten amorphen Massen zu erhöhen, praktisch frei von Emaillierschäden, beispielsweise Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die auf diese kleinen Löchern, sein. Nach dem Aufbringen dieses Weise hergestellten feuerfesten Überzüge schlechte Grundemails wird dieses mit einem oder mehreren physikalische Eigenschaften besitzen, wenn sie in Glas-Deckemails überzogen. Diese Deckemails sind so zu- 45 Metall-Systemen verwendet werden. Es wurde ferner sammengesetzt, daß die für den jeweiligen Verwen- bereits vorgeschlagen, die Zusammensetzung des dungszweck erforderlichen Oberflächeneigenschaften Grundemails zur Erzielung eines hohen Erweichungserzielt werden (vgl. P e t ζ ο 1 d , »Email«, Berlin, 1955, punktes zu variieren. Wenn auch durch derartige Ab-S. 19). Es ist auch bereits bekannt, solchen Emails änderungen feuerfestere Überzüge hergestellt werden außer den üblichen Bestandteilen wie SiO₂, BaO, 50 können, so weisen doch die dabei erhaltenen Grund-CaO, MgO, Na₂O, K₂O, Li₂O, Co₃O₄, NiO und MnO₂ emails bei den normalen Brenntemperaturen eine hohe zusätzlich noch TiO₂ zuzusetzen (s. »Beiträge zur ange- Viskosität auf, so daß übermäßig hohe Brenntempewandten Glasforschung«, Erich Schott, Stutt- raturen zur Erzeugung der geringen Viskosität, wie sie gart, 1959, S. 128). zur Schaffung von glatten und ebenen Überzügen notin letzter Zeit wurden teilweise kristallisierte Deck- 55 wendig ist, erforderlich sind.

emails zur Verwendung bei Temperaturen oberhalb Wegen der höheren Betriebstemperaturen der

etwa 540°C entwickelt. Obwohl bereits viele Grund- Systeme, in welchen diese neuen Deckemails verwendet

emailmischungen zur Verfügung stehen, wurden sie werden, sind außerdem Grundemails erforderlich, die

zur Verwendung in Systemen entwickelt, bei denen die eine ausreichende thermische Stabilität besitzen, um

Betriebstemperaturen selten 26O⁰C übersteigen. Der- 60 einen übermäßigen thermischen Abbau während der

artige Grundemails sind für eine Verwendung bei Verwendung zu vermeiden.

höheren Temperaturen nicht geeignet, da sie Er- Ein befriedigendes Grundemail muß ein gutes Haftweichungstemperaturen, bei welchen ein Fließen auf- vermögen zwischen der Metallunterlage und dem tritt, von weniger als 540⁰C besitzen. Wegen der Deckemail ermöglichen. Außerdem muß das Grundrelativ niedrigen Erweichungspunkte dieser üblichen 65 email bekanntlich dazu in der Lage sein, den auf der Grundemails sind sie zur Verwendung bei den nor- Metallunterlage während des Brennens gebildeten malen Betriebstemperaturen der neu entwickelten Zunder wieder aufzulösen, damit ein gutes Haftver-Hochtemperatur-Oberflächen- oder -Deckemails gegen mögen erzielt werden kann. Ein Auflösen des Zunders

