DE2257280A1

DE2257280A1 - Verfahren zum emaillieren metallischer gegenstaende

Info

Publication number: DE2257280A1
Application number: DE2257280A
Authority: DE
Inventors: William B Crandall; Jun Charles M Lee
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Pfaudler Inc
Priority date: 1971-11-29
Filing date: 1972-11-22
Publication date: 1973-06-07
Also published as: FR2161930A1; US3788874A; CH587922A5; GB1389754A; JPS4864111A; DE2257280C2; FR2161930B3

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH „_{O34 ÜNTERPFAFFENHOFEN} 14.Nov.

PATENTANWALT £4.0 { 4q\J postfach

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. F. ENDUCH. 8O34 ÜNTERPFAFFENHOFEN. POSTFACH PATENDUCH MÜNCHEN

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TELEX 5 212 308

Meine Akte: S-3093

Anmelder: Sybron Corporation/ 1100 Midtown Tower, Rochester,

New York 14604, USA

■Verfahren zum Emaillieren metallischer Gegenstände

Die Erfindung ,betrifft ein Verfahren zum Emaillieren metallischer Gegenstände, insbesondere zum Emaillieren von Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt.

Es ist seit langem bekannt, emaillierten Stahl dann zu verwenden, wenn eine besonders glatte und korrosionsbeständige Oberfläche des Überzugs von Interesse ist. Emaillierte Behälter finden insbesondere in der chemischen Industrie, in der Nahrungsmittelindustrie und in der Getränkeindustrie Verwendung.

Es sind im wesentlichen drei Verfahren zum Auftragen von Email bekannt, das Spritzverfahren, das Spritz-Puder-Verfahren und das Heißpuderverfahren. Bei allen drei Verfahren werden normalerweise mehrere Emailschichten auf den metallischen Trägerwerkstoff aufgetragen', wonach ein Einbrennen der jeweils neu aufgetragenen Schicht erfolgt.

Bei jedem bekannten Verfahren wird zuerst eine Grundemailschicht auf die Oberfläche des metallischen Gegenstands aufgetragen. Grundschichten haben eine besondere Zusammensetzung, um einen gleichmäßigen Überzug des Trägermetalls zu begünstigen und um eine starke Haftung zwischen dem Trägermetall und den Deckschichten zu erzielen. Diese Grundschichten

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haben eine geringe Oberflächenspannung, eine gute Benetzungsfähigkeit für die Metalloberfläche, sowie ein Löslichkeitsverraögen für Oxide, die beim Erhitzen des Metalls gebildet werden. Außerdem bilden die Grundschichten eine Bläschenstruktur zur Sammlung von Gasen, die aus dem Flußstahl oder Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt bei der Abkühlung nach dem Brennen herausdiffundieren. Die Grundschichten werden normalerweise als wässrige Aufschlämmungen aufgetragen und der Gegenstand wird dann erhitzt, um die Grundschicht mit dem Trägermetall zu verschmelzen.

Nach dem Einbrennen der Grundschicht werden Deckschichten auf die Grundschicht aufgetragen. Diese Deckschichten haben eine Zusammensetzung, welche die chemische Beständigkeit, die Undurchlässigkeit, den Oberflächenglanz und die mechanischen Eigenschaften gewährleisten, die für das Endprodukt wünschenswert sind.

Bei dem bekannten Spritzverfahren zum Auftragen von Deckschichten wird vorher der mit der Grundschicht überzogene Gegenstand auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wird eine Deckschicht in derselben Weise wie die Grundschicht aufgetragen, also als eine wässrige Aufschlämmung. Der überzogene Gegenstand wird dann getrocknet, um Wasser zu entfernen und wird dann wieder erhitzt, um die Deckschicht mit der Grundschicht zu verschmelzen. Dieses Verfahren wird mehrmals wiederholt, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, die im allgemeinen etwa 1,3 mm (50 mil) beträgt.

Beim Spritz-Puder-Verfahren wird eine Deckschicht in der gleichen Weise aufgetragen, aber vor dem Brennen der Deckschicht wird trockenes Emailpulver auf die feuchte Deckschicht aufgetragen, um eine geeignete Schichtstärke zu erzielen. Dadurch kann die Anzahl der erforderlichen Brennvorgänge verringert werden.

