DE2119777A1 - Leichtschmelzende Emailfritten für Aluminium - Google Patents

Leichtschmelzende Emailfritten für Aluminium

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Description

BAYER RICKMANN GMBH
GB/Schr Köln-Kalk, 22. April 1971 Leichtschmelzende Emailfritten für Aluminium
Die Emaillierung von Aluminium mit glasartigen Emailfritten ist seit vielen Jahren bekannt. Die Emaillierung als Oberflächenschutz für Aluminium findet vorzugsweise ihre Anwendung in der Architektur, jedoch seit einigen Jahren im verstärkten Umfang auch auf dem Gebiet der Kochgeschirre aus Aluminium. Infolge ihrer Temperaturbeständigkeit ist die Emaillierung gerade in letztem Fall der ideale Oberflächenschutz, der auch gleichzeitig dekorative Aufgaben erfüllt.
Aluminium hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von 660°C. Aluminiumlegierungen zeigen infolge der Ausbildung von Eutektika noch niedrigere Schmelzpunkte. Emailfritten für Aluminium müssen daher bei Temperaturen aufgebrannt werden, die wesentlich unter 66o°C, vorzugsweise zwischen 500 bis 5600C liegen.
Die bisher hauptsächlich verwendeten Aluminiumemailfrltten sind silicatische Gläser mit einem Gehalt an Bleioxid, der bis zu 50 % und höher betragen kann. Der Bleigehalt dieser Emails bedingt* bei der Verarbeitung die Einhaltung von Schutzmaßnahmen für die Arbeiter und schränkt das Anwendungsgebiet dieser Emailfritten sehr stark ein.
Ein weiterer Nachteil der bleihaltigen Emailfritten 1st ihre schlechte Verträglichkeit mit Farbkörpern auf der Basis von Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid (Cadmiumgelb, Cadmiumrot). Durch die Reaktion zwischen dem Schwefel oder dem Selen der
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obengenannten Farbkörper mit dem Bleigehalt dieser Emailtypen bilden sich Mißfärbungen, die eine solche Emaillierung technisch unbrauchbar machen. Selbst ein Zusatz von Cadmiumoxid zu den bleihaltigen Emailfritten kann die Farbverträglichkeit mit Cadmlumfarbkörpern nur bedingt verbessern. Ein weiterer Nachteil dieser Emailfritten ist ihre Empfindlichkeit gegen " Staub mit reduzierenden Beimengungen, insbesondere organischen Stoffen. Bleioxid wird bei den hier üblichen Einbrenntemperaturen durch organische Substanzen örtlich reduziert. Es treten dabei Fehler in der Emaillierung auf, die eine sehr unangenehme Störung des Betriebsablaufes darstellen und umfangreiche Schutzmaßnahmen gegen Staubbefall bedingen.
Es sind außerdem Emailzusammensetzungen bskanntgemacht worden, die anstelle von Siliciumdioxid eine Kombination von Phosphorpentoxid und Aluminiumoxid etwa im Verhältnis 1:1 enthalten. Diese Kombination verhält sich im Glasgitter wie Siliciumdioxid und erlaubt-die Herstellung von leichtschmelzenden Emails* die auch für Aluminium geeignet sein sollen. Die chemische Beständigkeit solcher Phosphatemails ist jedoch außerordentlich gering und reicht für die meisten Anwendungsgebiete nicht aus.
Es wurden nun leichtsehmelzende silicatlsche Emailfritten für Einbrenntemperaturen unterhalb 600°C gefunden, die durch einen Gehalt an Vanadinpentoxid zwischen 1 und 15 % gekennzeichnet sind. Überraschenderweise wurde gefunden, daß man die Schmelzbarkeit silicatiseher Emailfritten durch einen Zusatz von Vanadinpentoxid entscheidend herabsetzen kann, so daß sie zum Emaillieren von Aluminium sowie anderer Leichtmetall-Legierungen, benutzt werden können· Insbesondere 1st dies möglich bei Emailfritten, die kein Blei enthalten· Ebenso überraschend
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war die Feststellung, daß diese Emailfritten eine sehr gute Verträglichkeit mit Cadmiumfarbkörpern, u· a. Emailfarbkörper, wie z. B. Rutile oder Spinelle aufweisen. Wegen der Abwesenheit von Blei oder anderen leicht reduzierbaren Oxiden sind diese Emailfritten gegen Staub weitgehend unempfindlich.
Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Emailfritten kann innerhalb der folgenden Grenzen variiert werden:
SiO2 10-50 Gew.-# B2O, 1 - 10 n
Alkalioxide 10 - 40 " TiO2 5 - 30 "
vn 1 - 15 n
sowie gegebenenfalls zur Variation der Eigenschaften:
P2O5 * 0-10 Gew.-% ZnO 0 - 10 "
ZrO2 0 - 10 "
F* 0 - 10 n
Vanadinpentoxid hat nach den bisherigen Erkenntnissen keine oder nur sehr geringe glasbildende Eigenschaften. Es war daher nicht zu erwarten, daß durch die Verwendung von Vanadinpentoxid leichtschmelzende Gläser entstehen. Es wurde sogar festgestellt, daß Vanadinpentoxid in allerdings bleihaltigen Emails für Aluminium schon bei Zusätzen bis zu 5 % eine Weißtrübung verursacht (A.K.Smalley, B.W. King, W.H. Duckworth, J. Amer. Ceram. S. 40 ^""1957_7 253-255 ). Es mußte daher angenommen werden, daß Vanadinpentoxid in silicatischen Emailfritten schon bei sehr geringen Zusätzen zu einer Phasentrennung führt und in das Glasgitter selbst nicht eingebaut
