FI76124B - Glasartade emaljer. - Google Patents

Description

76124

Lasimaisia emaleja Tämä keksintö koskee menetelmää lasimaisen emalipäällysteen levittämiseksi metallialustalle, jossa alustalle levitetään jauhettua lasimaista emalifrittiä, joka fritti mahdollisesti sisältää jauhettua metallia, ja sulatetaan lasimainen emali-fritti alustan pinnalle polttamalla päällystetty alusta uunissa.

Levitettäessä lasimaisia emaleja joillekin metallialustoille, kuten teräkselle, päällysteeseen syntyy helposti erilaisia vikoja. Suurimmat viat, joita syntyy teräksellä, ovat: <a> hiilen kiehumisviat ja <b) auomunmuodostus. Jos metallihiukkasia liitetään emaliin, emalin vaahtoaminen, joka johtaa huokoiseen päällysteeseen, saattaa olla vakava ongelma.

Hiilen kiehumisviat luetaan yleensä emalin ja teräksen pinnassa olevan hiilen välisen vuorovaikutuksen syyksi. Tämä vuorovaikutus aiheuttaa mustia pilkkuja ja vakavissa tapauksissa emalin pinnasta voi tulla rakkulainen. Tämän ongelman pienentämiseksi hyväksyttävälle tasolle on ollut välttämätöntä tuottaa erityisiä "emalointilaatua" olevia teräksiä, joissa hiilipitoisuus on laskettu alle n. 0,030 paino-X:n. Silloinkin vaaleanvärisillä tai valkoisilla pintaemaleilla vaaditaan toinen emalilevitys hyväksyttävän viimeistelyn aikaansaamiseksi. Erikoisteräkset, joissa hiilipitoisuus on laskettu alle n. 0,008 paino-X:n, sallivat valkoisen emalin suoran levityksen ilman merkittäviä hiilen kiehumisvikoja.

Suomunmuodostusta on se, kun emali irtoaa teräsalustasta muodostaen luonteenomaisen "kalansuomu''-kuvion. Jälleen teräs-alustaa voidaan käsitellä tai emali levittää erikoistekniikalla tämän ongelman välttämiseksi ja yleisesti todetaan, että kylmävalssattu teräs on paljon vähemmän altis tälle vialle kuin kuumavalssattu materiaali. Joka tapauksessa tämä ongelma rajoittaa vakavasti terästyyppejä, joita voidaan emaloida ilman kallista teräksen esikäsittelyä tai ottamatta käyttöön erikois emäliseoksia.

2 76124

Samantapaisia ongelmia esiintyy myös muilla metallialustoilla, erityisesti niillä metalleilla, joilla on hapen affiniteettia, kuten alumiinilla, magnesiumilla, titaanilla, sirkoniumilla, piillä ja näiden lejeeringeillä.

Lisäksi on tunnettua, että metallihiukkasten, erityisesti alumiinin ja vastaavien metallien lisääminen lasimaisiin emaleihin keraamisen metallin muodostamiseksi saa aikaan emaleja, joilla on suurempi sitkeys, korkean lämpötilan kestoisuus ja parantunut tarttuvuus teräsalustoihin. Nämä päällysteet ovat kuitenkin taipuvaisia vaahtoamiseen valmistuksensa aikana, mikä johtaa huokoisiin päällysteisiin. Kun näitä päällysteitä käytetään itsepuhdistavina uunin pintakerroksina, tämä huokoisuus on edullista, sillä se takaa suuren pinta-alan paistotahrojen katalyyttiselle hapettumiselle. Kuitenkin kun lasimaisten emali-kermetpäällysteiden, jotka sisältävät alumiinihiukkasia, vaaditaan aikaansaavan metallialustalle hapettumis- ja korroosiosuo-jan, tämä vaahtoaminen ja huokoisuus ovat epämieluisia.

Lasimaisia emalipäällysteitä muodostetaan lasi- tai frittiseok-sista, jotka levitetään alustalle jauheen muodossa ja sulatetaan sitten jatkuvan päällysteen muodostamiseksi. Fritti levitetään usein alustalle lietteenä, jossa fritin hienojakoisia hiukkasia pidetään vesisuspensiossa suspendointiaineilla, kuten kaoliinilla ynnä muilla lisäyksillä lietteen ominaisuuksien ja päällysteen lopullisten ominaisuuksien säätämiseksi polton jälkeen. Kun alumiinijauhetta lisätään emalilietteeseen, alumiini pyrkii reagoimaan lietteen kanssa tuottaen kaasumaista vetyä.

US-patentissa 2 900 276 reaktio lasimaisen emalin lietteen ja alumiinijauheen välillä estetään käyttämällä emalifrittiä, joka koostuu olennaisesti kolmesta osasta boorioksidia yhtä osaa kohti bariumoksidia. Tämän fritin väitetään olevan suhteellisen liukenematon käytettyyn veteen.

DE-patentissa 2829959 esitetään vaatimukset frittiseosjoukolle, joka on sellainen, että kun sitä käytetään lietteessä ja alumiini- 3 76124 pulveria lisätään, mitään kaasunkehitystä ei esiinny. Tämä frittiseosjoukko eroaa normaaleista emalifriteistä siinä, että samoin kuin US-patentissa 2 900 276 se koostuu oleellisesti boorioksidista ja sisältää alle 1 paino-% piidioksidia.