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ist dann von besonderer Bedeutung, wenn die mit einer derartigen Beanspruchbarkeit gesteuert werden, einem Emailüberzug zu versehende Metallunterlage Ist die thermische Ausdehnungsfähigkeit des Grundaus Flußstahl oder unlegiertem Stahl (Stahl, der bis zu emails die gleiche wie diejenige der Metallunterlage 0,25% Kohlenstoff enthält) besteht. Dies ist deshalb oder liegt sie etwas unter der Ausdehnungsfähigkeit erforderlich, weil Flußstähle im Gegensatz zu einem 5 der Metallunterlage, dann werden Scherbeanspruchunhochlegierten Material wesentlich mehr Oxidzunder gen an den Grenzflächen vermieden. Da weiterhin das bilden. Bei dem Versuch, kristallisierbare Grund- Grundemail in Form eines Sandwich zwischen der emails für eine Verwendung auf Flußstahlsubstraten Metallunterlage und dem Deckemail liegt, bestimmen herzustellen, wurde gefunden, daß solche Massen für diese gleichen Bedingungen die Tatsache, daß die hochlegierte Materialien nicht geeignet sind, da sie io thermische Ausdehnungsfähigkeit des Deckemails nicht in entsprechender Weise den Zunder aufzulösen gleich oder etwas geringer als diejenige des Grundvermögen. Ferner hat es sich herausgestellt, daß die emails ist. Auf diese Weise wird die Beanspruchung an übliche Zugabe von B₂O₃, wie sie bei der Herstellung der Grenzfläche herabgesetzt, wobei die Möglichkeit üblicher amorpher Grundemails für Flußstähle ange- einer starken Zerstörung, falls der emaillierte Gegenwendet wird, ungeeignet ist, da B₂O₃ bei einer Verwen- 15 stand einem Hitzeschock unterzogen wird, auf ein dung in Mengen, die zu einer Auflösung des Zunders Minimum herabgesetzt wird. Die thermischen Auserforderlich sind, das Kirstallwachstum erheblich ein- dehnungseigenschaften sind außerdem im Hinblick auf schränkt oder verhindert und im allgemeinen die ther- eine Vermeidung von durch Schlag hervorgerufenen mische Ausdehnungsfähigkeit des Grundemails her- Zerstörungen von Bedeutung. Ein Grundemail, das für absetzt, was unerwünscht hohe Scherbeanspruchungen 20 eine Verwendung auf Flußstählen geeignet ist, sollte an der Grundemail-Metall-Grenzfläche zur Folge hat. einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7,2 Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, Grund- bis 12,6 · 10~^e cm/cm/°C zwischen 25 und 43O⁰C beemails mit sowohl einer geringen Viskosität während sitzen, was bei dem erfindungsgemäßen Grundemail des anfänglichen Brennens als auch einer erhöhten der Fall ist.

Feuerfestigkeit, die auch bei mehrere 100 Stunden 25 Wie vorstehend angegeben, muß ein Grundemail im langem Erhitzen auf Temperaturen oberhalb 540⁰C wesentlichen frei von Emaillierungsschäden, wie beithermisch stabil sind, herzustellen, indem man in spielsweise kleinen Löchern oder Blasen, sein. Die erübliche Grundemails bestimmte Mengen an P₂O₅ und findungsgemäßen Grundemails besitzen nicht nur eine B₂O₃ in einem ganz bestimmten Gewichtsverhältnis Festigkeit bei hohen Temperaturen sowie eine thereinmischt. 30 mische Stabilität, sondern sie sind auch nach dem AufGegenstand der Erfindung ist nun ein kristallisier- bringen frei von Emaillierungsschäden.
bares Grundemail mit hoher Erweichungstemperatur Wenn auch diese Emails in spezifischer Weise im über 540⁰C, guter Temperaturwechselbeständigkeit Hinblick auf eine Kristallisation und Auflösung und hoher Schlagfestigkeit, das auf einer Metallunter- relativ großer Mengen an Oxidzunder ausgelegt sind, lage aufgebracht und mit mindestens einem korro- 35 so können sie dennoch auch auf Nickel-Chrom-Eisensionsbeständigen Deckemail überzogen ist und das Legierungen, rostfreien Stählen sowie Legierungen auf in Gewichtsprozent enthält: Nickelbasis verwendet werden. Obwohl diese Metalle

nicht so viele Oxide wie Flußstähle bilden, können

45 bis 65 °/ SiO dennoch die erfindungsgemäßen Grundemails in ent-

^{0 2>} 40 sprechender Weise den auf diesen Metallen gebildeten

4 bis 20% BaO, CaO und/oder MgO, Zunder auflösen. Allerdings kristallisieren diese Emails

„,.„_„, „. „ „ _Λ ,, , _T.~ . weniger als andere Emails, so daß sie für eine Verwen-

9 bis 23% Na₂O, K₂O und/oder Li₂O sowie _dung ⁵ _auf Legierungssubstraten, welche bei hohen

O bis 3% Co₃O₄, NiO und/oder MnO₂ als Haft- Temperaturen verwendet werden, weniger geeignet

oxide, 45 sind.