Das Heißpuderverfahren unterscheidet sich von ilen erwähnten Verfahren darin, daß die Deckschicht als trockeneis Emailpulver aufgetragen wird, während sich der Gegenstand auf

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einer erhöhten Temperatur befindet» Sobald der mit eine-r Grundschicht versehene Gegenstand aus' dem Ofen herausgenommen wird, wird trockenes Emailpulver für-eine Deckschicht auf die erhitzte Oberfläche aufgetragen* Die ersten Pulverteilchen verschmelzen dann mit der Deckschicht und die weiterhin aufgestäubten Teilehen schmelzen oder sintern teilweise zusammen. Die Auftraguhgsrate wird gewöhnlich verhältnismäßig groß gewählt, um eine möglichst große Schichtstärke vor dem Temperaturabfall auf die Temperatur zu erzielen, bei der die Teilchen nicht mehr anhaften» Wenn diese Temperatur erreicht ist, wird der Gegenstand wieder in den Ofen eingesetzt und erhitzt, um die Deckschicht vollständig mit der darunter liegenden Schicht zu verschmelzen. Auch dieser Vorgang muß mehrmals wiederholt werden, damit die gewünschte Schichtstärke erzielt werden kann. ■ ■

Bei allen genannten Verfahren wird als nachteilig angesehen, daß die Deckschichten normalerweise eine beträchtliche .Anzahl von Poren aufweisen. Beim Spritzverfahren und beim Spritz-Puder^Verfahren we*rden durch das Wasser und. durch Suspensions-Zusatzstoffe in der Aufschlämmung Gase erzeugt, die nicht austreten können. Beim Spritz-Püder-Verfähren und . beim Heißpuderverfahren wird Luft zwischen den trockenen Emailteilchen beim Auftragen eingeschlossen. Ein Teil dieser Luft kann beim folgenden Brennvorgang nicht austreten. Typische Werte für die relative Porosität betragen etwa 13,5% beim Spritzverfahren» 1o% beim Spritz-Puder-Verfahren und 9% beim Heißpuderverfahren»

Diese Barosität führt zu einer Anzahl von Schwierigkeiten bei emaillierten Gegenständen. Die Porosität verringert die Korrosionsbeständigkeit-. Deshalb müssen dickere Schichtstärken Verwendung finden, wenn die gleiche Korrosionsbeständigkeit . erzielt werden soll» wodurch jedoch der Wärmeübergang, durch die Emailschicht verschlechtert ühd die Gefahr von Beschädigungen bei schroffen Temperatüränderungen erhöht wird* Diese Poren verringern ferner die thermische Leitfähigkeit der Emailschicht.

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Emailiierter Stahl findet häufig in größeren Reaktoren Verwendung, die erhitzt pder gekühlt werden müssen, um eine geeignete Reaktionstemperatur aufrecht zu erhalten. Die Dicke und die thermische Leitfähigkeit der Emailschicht sind oft bedeutende Faktoren bei der Bestimmung des Gesamtkoeffizienten der Wärmeübertragung durch die Reaktorwand. Ferner können sich die Bläschen häufig ansammeln, so daß an derartigen Stellen eine stärkere Korrosion oder mechanische Beschädigungen auftreten können.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Emaillieren von metallischen Gegenständen, insbesondere von Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt anzugeben, mit dem eine geringere Porosität der Deckschicht erzielt werden kann, um einerseits die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen und um andererseits die Herstellung dünnerer Emailschichten zu ermöglichen, wodurch auch die thermische Leitfähigkeit der Emailschicht verbessert werden kann.

Ein Verfahren zum Emaillieren metallischer Gegenstände ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der zu emaillierende Gegenstand auf einer Temperatur gehalten wird, die mindestens so hoch wie der Schmelzpunkt des Emails ist, und daß Emailpulver mit einer Auftragungsrate auf die Oberfläche aufgetragen wird, die nicht größer als diejenige Auftragungsrate ist, bei welcher die Teilchen des aufgetragenen Emailpulvers mit der Oberfläche verschmelzen.

Bei diesem Verfahren werden die Glasemailteilchen bei der Auftragung kontinuierlich mit der Oberfläche verschmolzen. Die Folge davon ist eine Vermeidung von Lufteinschlüssen und eine gleichförmige Deckschicht mit geringer Porosität. Der besondere Vorteil der Erfindung wird deshalb darin gesehen, daß die Wahrscheinlichkeit der Herstellung praktisch porenfreier Emailschichten wesentlich erhöht werden kann.