Silloinkin kun ryhdytään yllä kuvatun tyyppisiin toimenpiteisiin alumiinihiukkasten ja lasimaisen emalin lietteen välisen reaktion estämiseksi, kaasun kehitystä ja sitä seuraavaa kermet-päällys-teiden vaahtoamista voi yhä tapahtua polton aikana, mikä tekee vaikeaksi valmistaa huokosvapaita päällysteitä. Polttolämpötilan alentaminen vänentää tätä ongelmaa jossain määrin. Huokoisuuden kehittymistä voidaan edelleen lievittää jossain määrin lisäämällä tulenkestoisia hiukkasia, kuten kromidioksidia (DE-patentti 2822959) lietteeseen, joiden hiukkasten arvellaan ylläpitävän hiushalkeamia päällysteessä polton aikana, mikä tekee mahdolliseksi kaasun helpon poistumisen. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää sellaista frittien seosta, että yhdellä friteis-tä on merkittävästi korkeampi pehmenemispiste kuin muilla fri-teillä, mikä voi jättää hiushalkeamia kermetiin kaasun poistumista varten polton aikana. Silloinkin kun suoritetaan yllä kuvatut toimenpiteet, lopulliset kermet-päällysteet voivat olla ei-hyväksyttävän huokoisia.

Tämän keksinnön mukaisesti menetelmässä lasimaisen emalin levittämiseksi: levitetään jauhettu lasimainen fritti metallille, jonka lasimaisen fritin vesipitoisuus on korkeintaan 0,03 paino-%; ja poltetaan sitten päällystetty metalli lämpötilassa, joka on fritin sulamispisteen yläpuolella, uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste on korkeintaan 10°C.

Vaikka fritin ja uunin atmosfäärin vesipitoisuuden lasku näille tasoille vähentää merkittävästi tuotetuissa päällysteissä olevia vikoja verrattuna päällysteisiin, jotka on valmistettu tavanomaisella emalointitekniikalla, vielä paremmat tulokset voidaan saada, kun: seoksia, jotka sisältävät lasimaista frittiä, jonka vesipitoisuus on korkeintaan 0,03 paino-%, poltetaan 4 76124 uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste on korkeintaan 5°C, ja seoksia, jotka sisältävät lasimaista frittiä, jonka vesipitoisuus on korkeintaan 0,015 paino-%, poltetaan uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste on korkeintaan 10°C.

Metallihiukkasia voidaan lisätä lasimaiseen emaliin kermetin muodostamiseksi. Nämä kermet*seokset voivat sisältää jopa 60 tilavuus-% metallihiukkasia. On edullista käyttää pieniä hiukkasia, joiden hiukkaskoko on edullisesti alle 200 mikronia.

On havaittu, että vähentämällä fritin vesipitoisuutta ja polttamalla atmosfäärissä, jolla on matala kastepiste, kuten yllä ehdotettiin, taipumus vikoihin, jotka liittyvät teräksen ja vastaavien metallien emalointiin, ja erityisesti hiilen kiehumis-ja suomunmuodostusviat vähenevät merkittävästi. Lisäksi kermet-seoksilla tapahtuvan kaasuuntumisen tai vaahtoamisen ongelmaa, joka johtaa huokoisuuteen, voidaan myös vähentää merkittävästi.

Tämä saavutetaan ilman tulenkestoisten hiukkasten lisäyksiä emalilietteeseen. Se ei myöskään vaadi muiden erikoissulate-seosten kuin yleisesti käytettyjen ja emalointiteollisuudessa hyvin tunnettujen käyttöä. Sitä paitsi polttolämpötiloja ei tarvitse rajoittaa.

Tässä keksinnössä käytetyllä fritillä voi olla samantapainen peruskoostumus kuin emaloinnissa tavanomaisesti käytetyillä friteillä. Vesi- tai hydroksyyli-ionipitoisuus on kuitenkin laskettu vaaditulle tasolle asianmukaisin keinoin. Niinpä vesi voidaan poistaa fritistä puhaltamalla kuivaa kaasua esimerkiksi argonia sulan frittiseoksen läpi. Vaihtoehtoisesti fritti voitaisiin saattaa tyhjöön veden imemiseksi pois. On myös mahdollista valmistaa frittiseos vedettömästä materiaalista esimerkiksi kalsinoimalla ennen seostamista ja välttämällä veden imeytymistä valmistuksen aikana.

Vesi voidaan myös poistaa frittiseoksesta antamalla sulan fritin reagoida reagenssien kanssa, jotka reagoivat veden tai hydroksyyli- 5 76124 ionien kanssa. Tässä menetelmässä on varottava, ettei reagens-si reagoi fritin muiden aineosien kanssa tai etteivät reaktio-tuotteet vaikuta haitallisesti fritin ominaisuuksiin.

Sen jälkeen kun frittiseosta on käsitelty vesipitoisuuden pienentämiseksi, siitä on muodostettava pulveri. Tämä voidaan tehdä käyttäen kuivasammutustekniikkaa hiukkaskoon pienennyksen alkuvaiheessa ennen tavanomaista jauhatustekniikkaa. Fritti voi kuitenkin sietää sammutuksen veteen ilman, että sen vesipitoisuus kasvaa merkittävästi edellyttäen, että lämpötila laskee nopeasti alle lämpötilan, jossa vesi kykenee liukenemaan ja diffundoitumaan sulatteeseen. Tämä lämpötila, jossa veden imeytyminen tulee merkittäväksi, riippuu sen ajan pituudesta, jonka fritti on kosketuksessa veden kanssa ja fritin koostumuksesta, mutta friteillä, joita käytetään tyypillisesti terästen pinnalla, se on n. 500°C. Fritit voidaan myös jauhaa vedessä edellyttäen, että hydratoituneita jauhatuslisäaineita, kuten kaoliinia ja boorihappoa ei käytetä.

Tämän keksinnön emali- ja kermet-seokset voidaan sopivasti levittää alustalle vedettömästä systeemistä, joka sisältää esimerkiksi 3 % selluloosanitraattia amyyliasetaatissa. On kuitenkin myös mahdollista käyttää vesisuspensiosysteemiä, joka sisältää selluloosa- tai muuta polysakkaridipohjäistä suspendointlainetta, kuten natriumkarboksimetyyliselluloosaa tai ksantaanikumia.