Es hat sich gezeigt, daß durch einen teilweisen Ersatz von B₂O₃ durch P₂O₅ Grundemails hergestellt werden

das dadurch gekennzeichnet ist, daß es außerdem 5 bis können, die nicht nur Eisenoxide lösen, sondern auch 20 Gewichtsprozent P₂O₅ + B₂O₃ in einem Gewichts- in befriedigender Weise kristallisieren. Ferner hat die verhältnis von P₂O₅: B₂O₃ zwischen 1: 3 und 2:1 50 Zugabe von P₂O₅ die Bildung von Grundemails zur enthält. Folge, welche eine erheblich höhere thermische Aus-Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin- dehnung besitzen, so daß unerwünschte Beanspruchundung enthält das kristallisierbare Grundemail außer- gen an den Grenzflächen vermieden werden. Außerdem dem noch 5 bis 20 Gewichtsprozent TiO₂. wurde gefunden, daß die Eigenschaften der P₂O₅ ent-Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung 55 haltenden kristallisierbaren Grundemails durch Verder Erfindung enthält das kristallisierbare Grundemail wendung anderer Oxide, wie beispielsweise BaO, CaO, der Erfindung P₂O₅ und B₂O₃ in einem Gewichtsver- MgO oder TiO₂, und zwar in Mengen, welche eine hältnis von 1:1. Teilnahme an der Kristallisation bewirken, einregu-

Damit der emaillierte Gegenstand während der liert werden können.

Verwendung keine Schäden erleidet, muß die thermi- 60 Bei der Aufbringung von Emailüberzügen auf sehe Ausdehnbarkeit der einzelnen Emailschichten Metallunterlagen treten bekanntlich bei der Aufsorgfältig gesteuert werden, um maximale physikali- bringung auf Flußstähle oder Stähle mit geringem sehe Eigenschaften zu erzielen. Email ist bekanntlich Kohlenstoffgehalt Schwierigkeiten auf, die bei hochgegen Druckbeanspruchung beständiger als gegen Zug- legierten Materialien unbekannt sind. Diese Flußbeanspruchung, so daß die thermische Ausdehnung 65 stähle oder Stähle mit geringem Kohlenstoffgehalt des Grundemails nicht größer ist als diejenige der neigen dazu, während der Behandlung und Verarbei-Metallunterlage sein darf. Obwohl eine Druckbean- tung relativ große Mengen an Zunder zu entwickeln, spruchbarkeit erwünscht ist, sollte jedoch das Ausmaß Für die Aufbringung auf die meisten unlegierten

Stähle werden in die Grundemails große Mengen (8 bis 15%) B₂O₃ eingemischt, um eine Auflösung des Zunders zu fördern. Jedoch kann B₂O₃ in üblichen Grundemailgläsern nicht in solchen Mengen verwendet werden, wenn auch eine Kristallisation erwünscht ist.

In den erfindungsgemäßen Grundemails sind P₂O₅ und B₂O₃ enthalten. Die verwendeten Mengen müssen innerhalb kritischer Grenzen gehalten werden. Zu große Mengen an B₂O₃ inhibieren eine Kristallisation und setzen die thermische Ausdehnung herab. Zuviel P₂O₅ verhindert ein Schmelzen des Glases. B₂O₃ ist ein gutes Flußmittel und kompensiert die Wirkung des P₂O₅ beim Schmelzen, während P₂O₅ den Verlust des Zunderauflösungsvermögens kompensiert, der durch den herabgesetzten B₂O₃-GeImIt verursacht wird. Der Gesamtgehalt an B₂O₃ und P₂O₅ kann 20 Gewichtsprozent nicht übersteigen, wobei das bevorzugte Verhältnis von P₂O₅: B₂O₃1:1 beträgt. Jedoch sind auch Verhältnisse innerhalb des Bereichs von 1: 3 bis 2:1 für die Durchführung der Erfindung geeignet.

In den vorstehend beschriebenen Grundemails ist SiO₂ der hauptsächliche Glasbildner. Mengen, die merklich oberhalb 65 Gewichtsprozent liegen, haben zur Folge, daß das Email zu feuerfest wird, während Mengen, die merklich unter 45 Gewichtsprozent liegen, die Bildung eines zu fluiden Emails zur Folge haben.

BaO, MgO und CaO sind ebenfalls Kristallbildner. Außerdem tragen sie zu den thermischen Ausdehnungseigenschaften, den Sinterungseigenschaften sowie den Schmelzeigenschaften bei und beeinflussen die Geschwindigkeit des Wachstums der Kristalle.

