NL9000423A

NL9000423A - Werkwijze voor het emailleren van een plaatmetalen voorwerp en het verkregen voorwerp.

Info

Publication number: NL9000423A
Application number: NL9000423A
Authority: NL
Original assignee: Ferro Tech
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1990-02-21
Publication date: 1990-11-16
Also published as: BE1004927A3; GB2230477A; GB9008099D0; DE4011932C2; DE4011932A1; NL194207B; GB2230477B; NL194207C

Description

WERKWIJZE VOOR HET EMAILLEREN VAN EEN PLAATMETALEN VOORWERP EN HET VERKREGEN VOORWERP

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het emailleren van een plaatmetalen voorwerp en op een verkregen voorwerp.

Veel metalen voorwerpen ondergaan een oppervlaktebe-kleding met email, die een goede chemische bestendigheid heeft en tamelijk ongevoelig is voor thermische (schok)belastingen. Verder is email niet vochtdoorlatend en vertoont geen onderroest. Een nadeel van email is echter dat het niet slagvast is, slechts door het aanbrengen van meerdere lagen een in hoofdzaak porievrij oppervlak vertoont, en onderhevig is aan zogenaamde visschubvorming. Visschubvorming is het gevolg van het ophopen van moleculaire waterstof aan het grensvlak tussen het metaal en de emailbekleding. Hierbij kan een zodanig hoge gasdruk ontstaan, dat de hechtsterkte van het email aan het metaal en de breuksterkte van de emailbekleding overschreden worden, blazen ontstaan en zelfs stukjes emailbekleding weggeblazen worden.

Een ander type bekledingen voor metaaloppervlakken zijn uit verschillende componenten opgebouwde verven of lakken, zoals epoxylakken, isocyanaatlakken, polyurethaan-lakken en siliconenharslakken. Deze lakken bezitten een goede chemische bestendigheid, zijn gasdoorlatend, waardoor zij geen visschubvorming vertonen, maar bezitten het nadeel van onderroest.

De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen voor het emailleren van een plaatmetalen voorwerp, waarbij de nadelen van het gebruik van email, kwetsbaarheid bij stoot-belastingen, en de nadelen van het gebruik van lak, onderroest, worden vermeden, maar bovendien een voorwerp ontstaat dat een acceptabel visueel uiterlijk bezit. Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt door een werkwijze voor het emailleren van een plaatmetalen voorwerp, omvattende de stappen voor het: i) voorbehandelen van.het plaatmetalen voorwerp; ii) aanbrengen op een voorbehandelde zijde van een cermet-emailbekleding; iii) inbranden van de aangebrachte emailbekleding bij geschikte inbrandtemperaturen; en iv) aanbrengen van een gasdoorlatende, chemisch bestendige lakbekleding op de cermetemailbekleding.

Indien de lak wordt aangebracht via de natte methode, kan de lak direct op de cermetemailbekleding worden aangebracht. Wordt echter de lak aangebracht via een droge methode, bijvoorbeeld poederbekleden, dan heeft het voorkeur om tussen de lakbekleding en de cermetemailbekleding een tussenlaag aan te brengen die zorgdraagt voor een voldoende hechting tussen de lakbekleding en de cermetemailbekleding. Door het gebruik van de uitwendige laklaag kan het uiterlijk van het plaatmetalen voorwerp elke gewenste kleur worden gegeven.

Het nadeel van de visschubvorming doet zich in het bij zonder voor bij het tweezijdig emailleren van plaatmetalen voorwerpen, aangezien bij een dergelijke sandwich-emailbekleding waterstof in het metaal tussen de beide emailbekledingen is ingesloten en niet of nauwelijks zijdelings in de metaallaag kan wegdiffunderen.

De uitvinding beoogt ook voor deze toepassing een verbetering te verschaffen voor het tweezijdig emailleren van een plaatmetalen voorwerp, waarbij zich in hoofdzaak het nadeel van visschubvorming niet voordoet, een goede chemische bestendigheid, vochtondoorlatendheid en het achterwege blijven van onderroest, behouden blijven, terwijl de slagvast-heid is verbeterd en eventuele reparatie van de aangebrachte bekleding mogelijk is.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt in stap ii) een emailbekleding op twee voorbehandelde zijden van het plaatmetalen voorwerp aangebracht, waarbij op tenminste ééh zijde als emailbekleding een cermetemailbekleding wordt aangebracht.