Eräs mahdollinen suspendointiaine, jota voidaan käyttää tähän tarkoitukseen, on ksantaanikumi, jota on kaupallisesti saatavana nimellä "Kelaan" yhtiöltä Merck & Co. Inc. Kun käytetään vesi-suspensiota kermetin levittämiseen, saattaa myös olla edullista lisätä lasituslietteeseen korroosionestoainetta metallijauheen reaktion estämiseksi. Tämän korroosionestoaineen on oltava oleellisesti hydratoitumaton tai sen täytyy vapauttaa mahdollinen hydraatiovesi lämpötilassa, joka on selvästi fritin pehmenemispisteen alapuolella. Eräs tällainen korroosionestoaine on kaupallisesti saatavana nimellä "Fernox Alu" yhtiöltä Industrial Anti Corrosion Services Limited.

6 76124

Muita lisäaineita, esimerkiksi pigmenttejä jne. voidaan sisällyttää emali- tai kermet-seokseen edellyttäen, että ne ovat hydratoitumattomia tai että ne hajoavat menettäen vesisisältönsä lämpötilassa, joka on selvästi alle fritin pehmenemispisteen.

Polttouunin atmosfäärin kosteuspitoisuuden pitämiseksi määrätyissä rajoissa on välttämätöntä käyttää uunia, jonka atmosfääriä voidaan säätää pienen kosteuspitoisuuden ylläpitämiseksi sula-misvyöhykkeessä. . Sähköisesti kuumennetut uunit ovat erityisen sopivia tähän tarkoitukseen. Kaasulla tai öljyllä kuumennettavia uuneja voidaan kuitenkin käyttää edellyttäen, että kosteat palamistuotteet erotetaan tehokkaasti poltettavista tuotteista. Tämä voidaan suorittaa käyttäen metallisia säteilyputkikuumenti-mia, joihin liekki ja palamistuotteet on kokonaan suljettu.

Lisäksi sen ilman kosteuspitoisuutta, joka on uunissa tai tulee uuniin, on säädettävä. Tämä voidaan suorittaa esimerkiksi kuivaamalla paineilmaa johtamalla se kuivausaineen yli niin, että sen kastepiste laskee n. -40°C:een ja antamalla tämän kuivan ilman vuotaa uuniin riittävällä nopeudella ilman kastepisteen ylläpitämiseksi uunissa alle 10°C:ssa. Vaihtoehtoisesti uunia voitaisiin käyttää huoneessa, jossa on kontrolloitu atmosfääri.

Tämän keksinnön lasimaiset emali-kermet-päällysteet voidaan päällystää toisella lasimaisella emalikerroksella ilman metallihiukkasia erittäin kiiltävän pintakerroksen aikaansaamiseksi.

Jotta vältettäisiin kaasuuntuminen tai vaahtoaminen levitettäessä tätä lisäkerrosta, voidaan käyttää lasimaisia emalifrittejä, joiden vesi- tai hydroksyyli-ionisisältö on alle 0,03 paino-% ja jotka ovat samantapaisia kuin kermet-kerroksessa käytetyt.

Kun päällyste peitetään lisäemalipäällysteellä, päällysteet voidaan sulattaa eri poltoissa tai samanaikaisesti. Lisäksi yhden väristä frittiä, jonka vesipitoisuus on alle 0,03 paino-% voidaan liittää toisen väriseen emali- tai kermet-päällysteeseen, joka on muodostettu tämän keksinnön mukaisesti, koristelutarkoi-tuksia varten.

7 76124

Hiukkasina is ia tulenkestoisia materiaaleja, kuten piidioksidia tai zirkoniumoksidia voidaan myös lisätä tämän keksinnön päällysteisiin, erityisesti kermet-päällysteisiin korkeaa lämpötilaa kestävien päällysteiden tuottamiseksi.

Tätä keksintöä kuvataan tarkemmin viitaten seuraaviin esimerkkeihin: Näissä esimerkeissä käytetyt lasimaiset emalifritit perustuivat kahteen perusfrittiseokseen: Fritit Ai, A2 ja A3 perustuivat happoakestävään pohjapäällystetyyppiseen frittiin, jolla on seu-raava koostumus:

Paino-%

Kvartsi (Si02) 52,8

Boorioksidi (BjO^) 16,6

Natriumoksidi (Na20) 15,4

Litiumoksidi (Li20) 0,2

Titaanidioksidi (Ti02) 5,6

Bariumoksidi (BaO) 3,8

Fosforipentoksidi ^P2°5^ 0,4

Kobolttioksidi (CoO) 0,3

Ferrioksidi (Fe20j) 0,2

Fluori (F2) 3,7

Nikkelioksidi (NiO) 1,0

Fritti Ai oli perusfrittiseos, joka oli valmistettu tavanomaisella tekniikalla. Fritissä läsnä olevan veden määrä oli 0,083 paino-%. Tämä vesi oli peräisin sekä fritin valmistukseen käytetyistä raaka-aineista että sen uunin atmosfääristä, jossa fritti valmistettiin.

Friteillä A2 ja A3 perusfritin vesipitoisuutta pienennettiin puhaltamalla kuivaa kaasua sulan frittiseoksen läpi. Fritti A2 valmistettiin sulattamalla uudelleen 15 kg perusfrittiä llOO°C:ssa ja puhaltamalla frittien läpi 660 1 argonia, joka sisälsi alle 3 ppm tilavuudesta vettä. Sula fritti sammutettiin β 76124 sitten veteen tavanomaisella tavalla ja kaivattiin 150°C:ssa tunnin ajan. Tuloksena olevan fritin A2 vesipitoisuus laski 0,027 paino-%:iin.