Im folgenden soll die Erfindung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt eine graphische Darstellung von Versuchsergebnissen, mit denen die thermische Leitfähigkeit von Probestücken, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden, mit der thermischen Leitfähigkeit von Probestücken verglichen wurde, die mit bekann ton Ileißpiidorveriahren

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oder Spritz-Puder-Verfahren hergestellt wurden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann sowohl für die Auftragung von Grundschichten als auch von Deckschichten Verwendung finden. Wenn jedoch das.Email auf Flußstahl oder Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt aufgetragen wird, ist es gewöhnlich wünschenswert, die Grundschicht auf den Stahl als eine wässrige Aufschlämmung aufzutragen, bevor der Stahl erhitzt wird, um die Bildung von Metalloxiden während des Brennvorgangs zu verringern. Wenn der Stahl sich nach dem Brennvorgang abkühlt, können ferner Gase aus dem Stahl herausdiffundieren. Wenn in der Grundschicht keine Bläschen zur Aufnahme dieser Gase vorhanden sind, kann der erzeugte Gasdruck zu Abplatzungen des Emails führen. Derartige Abplatzungen werden als Fischschuppenbildung bezeichnet. Um dies zu verhindern, wird es normalerweise vorgezogen, die Grundschicht nach bekannten Verfahren aufzutragen, welche die gewünschte Bläschenstruktur ergeben, und erst dann die Deckschichten nach dem Verfahren der Erfindung aufzutragen. Beim Emaillieren von Legierungen können jedoch die Grundschichten und die Deckschichten mit dem Verfahren gemäß der Erfindung aufgetragen werden, weil dabei eine geringere Menge von Metalloxid gebildet wird und weil die Gefahr einer Fischschuppenbildung wesentlich geringer istl

Die Fritte für die Grundschicht wird durch Schmelzen von Glasbildnern hergestellt, um homogen geschmolzenes Glas zu bilden, welches dann abgeschreckt wird, gewöhnlich durch Eingießen des geschmolzenen Glases in kaltes Wasser, um die Fritte herzustellen. Die Fritte wird dann in Wasser zusammen mit verschiedenen Zusätzen wie Ton und Elektrolyten zermahlen, welche als Suspensionsmittel dienen und auch dazu beitragen, die erwünschte Bläschenstruktur in der Grundschicht zu erzielen. Auf diese Weise wird eine dünne wässrige Aufschlämmung hergestellt, die etwa die Konsistenz von Farbe hat. Die Aufschlämmung wird dann auf die Oberfläche des betreffenden Gegenstands durch Aufspritzen, Eintauchen oder sonstige bekannte Verfahren aufgetragen. Die überzogene Oberfläche wird dann

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getrocknet und gebrannt, gewöhnlich bei einer Temperatur von etwa 875⁰C (1600° F)während etwa 30 Minuten. Durch dieses Einbrennverfahren werden die Emailteilchen zusammengeschmolzen und haften fest an dem Trägermetall an, um darauf eine glasartige Überzugsschicht zu bilden.

Dann wird entsprechend dem Verfahren gemäß der Erfindung eine Deckschicht mit einer Zusammensetzung aufgetragen, die Korrosionsbeständigkeit, Glanz, Abriebfestigkeit, einen elektrischen Widerstand und/öder andere Eigenschaften ergibt, die für das Endprodukt wünschenswert sind. Der mit einer Grundschicht überzogene Metallkörper wird auf einer Temperatur gehalten, die mindestens so hoch wie die Schmelztemperatur des Emails für die Deckschicht ist und trockenes Emailpulver mit der Zusammensetzung der Deckschicht wird auf die Grundschicht mit einer Auftragungsrate aufgebracht, die nicht größer als die Auftragungsrate ist, bei der diese Teilchen mit der Grundschicht verschmelzen. Da Glas normalerweise eine unterkühlte Flüssigkeit ist, weil beim Übergang von den geschmolzenen in den festen Zustand beim Abkühlen keine Phasenänderung auftritt, hat es keine genau definierte Schmelztemperatur. Wenn das Glas erhitzt wird, ändert sich die Viskosität umgekehrt mit dessen Temperatur, wobei unter Umständen eine Temperatur erreicht wird, bei der das Glas seine Festigkeit verliert und wieder flüssig wird. Für Emaillierzwecke wird die Schmelztemperatur des Glasesgewöhnlich als diejenige Temperatur angenommen, bei welcher das Glas fließt und die Oberfläche benetzt, auf die es mit einer wirtschaftlich zufriedenstellenden Auftragungsrate aufgetragen ist, aber immer noch hinreichend viskos ist, um an dem Trägermaterial anzuhaften und seine Form zu bewahren. Das Glas wird beispielsweise auf eine Temperatur erhitzt, bei der es eine Viskosität zwischen 10000 und 100000 Poise hat. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird es wie bei den meisten Emaillierverfahren vorgezogen, bei einer Temperatur zu arbeiten, bei der das Glas eine Viskosität von etwa 30000 Poise hat, obwohl auch höhere