Die Alkalioxide Na₂O, Li₂O und K₂O sind wesentliehe Hilfsmittel zur Einregulierung der thermischen Ausdehnung, der Schmelzbarkeit sowie der jeweiligen Schmelztemperaturen. Die Grundemails wären in Ab-Wesenheit dieser Bestandteile nicht geeignet, da die Brenntemperaturen zu hoch wären. Die Verwendung von Li₂O sollte jedoch sorgfältig reguliert werden, da bei einer Verwendung von zuviel Li₂O Emaillierschaden begünstigt werden.

Das gegebenenfalls vorhandene TiO₂ trägt zur Kristallbildung bei, ist jedoch in einer Menge unterhalb 5 Gewichtsprozent nicht wirksam, während Mengen von mehr als 20 Gewichtsprozent ein Ausfallen dieser Verbindung zur Folge haben, so daß ein Zusatz derartiger Mengen ohne Wert ist. Obwohl die Grundemails auch ohne TiO₂ hergestellt werden können, werden die besten Ergebnisse mit TiO₂-haltigen Emails erzielt.

Die die Haftung begünstigenden Oxide, wie z. B. Co₃O₄, NiO oder MnO₂, fördern die chemische Bindung des Grundemails an die Metallunterlage. Mengen bis zu 3 Gewichtsprozent können zu diesem Zweck eingesetzt werden. Größere Mengen sind nicht nachteilig, haben jedoch auch keinen besonderen Vorteil.

Verschiedene andere Oxide, wie beispielsweise CeO₂, SrO, ZnO oder ZrO₂, können zur Beeinflussung bestimmter Eigenschaften der beschriebenen Grundemails verwendet werden. Jedoch verändern Mengen über 5 Gewichtsprozent die Eigenschaften erheblieh.

Es hat sich gezeigt, daß Zusammensetzungen, welche in die nachfolgend angegebenen Bereiche fallen, zur Verwendung als teilweise kristallisierte Grundemails auf Substraten aus Flußstahl besonders gut geeignet sind.

SiO₂ 45 bis 65 Gewichtsprozent

pol

_B ² _Q ^B \ ■ · · · 5 bis 20 Gewichtsprozent

^Die, ^^e^^m.^tmenge.^{an Ρ}.²~⁵ und B₂O₃ übersteigt nicht

^2Ü Gewichtsprozent, wan- ^ ^das Verhältnis von **°5 zu B₂O₃ zwischen

. ^l:3 ^{und 2 :} * ^liegt-

^aO 4 bis 20 Gewichtsprozent

MgO J

Na₂O 1

K₂O \ 9 bis 23 Gewichtsprozent

Li₂O I

TiO₂ 5 bis 20 Gewichtsprozent

Haftoxyde bis zu .... 3 Gewichtsprozent

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung:

Beispiel 1

Die rohen Ansatzmaterialien werden in solchen Mengen vermischt, die derart berechnet werden, daß ein Glas erhalten wird, das folgende Analysenwerte besitzt:

SiO₂ 50 Gewichtsprozent

B₂O₃ 6 Gewichtsprozent

P₂O₅ 6 Gewichtsprozent

BaO 10 Gewichtsprozent

Na₂O 15 Gewichtsprozent

K₂O 1,5 Gewichtsprozent

TiO₂ 10 Gewichtsprozent

Haftoxyde 1,5 Gewichtsprozent

B₂O₃

B₂O₃ 6 Gewichtsprozent

Der erhaltene Ansatz wird bei einer Temperatur zwischen 1300 und 1550° C geschmolzen, worauf das geschmolzene Glas direkt in kaltem Wasser abgeschreckt wird. Dabei wird eine Fritte erhalten.

Die Fritte wird in Wasser zusammen mit geeigneten Mahlzusätzen, wie beispielsweise Ton, Natriumnitrat oder Kaliumchlorid, untar Bildung eines Breis vermahlen. Der Brei wird durch Aufsprühen auf eine Platte aus einem Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt aufgebracht. Vorher wird die Oberfläche des Stahls unter Verwendung von Al₂O₃-Sand gestrahlt. Nach dem Trocknen zur Entfernung von überschüssigem Wasser wird der Körper zum Schmelzen des Glases auf eine Temperatur zwischen 870 und 1010°C erhitzt. Die Viskosität beim Schmelzen beträgt etwa Poise.

Nach dem Schmelzen des Grundemails wird ein kristallisierbares Deckemail aufgebracht.

Anschließend wird der emaillierte Gegenstand bei ungefähr 790°C wärmebehandelt, wobei sowohl das Grundemail als auch das Deckemail teilweise kristallisieren.