Fritin A3 tuottamiseksi yllä esitetty menettely toistettiin mutta 2250 litraa kuivaa argonia johdettiin fritin läpi, jolloin saatiin fritti, jonka vesipitoisuus oli 0,012 paino-%.

Fritit Bl ja B2 perustuivat valkoisella titaanioksidilla himmennettyyn päällikerrostyyppiseen frittiin, jolla on seuraava koostumus:

Paino-%

Kvartsi (Si02> 46,5

Boorioksidi (BjO^) 15,6

Natriumoksidi (Na20) 7,4

Kaliumoksidi <K20) 7,4

Litiumoksidi (I^O) 0,8

Titaanidioksidi (Ti02> 19,0

Sinkkioksidi (ZnO) 0,5

Alumiinioksidi (Al203) 0,5

Fosforipentoksidi ^P2°5^

Fluori (F2) 1,6

Fritti Bl oli perusseos, joka tuotettiin tavanomaisella tekniikalla ja jonka vesipitoisuus oli 0,032 paino-%.

Fritti B2 valmistettiin käsittelemällä perusfrittiä puhaltamalla 1950 litraa argonia, joka sisälsi alle 3 ppm tilavuudesta vettä, 15 kg:n perusfritin läpi, joka oli sulatettu uudelleen 1100°C:ssa. Fritti sammutettiin sitten veteen ja kuivattiin 150°C:ssa tunnin ajan. Tuloksena olevan fritin B2 vesipitoisuus oli 0,009 paino-%.

Esimerkeissä käytettiin neljää eri tyyppistä teräsalustaa: 76124 9 1. Mellotettu emalointiteräs, jota on kaupallisesti saatavana nimellä "Vitrostaal” yhtiöltä Estel NV Alankomaista; 2. Emalointiteräs, joka on muodostettu normin British Standard 1449: Part 1 1972: viite CR2VE mukaisesti; 3. Erikoissyvävetoteräs, joka on muodostettu normin British Standard 1449: Part 1 1972: viite CR1 mukaisesti; ja 4. Yleiskäyttöön tarkoitettu kuumavalssattu teräs, joka on muodostettu normin British Standard 1449; Part 1 1972: viite HR4 mukaisesti.

Näiden terästen koostumukset ilmoitettuna painoprosentteina esitetään seuraavassa taulukossa loppuosan ollessa rautaa.

Teräs

Vitrostaal CR2VE CRI HR4

Hiili <0,01 0,016 0,059 0,060

Pii 0,015 0,014 0,028 <0,01

Rikki 0,010 0,012 0,010 0,012

Fosfori 0,006 0,007 0,005 0,021

Mangaani 0,037 0,39 0,30 <0,29

Kromi 0,10 0,09 0,06 0,01

Nikkeli <0,01 <0,01 <0,01 0,02

Molybdeeni <0,01 <0,01 <0,01 0,01

Titaani 0,01 0,01 0,01 0,01

Niobi 0,007 0,004 0,007 <0,01

Kupari 0,011 0,03 0,006 0,03

Koboltti 0,012 0,012 0,008 0,01

Alumiini 0,008 0,007 0,081 0,039

Sekä mellotettu emalointiteräs "Vitrostaal" että CR2VE-emalointiteräs valmistettiin tiivistämättömien terästen harkko-valulla ja ne muutettiin 0,7 mm:n levyksi ensin kuuraavaIssaamalla ja lopuksi kylmävalssaamalla käyttäen välissä karkaisua, sillä tavoin että minimoitiin taipumus kalansuomuvioille, kun ίο 76124 niitä käytettiin emalointiin. Mellotettu emalointiteräs oli myös mellotettu karkaisemalla kosteassa vetyatmosfäärissä.

Erikoissyvävetoteräs CRl valmistettiin alumiinilla tiivistetyn teräksen harkkovalulla, joka sen jälkeen muutettiin 1 mm:n levyksi ensin kuumavalssaamalla ja lopuksi kylmävalssaamalla ja käyttäen välissä karkaisua sillä tavoin, että saatiin optimi syväveto-ominaisuudet. Tämän tyyppinen teräs on normaalisti altis tuottamaan kalansuomuvikoja, kun käytetään tavanomaista emalointitekniikkaa.

Yleiskäyttöön tarkoitettu kuumavalssattu teräs HR4 valmistettiin alumiinilla tiivistetyn teräksen jatkuvalla valulla raakatan-goksi ja muuttamalla se sen jälkeen 3 mm:n levyksi pelkällä kuumavalssauksella. Tämän tyyppinen teräs on normaalisti erittäin altis tuottamaan kalansuomuvikoja, kun käytetään tavanomaista emalointitekniikkaa.

Ellei muuta mainita, fritit levitettiin teräsalustoille vesi-lietteen muodossa. Lietteet valmistettiin märkäjauhamalla kuula-myllyssä normaaliin tapaan, kunnes 99 paino-%:lla sulatteesta oli alle 38 mikronin hiukkaskoko. Käytetty jauhatusseos oli:

Fritti 1,2 kg

Vesi 600 ml

Ksantaanikumi-suspendointi-aine 3,0 g

Natriumnitriitti 12,0 g

Kun lietteeseen tehtiin metallijauhelisäyksiä, ne sekoitettiin perusteellisesti lietteeseen yhdessä 4 tilavuus-%:n (lietteen kokonaistilavuudesta laskettuna) kanssa "Fernox Alu”-inhibiitto-ria. Metallijauheen painoprosentti perustui kiintoaineiden kokonaismäärään lopullisessa lietteessä.

n 76124

Esimerkit I ja II

Frittien Ai ja A3 vesilietteitä ruiskutettiin HR4 kuumavalssa-tun teräksen levyille, jotka oli puhdistettu pelkällä hiekkapuhalluksella. Päällysteitä kuivattiin 10 minuuttia 120°C;ssa ja poltettiin sitten 6 minuuttia 850°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 15°C. Tuloksena olevissa emalipäällys-teissä oli runsaasti kalansuomuvikoja, kuten kuvat 1 ja 2 esittävät.