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oder geringere Viskositäten zulässig sind, je;.nach den vorhandenen Nebenbedingungen, wie beispielsweise die■Eigenschaften, des zu. emaillierenden Gegenstands. Wenn beispielsweise eine vertikale Behälterwand emailliert werden soll, kann es , wünschenswert sein, bei einer geringeren Temperatur zu arbeiten, also bei einer höheren Viskosität, damit gewährleistet ist, daß die Emaillierung an der Wand anhaftet. Wenn dagegen ' eine horizontale Oberfläche emailliert werden soll» kann es wünschenswert sein, bei einer höheren Temperatur zu. arbeiten, damit das Verfahren schneller durchgeführt werden kann. In den meisten Fällen wird die gewünschte Viskosität bei einer Temperatur zwischen etwa 82O_; und 1OOO°C (1500-185O⁰E¹) . Gläser zum Emaillieren sind gewöhnlich so zusammengesetzt, daß sie eine Schmelztemperatur in diesem Bereich.haben, so daß sie ohne Überhitzung des metallischen Trägermaterials aufgeschmolzen werden können. .

Neben der Temperatur des Trägermaterials beeinflussen eine Anzahl von weiteren Paktoren wie die latente Wärme und die Teilchengröße des Glases die Auftragungsrate bei dem Verfahren gemäß der Erfindung.. Z.B. kann die Auftragungsrate durch Vorerwärmung des Glaspulvers erhöht werden, damit eine schnellere Verschmelzung erfolgt. Die Schmelzrate wird auch durch die Teilchengröße beeinflußt. Größere Teilchen zerschmelzen schneller als kleinere Teilchen, so daß diese mit = einer etwas höheren Auftragungsrate aufgebracht werden können. Wenn die Teilchen jedoch zu groß sind, ist eine gleichförmige Auftragung schwierig. Ein zufriedenstellender Kompromiß zwi- sehen diesen gegensätzlichen Bedingungen kann erzielt werden, wenn zumindest 90% der Teilchen eine Teilchengröße zwischen etwa 0,84 und 0;04 mm lichte Maschenweite (2O U.S. mesh und 325 U.S. mesh) mit einer bevorzugten Maschenweite zwischen , 0.26 und O,O74 mm (60-200 U.S. mesh) aufweisen. Unter gewissen Voraussetzungen können jedoch auch größere oder kleinere Teilchengrößen Verwendung finden. .-..-.

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Aufgrund der Anzahl der beeinflussenden Faktoren ist die Auftragungsrate bei verschiedenen Anwendungsfällen unterschiedlich. Die zulässige Rate für eine gegebene Anzahl von Bedingungen kann jedoch ohne weiteres experimentell bestimmt werden. Bei typischen Bedingungen wurden Auftragungsraten bis zu etwa 0,38 mm pro Minute (15 mil pro Minute) als zufriedenstellend festgestellt, wobei der bevorzugte Bereich zwischen etwa 0,13 und 0,25 mm pro Minute (5 - 10 mil pro Minute) liegt.

Das Emailpulver kann mit Hilfe einer Reihe üblicher Verfahren aufgetragen werden. Für kleine oder ebene Gegenstände, die in einer horizontalen Lage angeordnet werden können, wurde die Verwendung eines mit einem mechanischen Vibrator versehenen Siebs als zufriedenstellend festgestellt. Für größere Gegenstände mit komplizierteren Formen können andere Verfahren Verwendung finden, wie beispielsweise eine elektrostatische Auftragung.