Ein Vergleich der physikalischen Eigenschaften eines Verbundkörpers, der gemäß Beispiel 1 hergestellt wird, mit einem Körper, der in ähnlicher Weise behandelt worden ist, wobei jedoch ein amorphes Borsilikatgrundemial verwendet wird, ergibt folgendes Bild:

	■' Thermoschock ..:	Glasverlust- Temperatur*	Temperatur, bei der eine ■ Zerstörung eintritt**
Grundemail	Deckemail	260° C 371° C	371°C 538 ⁰C
Borsilikat P₂O₅-TyP	kristallin kristallin

Höchste Temperatur, auf welche der emaillierte Gegenstand erhitzt werden kann, ohne daß dabei ein Glasverlust durch Absplittern aus dem Glasemail auftritt; wenn der Körper abgeschreckt wird.

Niedrigste Temperatur, auf welche der emaillierte Gegenstand erhitzt werden kann, welche eine Abtrennung des Glasemails von der Metallunterlage zur Folge hat, wenn der erhitzte Gegenstand abgeschreckt wird.

Schlagbeständigkeit

	Deckemail	Schlagkraft,	Schlagkraft,
		welche einen	welche einen
		feststellbaren	Verlust an Glas
Grundemail	kristallin	Riß zur Folge	aus dem Email
	kristallin	hat	zur Folge hat
	Bei	mkg	mkg
Borsilikat	0,47 bis 0,53	1,15 bis 1,38
P₂O₅-Typ	0,63 bis 0,75	1,50 bis 1,84
	spiel 2

oder, eines Thermoschocks auftritt, erheblich geringer ist. . . . ::·.. .:..· ■·.:- ...: ... . .■ ^: :

Die Schlagbeständigkeitseigerischaften werden dadurch bestimmt, daß ^:aüf den emaillierten Gegenstand eingeschlagen wirdi worauf eine Spannung ^: von 10 000 Volt angelegt wird und das Ausmaß des elektrischen Kontaktes ermittelt wird. Der erfindungsgemäß behandelte Gegenstand kann einer um 20% erhöhten Schlagkraft vor dem ersten elektrischen Kontakt zwisehen der Probe und der Metallunterlage ausgesetzt werden. Ferner wird, eine um 30 °/₀ erhöhte Schlagbeständigkeit vor dem Auftreten des ersten Glasverlustes festgestellt.
Unter dem Begriff »teilweise Kristallisation« soll die Bildung von Kristallen in situ innerhalb einer amorphen Matrix verstanden werden. Unter den Begriff »Grundemail« fallen auch dicke Grundemail, die durch aufeinanderfolgende ^: Auf bringung einer Vielzahl dünner Schichten vor der Aufbringung der endgültigen Oberflächenbeschichtung aufgebracht werden.

Der Begriff »Deckemail« umfaßt ebenfalls eine Vielzahl von Glasüberzügen, wobei jeder Überzug die Zusammensetzung eines Deckemails im Gegensatz zu der Zusammensetzung eines Grundemails besitzt. Ein geeignetes kristallisierbares Deckemail besitzt folgende Zusammensetzung:

Rohe Ansatzmaterialien werden trocken in solchen Mengen vermischt, daß ein Glas erhalten wird, welches folgende Analysenwerte, in Gewichtsprozent, aufweist:

SiO₂ 51,9 Gewichtsprozent

P₂O₅ 4,8 Gewichtsprozent

B₂O₃ 4,8 Gewichtsprozent

BaO 4,8 Gewichtsprozent

Na₂O 14,3 Gewichtsprozent

K₂O 4,8 Gewichtsprozent

TiO₂ 14,3 Gewichtsprozent

Haftoxyde 1,0 Gewichtsprozent

Der erhaltene Ansatz wird bei. einer Temperatur zwischen 1370 und 1490°C geschmolzen, in eine Fritte umgewandelt und unter Verwendung von geeigneten Mahlzusätzen vermählen. Der erhaltene Brei wird auf eine Platte aus einem Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt in einer Dicke von 150 bis 205 μπι aufgetragen und anschließend bei einer Temperatur zwischen 950 und 985° C geschmolzen.

Nach dem Schmelzen des Grundemails wird ein kristallisierbares Deckemail aufgebracht, worauf der emaillierte Gegenstand bei einer Temperatur von ungefähr 780°C wärmebehandelt wird. Nach einer derartigen Behandlung stellt man fest, daß Kristalle aus einer festen Bariumsilikatlösung vorherrschen.