Esimerkki III

Esimerkki I toistettiin käyttäen fritin A3 vesilietettä, mutta kuivattua päällystettä poltettiin 6 minuuttia 850°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 0°C. Saadulla päällysteellä oli täysi kiilto ja se oli kokonaan vapaa kalansuomuvioista, kuten kuva 3 esittää.

Esimerkki IV

Fritin AI vesilietettä ruiskutettiin CR2VE-emalointiteräksen näytteelle, jonka pinta oli aikaisemmin käsitelty peittaamalla ja nikkeliräiskemetalloinnilla. Näytettä kuivattiin 10 minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 3 minuuttia 830°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 5°C. Tuotettu päällyste oli vapaa kalansuomuvioista, mutta siinä oli hiilen kiehumisvikoja mustien pilkkujen muodossa, jotka olivat jakautuneet laajalle yli näytteen , ks. kuva 4.

Esimerkit V ja VI

Fritin A3 vesilietteitä ruiskutettiin mellotetun emalointi-teräksen ja CR2VE-emalointiteräksen näytteiden pinnalle, joita oli esikäsitelty peittaamalla ja nikkeliräiskemetalloinnilla. Näytteitä kuivattiin 10 minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 3 minuuttia 830°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 5°C, samalla tavoin kuin esimerkissä IV. Näissä esimerkeissä tuotetut päällysteet olivat jälleen vapaat kalansuomuvioista, mutta molemmissa tapauksissa niissä oli vain hyvin lievää hiilen kie-humisvioista johtuvien mustien pisteiden leviämistä, ks. kuvat 5 ja 6.

12 761 24

Esimerkeissä IV, V ja VI valmistettujen näytteiden poikkileikkausten mikroskooppinen tarkastelu osoitti, että päällysteissä olevat mustat pilkut liittyivät kaasun kehittymiseen teräksen pinnalla, mikä oli saanut värjäytyneen emalin läheltä teräksen pintaa pyyhkiytymään päällysteeseen. Jäännöskaasukuplien määrä emali/teräsrajapinnalla oli huomattavasti vähäisempää päällysteissä, jotka oli valmistettu esimerkeissä V ja VI fritistä A3.

Esimerkit VII-XV

Vesilietteitä valmistettiin friteistä AI, A2 ja A3; joista kukin sisälsi 15 paino-% alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia. Jokaista lietettä ruiskutettiin kolmelle näytelevylle, jotka oli tehty mellotetusta emalointi- teräksestä, josta oli vain poistettu rasva. Jokaista näyte- levyn päällystettä kuivattiin ilmassa 120°C:ssa 10 minuuttia.

Yhtä näytelevyä jokaisesta frittipäällysteestä poltettiin sitten 3 minuuttia 8lO°C:ssa uuneissa, joiden atmosfäärien kastepis- teet olivat 15°C, 7°C ja -5°C. Kaikissa tapauksissa levyillä 2 olevan sulatetun päällysteen paino oli n. 350 g/m teräspintaa.

Missään tuotetuista emalipäällysteistä ei ollut mitään suomun-muodostusvikoja, mutta kaikki olivat huokosia johtuen kaasun kehityksestä polttoprosessin aikana. Huokoisuusaste kuitenkin kasvoi fritin ja uunin atmosfäärin vesipitoisuuden kasvaessa kuten alla oleva taulukko osoittaa. Päällysteen pinnan ulkonäkö vaihteli myös polttoprosessin aikana kehittyneen kaasumäärän mukana.

Seuraavassa taulukossa huokoisuusluvut on annettu tilavuusprosentteina ja ne määritettiin kvantitatiivisella metallografialla päällysteiden kiillotetuista poikkileikkauksista tarkasteltuna 200-kertaisella suurennuksella.

13 761 24

Esimerk- Fritti Kaste- Huokoisuus Pinnan ulkonäkö ki_ _ Piste _ _ VII Ai 15°C 43 % Karkea ja rakkulainen (ks. kuva 7) VIII A2 15°C 30,3 % Karkea matta pinta (ks. kuva 8) IX A3 15°C 26,2 % Karkea matta pinta (ks. kuva 9) X Ai 7°C 32 % Karkea matta pinta (ks. kuva 10) XI A2 7°C 22,5 % Sileä matta pinta (ks. kuva 11) XII A3 7°C 19,5 % Sileä puolikiiltävä (ks. kuva 12) pinta XIII Ai -5°C 24,9 % Karkea matta pinta (ks. kuva 13) XIV A2 -5°C 16,5 % Sileä puolikiiltävä (ks. kuva 14) pinta XV A3 -5°C 14,7 % Sileä puolikiiltävä (ks. kuva 15) pinta

Esimerkit XVI-XVII

Frittien Bl ja B2 vesilietteitä, jotka sisälsivät 15 paino-% alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, ruiskutettiin mellotetun emalointiteräksen levyille, jotka oli peitattu ja nikkeliräiskemetalloitu. Päällysteitä kuivattiin 120°C:ssa 10 minuuttia ja poltettiin sitten 3 minuuttia 810°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 0°C. Kaikissa tapauksissa levyillä olevan sulatetun päällysteen määrä oli n. 350 g/m teräspintaa. Päällysteiden huokoisuus mitattiin esimerkissä VII kuvatulla tavalla.