Het laminaat van een laminaatbekleding die bestaat uit een onderlaag van een specifiek type email, zogenaamd cermetemail, en een toplaag van de hiervoor beschreven bekledingslakken, voldoet aan deze vereisten. Dit laminaat vertoont geen visschubvorming, omdat zowel de cermetemail-bekleding als de lakbekleding gasdoorlatend zijn, waarbij de laklaag de chemische bestendigheid voor het laminaat ver-schaft en de cermetemailbekleding de hechting aan het metaaloppervlak en de bestendigheid tegen onderroest.

Het is bij de werkwijze volgens de uitvinding niet noodzakelijk dat beide zijden van het plaatmetalen voorwerp zijn voorzien van een laminaat volgens de uitvinding. In principe is het slechts noodzakelijk dat een dergelijk laminaat is aangebracht aan één zijde van het plaatmetalen voorwerp, aangezien de waterstof, die verantwoordelijk is voor de uiteindelijke visschubvorming, vanaf een zijde die is afgedekt met een gasondoorlatend email, kan diffunderen naar de andere zijde, die is afgedekt met een gasdoorlatende bekleding volgens de uitvinding en er doorheen naar de atmosfeer kan ontsnappen. Dit levert de mogelijkheid om als topzijde voor een plaatmetalen voorwerp een chemisch bestendig, gasdicht email te gebruiken met een specifieke functie (anti-slib email), terwijl de onderzijde overeenkomstig de uitvinding gasdoorlatend is, en het gehele voorwerp geen visschubvorming vertoont.

Indien aan beide zijden van het plaatmetalen voorwerp het uit de cermetbekleding en lakbekleding opgebouwde laminaat aanwezig is, kunnen de beide lakbekledingen uit verschillende materialen bestaan, waardoor aan de binnenzijde een chemische (zuur)bestendigheid ontstaat, en aan de buitenzijde een geringere chemische (weers)bestendigheid ontstaat. Deze toepassing is bijvoorbeeld bruikbaar voor silo's voor mestopslag, voederopslag, en voor tanks bij waterzuivering.

Een ander aspect van de uitvinding heeft betrekking op een plaatmetalen, geëmailleerd voorwerp, dat omvat: i) een metalen basis; ii) op tenminste één zijde een cermetemailbekleding; en iii) een op de cermetemailbekleding aangebrachte lakbekleding.

In geval van tweezijdig emailleren omvat het voorwerp: i) een metalen basis met twee zijden; ii) op elke zijde een emialbekleding, waarvan tenminste één emailbekleding een cermetemailbekleding is; en iii) een op de cermetemailbekleding aangebrachte lakbe-kleding.

Een email is een door smelten of zogenaamd fritten ontstane, glasachtige massa met anorganische, in hoofdzaak oxidische samenstelling, die in één of meer lagen op metalen of glasvoorwerpen kunnen worden aangebracht en ingebrand. Gebruikelijke toevoegingen voor email zijn siliciumoxide, . booroxide en fosforoxide, die zogenaamde netwerkvormers zijn. Verder kunnen alkali- en aardalkalimetalen worden toegevoegd, alsook oxiden van kobalt, nikkel, koper en antimoon. Diverse emailtypen zijn de deskundigen in de techniek goed bekend, alsook hun samenstellingen. Voor verdere gegevens wordt verwezen naar de emailliteratuur.

Een zeer specifiek type email is het cermetemail. Dit email bevat fijn verdeelde metaaldeeltjes, bijvoorbeeld aluminiumdeeltj es. Voor meer informatie omtrent cermetemail wordt verwezen naar "Mitteilungen des Vereins deutscher Emailfachleute E.V.", deel 27, pagine 49-60 (1979) en deel 28, pagina 13-24 (1980).