Das für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendbare Emailpulver kann wie Emailpulver für bekannte Heißpuderverfahren hergestellt werden. Wie bei der Herstellung des Grundemails werden geeignete Glasbildner geschmolzen und das geschmolzene (Blas wird zur Herstellung der Fritte abgeschreckt. Diese Fritte wird dann zermahlen, um ein trockenes Pulver mit der gewünschten Teilchengröße herzustellen. Es können irgendwelche aus der Emailliertechnik bekannte Glaszusammensetzungen Verwendung finden, beispielsweise auch kristallisierbare Gläser (US-PS 3 368 712), die eine Wärmebehandlung nach dem Einbrennen erfahren, um einen teilweise kristallisierten Überzug auszubilden. Es wurde jedoch festgestellt, daß es im allgemeinen zweckmäßig ist, eine kleine Menge, z.B. 0,25-2% eines Mittels zur Verringerung der Oberflächenspannung (z.B. MoO..) Deckemail zuzusetzen, um Oberflächenfehlex· wie Spannungseffekte, Grundemail-Durchzieheffekte oder Vertiefungen bei der fertigen Emaillierung zu vermeiden. Bei allen Verfahren,

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bei denen Glaspulver auf eine erhitzte Grundschicht aufgetragen wird, können. Grundschicht und Deckschicht in Wechselwirkung treten, wodurch die Grundschicht in die Deckschicht hochgezogen wird, wodurch Oberflächenfehler auftreten können. Deshalb ist es wie bei dem Heißpuderverfahren zweckmäßig, ein Mittel zur Verringerung der Oberflächenspannung dem Deckemail zuzusetzen, da s bei dem Verfahren gemäß der Erfindung Verwendung findet. Diese Materialien zur Verringerung der Oberflächenspannung können entweder während des Schmelzens des Glases oder beim Zermahien der Fritte zugesetzt werden. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird dag Glaspulver sofort bei der Auftragung auf das erhitzte Trägermaterial verschmolzen. Dadurch wird ein Lüfteinschluß und praktisch porenfreie überzüge hergestellt. Mit diesem Verfahren können Deckschichten mit einer Porosität von weniger als 1% routinemäßig hergestellt werden, während mit einiger Sorgfalt eine Porosität von etwa 0,0596 erzielbar ist. Dies ist ein beträchtlicher Fortschritt gegenüber bekannten Emaillierverfahren, für die eine Porosität zwischen 9 und 15% typisch ist. Außerdem ist es bei allen bekannten praktischen Anwendungsfällen nicht möglich, für Produktionsapparate hinreichend dicke Überzüge herzustellen, die eine Dicke von mehr als 0,5 mm, meist l,3~2mm (50-80 mil) haben, während die Porosität aber weniger als etwa 6% beträgt.

Die Figur zeigt eine Verbesserung der. Wärmeübertragungsrate, die mit Emailschichten erzielbar sind, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden» Die Versuche wurden derart durchgeführt, daß die metallische Seite verschiedener emaillierter Substrate in Berührung mit einem Wärmeübertragungsmittel gebracht wurde, das auf einer konstanten Temperatur gehalten wurde, und wobei die Temperatur eines kleinen Kupferatopfens gemessen wurde, der in Berührung mit der Emailoberfläche stand. Die Kurve A zeigt die Wärmeübertragung durch eine Probe, die mit einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Die Kurven B und C zeigen die Wär-

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—ΙΟ—

meübertragung durch Proben, die durch bekannte Heißpuderverfahren bzw. Spritz-Puder-Verfahren hergestellt wurden. AUa den dargestellten Kurven ist ersichtlich, daß die Wärmeübertragung durch die Probe, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde, beträchtlich größer als bei den anderen Proben ist. Z.B. wurde der Stopfen, der in Berührung mit der gemäß der Erfindung hergestellten Emailschicht stand, von 25 auf 50 C in etwa 2,8 Minuten erwärmt. Für die Erwärmung eines Stopfens mit der nach dem Heißpuderverfahren hergegtellten Probe waren dagegen etwa 3,6 Minuten, also 29% «ehr, erforderlich, bis dieselbe 'temperatur erreicht werden konnte. Bei der mit dem Spritz-Puder-Verfahren hergestellten Probe waren sogar 4,1 Minuten, also 46% mehr, erforderlich. Die Unterschiede wurden bei größeren Temperaturen noch größer, bei denen auch der Wärmeverlust der Stopfen durch die umgebende Luft an Bedeutung gewinnt.