Esimerk- Fritti Kaste- Huokoisuus Pinnan ulkonäkö ki_ _ piste _ _ XVI Bl 0°C 28,4 % Karkea matta pinta (ks. kuva 16) XVII B2 0°C 3,0 % Sileä puolikiiltävä (ks. kuva 17) pinta 14 7 61 2 4

Esimerkit XVIII-XX

Fritin A3 vesilietteitä, jotka sisälsivät 5 paino-%, lO paino-% ja 30 paino-% alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, ruiskutettiin kuumavalssatun HR4-teräksen levyille, jotka oli puhdistettu hiekkapuhalluksella. Näitä päällysteitä kuivattiin 10 minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 6 minuuttia 850°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 0°C.

Missään tuotetuista päällysteistä ei ollut mitään sen tyyppisiä kalansuomuvikoja tai rakkuloita, joita normaalisti havaitaan, kun tällaista terästä emaloidaan ja kaikki päällysteet olivat tarttuneet lujasti teräsalustaan. Päällysteiden pinnan ulkonäkö esitetään alla:

Esimerkki % jauhetta Pinnan ulkonäkö XVIII 5 Sileä kiiltävä pinta (verrattavissa tavanomaiseen emaliin) XIX 10 Sileä puolikiiltävä pinta XX 30 Sileä matta pinta

Esimerkit XXI-XXII

Frittien Ai ja A3 vesilietteitä, jotka sisälsivät 15 paino-% zirkoniumjauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, ruiskutettiin mellotetun emalointiteräksen levyille, jotka oli esikäsitelty peittaamalla ja nikkeliräistemetalloinnilla. Päällysteitä kuivattiin 10 minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 4 minuuttia 810°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 0°C. Päällyste, joka valmistettiin esimerkissä XXI fritistä Ai, oli karkea ja rakkulainen ulkonäöltään; kun taas päällyste, joka valmistettiin esimerkissä XXII fritistä A3, oli sileä ja kiiltäväpintainen. Päällysteiden rakenteen mikroskooppinen tutkiminen paljasti, että esimerkin XXI karkeaan, rakkulaiseen ulkonäköön liittyi huokoisuutta zirkoniumhiukkasten ympärillä (ks. kuva 18), kun taas esimerkissä XXII emali oli tarkasti tarttunut zirkoniumhiukkasiin (ks. kuva 19). Päällysteen ulkonäön parannuksen lisäksi fritin A3 päällysteen koossapysyvämpi luonne parantaisi todennäköisesti myös päällysteen lujuutta.

15 761 24

Esimerkit XXIII ja XVIV

Frittien Ai ja A3 vesilietteitä, jotka sisälsivät 15 paino-% titaanijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, ruiskutettiin, mellotetun emalointiteräksen levyille, joita oli esikäsitelty peittaamalla ja nikkeliräiskemetalloinnilla. Päällysteitä kuivattiin 10 minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 4 minuuttia 8lO°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 0°C. Molemmat esimerkit tuottivat sileät päällysteet kiiltävin pinnoin. Päällysteiden rakenteen mikroskooppinen tutkiminen paljasti kuitenkin, että esimerkissä XXIII, johon liittyi fritti Ai, huokoisuus oli ilmeistä titaanihiukkasten ympärillä (ks. kuva 20), kun taas esimerkissä XXIV, johon liittyi fritti A3, emali oli tarttunut tiukasti titaanihiukkasiin (ks. kuva 21). Fritin A3 muodostaman päällysteen koossapysyvämpi luonne johtaa päällysteen lujuuden paranemiseen.

Esimerkki XXV

Frittiä A3 jauhettiin vesilietteen muodostamiseksi yllä kuvatulla tavalla paitsi, että myllykoostumusta muutettiin seuraavasti:

Fritti 1,2 kg

Vesi 600 ml

Natriumkarboksimetyyliselluloo-sa (suspensioaine) 8 g

Natriumnitriitti 12 g 15 paino-% alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, sekoitettiin lietteeseen yhdessä 4 tilavuus-%:n kanssa "Fernox Alu"-inhibiittoria. Tätä vesilietettä ruiskutettiin emalointilaatua olevan CR2VE-teräksen levylle, jota oli esikäsitelty peittaamalla ja nikkeliräiskemetalloinnilla. Päällystettä kuivattiin 10 minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 3 minuuttia 8lO°C:ssa uunissa, jossa kastepiste oli 0°C. Saatu päällyste oli verrattavissa esimerkissä XII tuotettuun sen ollessa ulkonäöltään sileä ja puolikiiltävä ja vapaa rakkuloista.

ie 76124

Esimerkki XXVI

Frittiä A3 jauhettiin vesilietteen muodostamiseksi edellä kuvatulla tavalla paitsi, että käytettiin tavanomaista myllykokoon-panoa, jolla oli seuraava koostumus:

Fritti 1,2 kg

Vesi 600 ml

Valkoinen emalointisavi (suspendointiaine) 72 g

Boorihappo 72 g

Natriumnitriitti 0,6 g 15 paino-% alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, sekoitettiin lietteeseen. Vesilietettä ruiskutettiin emalointilaatua olevan CR2VE-teräksen levylle, jota oli esikäsitelty peittaamalla ja nikkeliräiskemetalloinnilla. Päällysteitä kuivattiin lO minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 3 minuuttia 810°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 0°C. Tuloksena oleva päällyste oli karkea ja rakkulainen ja ulkonäöltään samantapainen kuin esimerkissä VII tuotettu päällyste.