Der erhaltene emaillierte Gegenstand besitzt im Vergleich zu Gegenständen, die ein amorphes Borsilikatgrundemail aufweisen, eine verbesserte Thermoschockbeständigkeit. Die Temperatur, bei der eine Zerstörung eintritt, liegt um 60 bis etwa 12O⁰C höher, während die Temperatur, bei welcher der erste Glasverlust (Absplittern von Glas) auftritt, um 32 bis 62°C höher liegt. Die thermische Ausdehnungsfähigkeit ist beträchtlich höher als bei üblichen Borsilikatgrundemails, so daß eine Scherbeanspruchung an den Grenzflächen sowie die Neigung, daß eine kräftige oder vorzeitige Zerstörung bei der Einwirkung eines Schlages

SiO₂ 58,3 Gewichtsprozent

Na₂O 4,5 Gewichtsprozent

B₂O₃ 5,1 Gewichtsprozent

TiO₂ 9,0 Gewichtsprozent

SrO 3,0 Gewichtsprozent

Li₂O 9,6 Gewichtsprozent

Al₂O₃ 10,5 Gewichtsprozent

Wenn auch nur eine Aufsprühungsmethode beschrieben worden ist, so kommen dennoch für eine Aufbringung der Glasemails auch noch andere Aufbringungsmethoden in Frage. Jede der üblicherweise angewendeten Methoden kann erfindungsgemäß angewendet werden.

Beispiel 3

Ein Grundemail der Erfindung ohne Titandioxid hat z. B. folgende Zusammensetzung:

SiO₂ 58,0 Gewichtsprozent

P₂O₅ 6,4 Gewichtsprozent

B₂O₃ 10,8 Gewichtsprozent

Na₂O 16,1 Gewichtsprozent

CaO 7,5 Gewichtsprozent

Co₃O₄ 1,1 Gewichtsprozent

Erfindungsgemäß wird ein kristallisierbares Grundemail geschaffen, das sich auf Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt oder auf Flußstählen verwenden läßt und für eine gemeinsame Verwendung mit bei hohen Temperaturen hochsfeten Deckemails geeignet ist. Ferner werden durch die vorliegende Erfindung Grundemails geschaffen, welche beim Schmelzen eine Viskosität besitzen, die ein einfaches Fließen über metallische Unterlagen gestattet. Die Feuerfestigkeit der erfindungsgemäßen Grundemails auf der Metallunterlage ist ebenfalls verbessert. Diese Grundemails ermöglichen auch die Erzielung thermischer Ausdehnungseigenschaften, welche für eine Verwendung auf Unterlagen aus Weichstählen oder Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt geeignet sind, ohne

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daß dabei die Zunderlösungseigenschaften oder die Leichtigkeit der Kristallisierung verlorengehen. Zu* sätzlich sind die erfindungsgemäßen Grundemails im wesentlichen frei von Emaillierschäden und ermögliT chen daher die Herstellung von hochfesten, korrosionsbeständigen, Emailgegenständen unter Verwendung von Unterlagen aus Flußstahl oder Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt an Stelle von Substraten aus teuren Legierungen. ,
.■ ' ' ■.--." .' · '. ίο

Claims

! . : ,.. Patentansprüche:

1. Kristallisierbares Grundemail mit hoher Erweichungstemperatur über 540⁰C, guter Temperaturwechselbeständigkeit und hoher Schlagfestigkeit, das auf einer Metallunterlage aufgebracht und mit mindestens einem korrosionsbeständigen Deckemail überzogen ist und das in Gewichtsprozent enthält: ■, ■

45 bis 65% SiO₂, . .

4 bis 20 % BaO, CaO und/oder MgO,
9 bis 23 % Na₂O, K₂O und/oder Li₂O sowie
O bis 3 % Co₃O₄, NiO und/oder MnO₂ als
oxide, '■■

dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem 5 bis 20 Gewichtsprozent P₂O₅ + B₂O₃ in einem Gewichtsverhältnis von P₂O₅: B₂O₃ zwischen 1: 3 und 2:1 enthält.. "

2. Kristallisierbares Grundemail nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem 5 bis 20 Gewichtsprozent TiO₂ enthält.

3. Kristallisierbares Grundemail nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es P₂O₅ und B₂O₃ in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 enthält.