Neben der Verbesserung der Wärmeübertragungsrate kann durch die Erfindung auch eine Verbesserung hinsichtlich 4er Hauptgründe für Emailschäden erzielt werden, die bei nach bekannten Verfahren emaillierten Gegenständen auftreten können, nämlich eine Bläschenbildung in der Emailschicht. Die Porosität der gemäß der Erfindung hergestellten Emailschichten ist so gering, daß nicht genug Bläschen vorhanden sind, die fine j gefährliche Anhäufung von Bläschen verursachen können. Des- ] halb werdenpraktisch keine schwachen Stellen ausgebildet, an I denen bevorzugt mechanische Beschädigungen oder Korrosiofteef- ! fekte verursacht werden können. j

Im folgenden sollen einige spezielle Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

/■ ■■■ i Beispiel I :

Fünf Bleche aus Flußstahl mit einer Kantenlänge von j

5cm wurden mit einer Aufschlämmung aus einem Alkali-Borsilikat- f

glas mit einer Viskosität von etwa 3000 Poise bei 895°C (1640° \

F) überzogen, bei welcher Temperatur das Einbrennen erfolgte,

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um eine Grundemail schicht von etwa- 0,25 mm Dicke- herzustellen-. ■-. Eine Glaszusämmensetzung für eine Deckemailschicht wurde ge* ' schmolzen, abgeschreckt und in üblicher Weise zermahlen,- um . pulverisiertes Alkali-Silikatgla& mit einer viskosität- von etwa 30000 Poise bei 875°C (1600⁰F).herzustellen. Das Pulver wurde gesiebt-, um alle Teilchen mit einer Teilchengröße von ,-.■ mehr als Ο,ΙΌ oder weniger als 0,05 ram lichte Maschenweite. (mehr als 140 bzw. weniger als 250 mesh) zuentfernen«, Das restliche Pulver wurde in eine kleinen.Siebzylinder zum Aufstreuen gebracht. Die mit einer Grundschicht überzogene.probe wurde jeweils auf einen kleinen Laborofen gelegt/ der auf einer Temperatur von 875°C (1600°F) gehalten wurde. Das Pulver wurde mit einem Siebzylinder mit einer Auftragungsrate von etwa 0,13 mm pro Minute- (5 mil pro Minute) aufgebracht« Das erhitzte Trägermaterial wurde durch ein Pyrometer während des Einbrennvorgangs überwacht, um sicher zu sein, daß die Temperatui
fiel.

ratur des Trägermaterials nicht um mehr als 11°C (20°F) ab-

Es wurden weitere ^Proben hergestellt, bei denen dieselben Gläser und dasselbe allgemeine Verfahren in der oben beschriebenen Weise verwandt wurden, jedoch mit der Ausnahme, daß.die Deckschichten durch ein bekanntes Spritzverfahren, Spritz-Puder-Verfahren oder Heißpuderverfahren aufgetragen wurden. Nach jedem Verfahren wurden 5 Proben hergestellt.

Jede der Proben hatte eine Emailschichtstärke von etwa 1,3-1,6 mm {50-60 mil). Von ,durchschnittenen Proben wurden Mikrofotografien mit einem Vergrößerungsfaktor 75 bei starker Beleuchtung hergestellt, um in den Querschnittaufnahmen das Vorhandensein von Poren feststellen zu können. Die Porosität dieser Proben wurde dann mit dem Rosiwal-Verfahren gemessen, welches Verfahren ein statistisches Verfahren zur Messungder Porosität ist. Zwanzig 45°Linien_i von denen zehn in der einen Richtung und· die anderen zehn in der anderen Richtung geneigt waren, um die erste Gruppe, von Linien zu überschneiden, wurden

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von einer Höhe gerade unter der Oberfläche der Deckschicht zu einer Höhe gerade über der Grundschicht gezogen. Die Segmente dieser Linien, die Poren überkreuzten, wurden gemessen und die Gesamtlänge dieser Segmente wurde durch die Gesamtmenge der zwanzig Linien dividiert, um die durchschnittliche Porosität jeder Deckschicht festzustellen*

Die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Deckschichten hatten eine durchschnittliche Porosität von 0,05%, während die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Deckschichten eine durchschnittliche Porosität von 13,5%, 10% bzw. 8,9% hatten.