Esimerkki XXVII

Frittiä A3 kuivajauhettiin kuulamyllyssä, kunnes 99 paino-% fritistä oli hiukkaskooltaan alle 38 mikronia. Kuivaan jauhettuun frittiin sekoitettiin 7,5 paino-% (laskettuna kuiva-aineiden kokonaispainosta) alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia ja siitä muodostettiin liete selluloosanitraa-tin 3 paino-%:seen amyyliasetaattiliuokseen. Tätä vedetöntä lietettä ruiskutettiin rasvasta puhdistetun, emalointilaatua olevan CR2VE-teräksen levylle ja annettiin kuivua hyvin tuuletetulla alueella ympäristön lämpötilassa. Levyä poltettiin sen jälkeen 4 minuuttia 8lO°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kaste-piste oli 5°C. Tuloksena oleva päällyste ei osoittanut mitään taipumusta vaahdota tai muodostaa rakkuloita ja se tuotti voimakkaasti tarttuneen, läpäisemättömän, valuvan päällysteen, 17 76124 jolla oli samantapainen sileä puolikiiltävä ulkonäkö kuin esimerkissä XV tuotetulla päällysteellä.

Esimerkit XXVIII-XXIX

Kaksi levyä kuumavalssattua HR4-terästä päällystettiin ja poltettiin fritin A3 kerroksilla, jotka sisälsivät 30 paino-% alumiinijauhetta, jota kuvattiin esimerkissä XX.

Frittien Ai ja A3 vesilietteitä ruiskutettiin päällystetyille levyille. Näiden annettiin kuivua 10 minuuttia 150°C:ssa ja poltettiin 6 minuuttia 850°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kaste-piste oli 0°C. Esimerkistä XXVIII saatu päällyste, jossa päälli-kerros oli frittiä AI, oli karkea ja siinä oli runsaasti rakkuloita; kun taas esimerkissä XXIX saadulla päällysteellä, jossa päällikerros oli frittiä A3, oli pinnan ulkonäkö, joka oli verrattavissa esimerkin III pinnan ulkonäköön, ts. sileä, täysin kiiltävä pinta, joka oli vapaa rakkuloista tai kalansuomuvioista.

Esimerkki XXX

Fritin A3 vesilietettä, joka sisälsi 15 paino-% alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, ruiskutettiin meliotetun emalointilaatua olevan teräksen rasvasta puhdistetulle levylle. Päällysteen ollessa vielä märkä fritin A3 vesi-lietteen toinen kerros, jossa ei ollut metallilisäystä, ruiskutettiin levylle. Näytettä kuivattiin 10 minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 3 minuuttia 8l0°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kas-tepiste oli 0°C. Tuloksena oleva päällyste oli voimakkasti tarttunut teräsalustaan ja sen pinnan ulkonäkö oli verrattavissa esimerkin III pinnan ulkonäköön ts. sillä oli sileä kiiltävä pinta, joka oli vapaa rakkuloista tai muista pintavioista.

Esimerkit XXXI ja XXXII

Fritin A3 vesiliete, joka sisälsi 10 paino-% alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, valmistettiin edellä kuvatulla tavalla. Tämä liete jaettiin kahteen osaan. Ensimmäiseen osaan lisättiin 1/2 paino-% frittiä Bl, joka oli 18 7 61 2 4 kuivajauhettu hiukkaskokoon välille 75-250 mikronia. Toiseen osaan lisättiin 1/2 paino-% frittiä B2, joka oli kuivajauhettu hiukkaskokoon välille 75-250 mikronia. Lietteet ruiskutettiin syvävedetyn CRl-teräksen levyille, joista oli aikaisemmin poistettu rasva. Päällysteitä kuivattiin 10 minuuttia 120°C:ssa ja poltettiin 4 minuuttia 850°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 5°C. Molemmat päällysteet olivat tarttuneet voimakkaasti teräsalustaan ja olivat vapaita kalansuomuvioista, joita tavataan usein, kun tämän tyyppistä terästä emaloidaan. Kuitenkin esimerkin XXXI päällysteessä, joka sisälsi fritin Bl hiukkasia, oli pinnallaan suuri määrä pieniä rakkuloita, jotka liittyivät fritin Bl hiukkasiin (ks. kuva 22). Esimerkin XXXII päällysteellä, joka sisälsi fritin B2 hiukkasia, oli houkutte-leva ulkonäkö, koska sillä oli musta puolimatta pinta ja suuri määrä valkoisia täpliä, jotka fritin B2 hiukkaset olivat muodostaneet (ks. kuva 23).

Esimerkki XXXIII

Fritistä A3 muodostettiin vesiliete, johon lisättiin 15 paino-% alumiinijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia, ja 12 paino-% piidioksidijauhetta, jonka hiukkaskoko oli korkeintaan 50 mikronia. Tätä lietettä ruiskutettiin mellotetun emalointiteräksen näytteelle, josta rasva oli poistettu. Päällysteen annettiin kuivua 10 minuuttia 120°C:ssa ja sitä poltettiin sitten 3 minuuttia 8l0°C:ssa uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste oli 0°C. Saatu päällyste oli vahva ja läpäisemätön ja sillä oli sileä puolimatta pinta.

Liitteenä olevissa piirroksissa, joihin yllä olevissa esimerkeissä on viitattu:

Kuvat 1-6 ovat suurennettuja valokuvia esimerkkien I-VI mukaisesti valmistettujen päällysteiden pinnoista; kuvat 7-17 ovat optisia mikroskooppivalokuvia esimerkkien VII-XVII mukaisesti valmistettujen päällysteiden poikkileikkauksista; 19 7 61 2 4 kuvat 18-21 ovat optisia mikroskooppikuvia esimerkkien XXI-XXIV mukaisesti valmistettujen päällysteiden poikkileikkauksista; kuvat 22 ja 23 ovat suurennettuja valokuvia esimerkkien XXXI ja XXXII mukaisesti valmistettujen päällysteiden pinnasta.