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wird. Diese Trübung stellt im vorliegenden Fall einen unerwünschten Effekt dar, weil durch diese Trübung nur helle Farbtöne hergestellt werden können. In vielen Fällen werden aber Emaillierungen in dunklen satten Farbtönen verlangt, insbesondere bei den Farben Rot und Gelb. Die Emailfritten gemäß vorliegender Erfindung zeigen keinerlei Trübung. Falls eine solche Trübung erwünscht ist, kann sie durch Zusatz von Titandioxidpigment beim Vermählen erzeugt werden. Es ist also ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Emailfritteni daß ihre Trübung durch Titandioxid auf der Mühle beliebig variiert werden kann.
Unabhängig von der Möglichkeit der Trübung solcher Emails durch den Zusatz von Titandioxid zur Mühle enthalten die derart, hergestellten Emailfritten etwa 20 Gew.-# eingeschmolzenes Titandioxid, das jedoch selbst keine Trübung erzeugt.
Verarbeitung und Einbrenntemperatur der erfindungsgemäßen Emailfritten unterscheiden sich nicht von den bleihaltigen Emailfritten. Auch ihre chemische Beständigkeit entspricht durchaus den heute handelsüblichen bleihaltigen Aluminiumemails .
Die nachfolgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern:
Beispiel 1
Ein Rohstoffgemisch gemäß folgender Rezeptur
Siliciumdioxid 34,0 Gew.T. Lithiumcarbonat 4,9 n
Natriumcarbonat 31,0 "
Kaliumcarbonat 14,5 n
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5 2119777 34,0 Gew.T.
Titandioxid 20,0 Gew.T. 20,0 "
Aluminiumoxid 2,0 lf 2,0 M
Vanadinpentoxid 10,0 " 2,0 "
Mononatriumphosphat 4,4 n 20,0 w
Natriumnitrat 2,8 " 10,0 tt
123,6 Gew.T. 2,0 "
entsprechend der folgenden oxydischen Zusammensetzung: 10,0 lf
SiO2 100,0 Gew.T.
TiO2
Al2O3
Li2O
Na2O
K2O
P2O5
V20^
wird in einem Schamotte-Tiegel bei einer Temperatur von 1100 bis 1150°C und einer Schmelzdauer von 30 Minuten zu einer klaren Schmelze abgeschmolzen und durch Eingießen in Wasser abgeschreckt. Nach dem Trocknen dieser Emailfritte wird sie nach folgendem Mühlenrezept auf einer Topfkugelmühle zu einem Schlicker vermählen:
Pritte 100,0 Gew.T. "Cadmiumrot11 5,0"
• Borsäure 2,0 "
Wasserglas 2,0 "
Kalilauge 2,0 "
Wasser 45,0 n
Die Mahlfeinheit des Schlickers soll so sein, daß auf einem Sieb mit I6.9OO Maschen/cm nur ein Rückstand von etwa 1 % zurückbleibt.
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Ein Blech aus Reinaluminium von 1 mm Stärke wird durch Glühen bei 54-00C gereinigt und entfettet. Der oben beschriebene· Emailschlicker wird durch Spritzen in einer Schichtstärke aufgetragen, die einer Schichtdicke von 0,08 mm am gebrannten Email entspricht. Nach dem Trocknen wird dieser Emailaüftrag durch Brennen bei 5^00C zu einem glatten Film verschmolzen.
Die Emailschicht zeigt nach dem Abkühlen eine einheitliche rote Färbungi wie sie dem eingesetzten ,Cadmiumrotfarbkörper entspricht, ohne lokale oder über die ganze Fläche verbreitete Mißfärbungen.
Emaillierungen nach Beispiel 1 können mit beliebigen anderen in der Emailindustrie üblichen Farbkörpern durchgeführt werden.
Beispiel 2
Eine nach Beispiel 1 äbgeschmolzene Fritte wird nach dem gleichen Verfahren gemäß folgendem Mühlenversatz vermählen:
Fritte 100,0 Gew.T.
Spinellblau 5,0 " Titandioxidpigment Rutil 10,0 "
Borsäure 2,0 "
Wasserglas 2,0 "
Kalilauge 2,0 "
Wasser 45,0 "
Nach dem Auftragen und Einbrennen gemäß Beispiel 1 wird eine hellblaue gutdeckende Emaillierung erhalten. Die Helligkeit dieser Emaillierung konnte durch Variation des auf der Mühle zugesetzten Titandioxidpigmentes innerhalb weiter Grenzen verändert werden. Auch diese Emaillierungen waren glatt, hochglänzend und ohne lokale Mißfärbungen.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche:
    Leichtschmelzende silicatische Emailfritten für Einbrenntemperaturen unterhalb 600°C, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Vanadinpentoxid zwischen 1 und 15 %·
  2. 2) Leichtschmelzendes silioatisches Email nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch fb lgendc SiO2 10 - B2O3 1 - Alkalioxide 10 - TiO2 5 - V2O 1 - ϊ Zusammensetzung! • 50 % - 10 % - 4o % - 30 % - 15 #.
  3. 3) Emails bestehend aus einer Grundlage aus Aluminium oder Leichtmetall-Legierungen und einem glasartigen überzug mit einer Frittenzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2.
  4. 4) Farbige Emails gemäß Anspruch 3, bei denen der glasartige Überzug einen Farbkörper enthält.
  5. 5) Farbige Emails gemäß Anspruch 4, bei denen der Farbkörper aus Spinellblau, Cadmiumsulfid und/oder Cadmiumselenid besteht .
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