Beispiel II

Bei diesem Versuch wurden die Proben nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt, sowie durch Heißpudern und Aufspritzen unter Verwendung der Gläser und Verfahrensweise in Beispiel I. Für jede Probe fand einBlech aus Flußstahl mit 5 cm Kantenlänge Verwendung, das auf beiden Seiten bearbeitet wurde, um eine ebene Platte mit einer gleichförmigen Dicke von etwa 12,6 mm Dicke (450 mil) herzustellen. Eine Grundschicht mit einer Dicke von etwa 0,25 mm wurde dann auf die Platte aufgeschmolzen- Über der Grundschicht wurden Deckschichten aufgetragen und die Deckschichten wurden eben und parallel zu der Platte bearbeitet, so daß sich eine gesamte Emailschichtstärke von etwa 2mm ergab. Die Proben wurden dann verwandt, um die Wärmeübertragungsrate durch die verschiedenen Arten von Deckschichten festzustellen. Als Wärmequelle mit konstanter Temperatur fand ein mit Wasser gefülltes Glas mit einem Durchmesser von 75mm Verwendung, das auf eine Heizplatte gestellt und mit einer Aluminiumplatte von 13 mm Dicke abgedeckt wurde. Die Anordnung wurde mit einer Laborhaube abgedeckt, um Konvektionsverluste zu vermeiden. Jede Probe wurde mit der metallischen Seite auf die Aluminiumplatte gelegt, so daß die Emailschicht nach oben ist. Ein Kupferwürfel mit etwa 13 mm Kantenlänge, in dessen Zentrum ein 'Thermoelement

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e ingebe ttet war, wurde auf die Emailoberflächeaufgelegt: Das Thermoelement wurde mit einem Registriergerät zur Aufzeichnung der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit verbunden. Die Versuchsergebnisse sind in der Figur dargestellt. Die Kurve A zeigt den Wärmeübergang durch die Probe, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Die Kurven B und C betreffen den Wärmeübergang durch Proben, nach dem bekannten Heißpuderverfahren bzw. Spritz-Puder-Verfahren hergestellt wurden. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist der Wärmeübergang durch die Probe, die nach einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde, beträchtlich besser als bei den beiden anderen Proben.

Beispiel III

Die folgenden Rohmaterialien wurden trocken vermischt, um ein Glas mit folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) herzustellen:

SiO₂-75,2%;
ZrO₂- 1,72%;
B₂O₃- 4,28%;

O- 3,O%; und
₂O-IO,0%.

Die resultierende Mischung wurde geschmolzen und das Glas zur Herstellung einer Frihte in kaltes Wasser eingegossen. Die Fritte wurde zermahlen und ausgesiebt, um ein Pulver entsprechend einer Maschenweite zwischen 0,1 und 0,06 mm (140 und 250 mesh) herzustellen. Ein Blech aus Flußstahl mit 5 cm Kantenlänge wurde mit der Grundschicht wie in Beispiel I und II überzogen und in einem kleinen Laborofen auf einer Temperatur von 875°C (1600⁰F) gehalten. Das trockene Glaspulver wurde auf die erhitzte Platte aufgestreut und ein Überzug mit einer Gesamtdicke von 0,88 mm (35 mil) wurde mit einer Auftragungsrate von 0,3 mm pro Minute (12 mil pro Minute) hergestellt.

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Eine andere Probe wurde mit demselben Glas unter Verwendung des bekannten Spritzverfahrens zur Auftragung der Deckschicht hergestellt. In diesem Falle erfolgte eine Zermahlung mit Wasser und Zusatzstoffen wie Ton, Natriumnitrit und Kaliumchlorid, um eine typische Aufschlämmung für eine Deckschicht herzustellen, die auf die Grundschicht aufgespritzt wurde. Die Proben wurden zerschnitten und poliert, um Mikrofotografien mit einem Vergrößerungsfaktor 75 herzustellen. Durch Vergleich der Fotografien mit Fotografien von Materialien bekannter Porosität wurde abgeschätzt, daß die nach dem Verfahren gemäß·der Erfindung hergestellte Deckschicht eine Porosität von weniger als 0,1% hatte, während die mit dem bekannten Spritzverfahren hergestellte Deckschicht eine Porosität von etwa 12% hatte.

Beispiel IV

Die im Beispiel III erwähnten Maßnahmen wurden mit einem Deckemail mit der folgenden Zusammensetzung wiederholt:

58,7%

8,0%

3,4% ₂

16,0% Na₂O;

3,0% Li₂O;

6,3% K₂O; und

4,6% CaO.

Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herges tel L-te Probe hatte eine Porosität von weniger als 0,L%, während die mit. dem Spritzverfahren hergestellte Probe eine Porosität von etwa 13% aufwies.