Kuvat 1 ja 2 esittävät kalansuomuvikoja 10 (kuva 1), jotka saatiin esimerkkien I ja II mukaisesti valmistetuista päällysteistä. Mitään kalansuomuvikoja ei esiinny kuvassa 3, joka esittää esimerkin III mukaisesti valmistettua päällystettä.

Kuvat 4-6 esittävät mustien pilkkujen 11 (kuva 4) muodossa olevien hiilen kiehumisvikojen jakautumista päällysteillä, jotka on valmistettu esimerkkien IV-VI mukaisesti.

Kuten kuvassa 15 on kuvattu kuvissa 7-17 esitetyt poikkileikkaukset esittävät teräsalustaa 12 ja kermet-kerrosta 13. Kermet-kerros 13 sisältää metallihiukkasia 14, lasi- tai frittimatriisin 15 ja kaasukuplia 16. Kaasukuplat 16 jakautuvat kahteen ryhmään i) pieniin kupliin, jotka ovat luontaisia kaikille emalikerrok-sille ja aiheutuneet kaasujen jäämisestä loukkuun frittihiukkas-ten väliin polton aikana; ja ii) suuriin kupliin, jotka ovat aiheutuneet kaasun kehittymisestä metalli/frittirajapinnalla. Kuvista 7-17 ilmenee, että kun fritin ja uunin atmosfäärin vesi-pitoisuutta lasketaan, kaasun kehittymisestä metalli/fritti-rajapinnalla johtuva huokoisuus pienenee myös.

Tumma kerros 17 kermet-kerroksen 13 yläpuolella näissä kuvissa on kiinnitysseos. Kuvista 7-17 ilmenee myös, että tämän keksin^ nön mukaisesti valmistettujen näytteiden pinta, ts. kuten kuvissa 11, 12, 14, 15 ja 17 esitetään, on yleensä sileämpi kuin keksinnön ulkopuolella olevien esimerkkien pinta.

Kuva 22 esittää rakkuloita 18, joita muodostuu liittämällä fritin Bl hiukkasia esimerkkiin XXXI ja kuva 23 esittää valkoisia täpliä, joita muodostuu liittämällä fritin B2 hiukkasia esimerkkiin XXXII.

20 7 61 2 4

Vaikka yllä oleva kuvaus keskittyi etuihin, joita saavutetaan levittämällä emalifrittejä teräsalustoille tai levittämällä alumiinia sisältävää kermet-seosta, samantapaisia etuja saavutetaan emaloimalla muita alustoja tai levittämällä kermet-seoksia, joissa on muita metallilisäyksiä. Paljastettu menetelmä on erityisen sopiva, kun joko alustalla tai hiukkasmaise11a metallilisäaineella on suuri affiniteetti happeen, kuten esimerkiksi raudalla, alumiinilla, magnesiumilla, titaanilla, zirkoniumilla, piillä ja niiden lejeeringeillä. Menetelmää voidaan kuitenkin käyttää minkä tahansa korkean sulamispisteen alustan, esimerkiksi metallin tai keraamisen aineen kanssa.

Metalli- tai ei-metallialustoille tarkoitettujen päällysteiden lisäksi tämä keksintö kattaa myös lasi/metalliseokset, joissa esimerkiksi lasi toimii matriisina metallihiukkasille.

Claims (11)

1. 21 76124
2. 1. Menetelmä metallia sisältävän, 1 asimaisen, kerametal-lisen ja vähähuokoisen emä 1ipää 11ysteen levittämiseksi metal-lialustalle, jossa alustalle levitetään jauhettua lasimaista emalifrittiä, joka fritti sisältää hienojakoista metallia, jonka hiukkaskoko on korkeintaan 200 mikronia, ja sulatetaan hienojakoista metallia sisältävä fritti alustan pinnalle polttamalla päällystetty alusta uunissa, tunnettu siitä, että alustalle levitetyn jauhetun lasimaisen emalifritin vesipitoisuus on korkeintaan 0,03 paino-%, ja että sulatettaessa frittiä alustan pinnalle uunin atmosfäärin kastepiste kont- o rolloidaan ja pidetään korkeintaan 10 C:ssa.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasimaisen emalifritin vesipitoisuus on korkeintaan 0,015 paino-% ja uunin atmosfäärin kastepiste pidetään o korkeintaan 10 C:ssa.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasimaisen emalifritin vesipitoisuus on korkeintaan 0,03 paino-% ja uunin atmosfäärin kastepiste pidetään o korkeintaan 5 C:ssa. A. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että korkeintaan 60 paino-% hienojakoista metallia lisätään jauhettuun lasimaiseen emä 1ifrittiin.
5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että frittiin lisätty jauhettu metalli on rauta, alumiini, magnesium, titaani, zirkonium tai pii.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasimainen emalipäällyste levitetään metallialustalle vedettömän, seiluloosanitraatti/amyy1iase-taatti1iuoksessa olevan lietteen muodossa. 76124
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasimainen emalipäällyste levitetään metal 1ialustalle vesilietteen muodossa, joka sisältää polysakkaridiin perustuvaa suspendointlainetta lasimaista emali-frittiä varten.
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suspendointiaine on ksantaanikumi.
9. 9. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 6-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhetun lasimaisen fritin toinen päällyste levitetään alustalle ensimmäisen päällysteen päälle, joka toinenkin päällyste käsittää jauhetun lasimaisen emalifritin, jonka vesipitoisuus on korkeintaan 0,03 paino-% ja jota myös sulatetaan alustalle polttamalla uunissa, jonka atmosfäärin kastepiste kontrolloidaan ja pidetään korkein- o taan 10 C:ssa.
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen lasimainen emalipäällyste levitetään ennen kuin ensimmäistä päällystettä on sulatettu ja ensimmäinen ja toinen päällyste poltetaan samanaikaisesti.
11. 11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen päällyste ei sisällä hienojakoista metallia.