Beispiel V

Bei dieser Versuchsreihe fanden Platten aus Flußstahl mit einer Kantenlänge von 85 mm und 1,5 mm Verwendung. Ein

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kleiner Stopfen wurde an jede platte als träger für ein" Thermoelement angeschweißt* Me Kanten der Platten wurden mit einem Band abgedeckt/ tcti im Zentr^nt ein ßttadirat mit 50 mm Kantenlänge freizttlasseii. 0ie Probe würde mit Grttndemai'l eiitspreGtiend den vortier gellende η Äusfühirungsbe !spielen gespritzt/ welclies dann verscnfttölzen v/yrde, um eine GrundsdiiiGiit'itiit einer Bieke von" etwa 0/2KtItI (8 mil) herzustellen.

• Die probe wurde dann in.einem kleinen elektrischen Ofen./ der oben offen war/ angeordnet. Ein trockenes, pulverirsiertes/ kristallisierbares Älkali-Silikatgias mit einer Viskosität. VOn etwa 30000 Poise bei 87S⁰G wurde in einen kleinen Siebzylinder eingefügt/ an dessen Handgriff ein mechanischer Vibrator befestigt war, um .Emailpulver au| die erhitzte schicht zuzuführen, bis die gesamte Schichtstärke auf der be etwa 0,75 mm betrug. Die Temperatur der Probe betrug 9lo°c (1670⁰F) am Beginn des Versuchs und fiel auf Ö92^ÖC (1640⁰F) während der Auftragung des Überzugs ab* Während der Auftragung wurde die Probe kontinuierlich beobachtet, tun sicher zu sein, daß das Pulver anschmilzt', sobald es auf das erhitzte Werkstück gelangte. Eine Mikrofotografie eines Querschnitts dieser Probe mit einem Vergrößerungsfaktor von 100 wurde mit einer Mikrofotografie einer anderen Probe verglichen, die mit demselben Email hergestellt war, jedoch nach dem bekannten Heißpulverfahren. Die nach dem bekannten Verfahren hergestellte Emailschicht hatte eine Porosität von etwa 9%, während die· nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Emailschicht eine Porosität von weniger als 1,5% hatte'.

In der folgenden Tabelle ist die durchschnittliche Porosität der beschriebenen Beispiele zusammengesetzt:

3 OMf] 2.3/0 73 8

Beispiel Porosität

AG Spritzverfahren Spritz-Puder- Heißpuder-Verfahren verfahren

1O,O% 8,9%

9%

I	0,	05%	13,5%
III	<o,	1%	12%
IV	<o.	1%	13%
V	<1,	5%

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Iy Verfahren zum Emaillieren metallischer Gegenstände, bei dem Emailschichten auf den Gegenstand aufgetragen werden, während dieser erhitzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand auf einer Temperatur gehalten wird, die mindestens so hoch wie die Schmelztemperatur des Emaüs ist_# während das Emailpulver mit einer Äuftragungsrate aufgetragen wird, die nicht ^größer als die Schmelzrate ist, mit der die auf den Gegenstand aufgebrachten Teilchen verschmelzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß auf den Gegenstand eine Grundemailschicht aufgeschmolzen ist, und daß die Emailteilchen auf die Grundschicht aufgetragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennze ichnet , daß der Gegenstand auf einer Temperatur zwischen etwa 815 undlOOO°C (1500 -185O°F) gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch cj e k e η η zeichne t , daß mindestens 90% dor Teilchen eine Größe entsprechend einer lichten Maschenweite zwifjchen 0,84 und O,O44 mm (20-325 mesh) aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen eine Größe entsprechend einer lichten Maschenweite zwischen etwa 0,25 und 0,44 mm (60-325 mesh) aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasüberzug mit einer Äuftragungsrate von höchstens 0,377 mm pro Minute (15 mil pro Minute) aufgetragen wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine Deckschicht auf eine Grundschicht aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht auf einer Temperatur zwischen 815 und 1OOO°C (1500 und 185O°F) gehalten wird, während die Teilchen auf die Grundschicht mit einer Auftragungsrate aufgetragen werden, die zur Ausbildung der Deckschicht mit einer Auftragungsrate ausreicht, die nicht größer als 0,37 nun pro Minute (15 mil pro Minute) ist, und daß mindestens 90% der Teilchen eine Größe entsprechend einer lichten Maschenweite zwischen 0,84 und 0,044 (60 und 325 mesh) aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen eine Größe entsprechend einer lichten Maschenweite zwischen 0,250 und 0,074 mm (60 und 2OO mesh) aufweisen.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurchgekennzeichnet, daß dieDeckschicht mit einer Auftragungsrate zwischen etwa 0,127 und 0,25 mm pro Minute (5-1O mil pro Minute) aufgetragen wird.: /

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