De bruikbare organische lakbekleding kan uit een bekend laksysteem bestaat, zoals fysisch drogend of chemisch uithardend, eventueel door thermische behandeling. Het toegepaste type lakbekleding wordt afgestemd op de gewenste eigenschappen. Epoxy- of polyurethaanlakken geven bijvoorbeeld een grote chemische bestendigheid, acrylaat-lakken bezitten een grote bestendigheid tegen weersinvloeden en zijn lichtecht, silicoonlakken bezitten een grote hittebestendigheid. Aldus kan een lak kan worden gekozen afhankelijk van de mate van chemische bestendigheid, zoals zuur-bestendigheid, weersbestendigheid en dergelijke.

Als metaal kunnen diverse typen staal worden gebruikt, in het bijzonder warmgewalst staal dat extreem gevoelig is voor visschubvorming.

Een plaatmetalen voorwerp, bijvoorbeeld een silowand, wordt, voorafgaande aan het emailleren, dubbelzijdig voorbehandeld. Deze voorbehandelingen kunnen bestaat uit gloeien en stralen, ontvetten-beitsen, en eventueel vernikkelen, en tenslotte drogen. Het cermetemail kan worden aangebracht door middel van spuiten of dompelen en wordt na indrogen ingebrand bij een geschikte inbrandtemperatuur, bijvoorbeeld ongeveer 850°C, één en ander afhankelijk van de specifieke samenstelling van het gebruikte cermetemail. Tenslotte wordt op de ingebrande cermetemailbekleding de gasdoorlatende, chemisch bestendige lakbekleding aangebracht door middel van spuiten of dompelen, waarna door moffelen de lakbekleding wordt uitgehard.

Hierna volgen voorbeelden voor de toepassing van plaatmetalen voorwerpen, die overeenkomstig de uitvinding tweezijdig zijn geëmailleerd.

VOORBEELD I

Voor een vloerrooster in een stalinrichting is het 'belangrijk dat de bovenzijde van het vloerrooster is voorzien van een antisliblaag. Teneinde visschubvorming te vermijden kan worden volstaan door aan de onderzijde van het vloerrooster een laminaat volgens de uitvinding aan te brengen, dat bestaat uit een onderlaag van een cermetbekle-ding en een daarop aangebrachte, gasdoorlatende, chemisch bestendige lakbekleding. Aldus wordt na een geschikte voorbehandeling op de bovenzijde van het vloerrooster een conventioneel grondemail (Bayer GR1100/GR1200, GR1308/GR1400) en op de onderzijde een cermetemaillaag aangebracht. De beide emaillagen worden gezamelijk ingebrand bij circa 850°C. Vervolgens wordt op de ingebrande grondemailbekleding een antislibemail (Ferro Holland 6044/XS50) aangebracht, die vervolgens wordt ingebrand. De onderzijde wordt vervolgens voorzien van een expoxylaklaag (Ferro Topcoat van Delta-coatings), die vervolgens wordt gemoffeld. Het uiteindelijke vloerrooster voldoet aan de gestelde eisen, namelijk geen visschubvorming door het gebruik van het laminaat overeenkomstig de uitvinding, geen onderroest door het gebruik van grondemail en cermetemail als onderste bekleding, chemische bestendigheid door het gebruik van de antislib emaillaag aan de bovenzijde en de lakbekleding aan de onderzijde.

Op soortgelijke wijze kunnen binnenwerken en onderdelen van kachels en centrale verwarmingsketels worden voorzien van de cermetemailbekleding die tenslotte worden bedekt met een siliconenharslak.

VOORBEELD II

In de navolgende experimenten 1-5 zijn emailmengsels getest voor bruikbaarheid in mestsilo's, waarbij als test-parameters: porievorming, visschubvorming en chemische bestendigheid zijn gebruikt.

De geteste staalsoorten zijn: - staal E560 Impress, met een koolstofgehalte van 0,04-0,07%, in een legering met niobium, en warmgewalst; en " - staal ST37 in normale handelskwaliteit, bekend vanwege visschubgevoeligheid, en warmgewalst.

Op deze beide staaltypen zijn vijf verschillende emailmengsels gebruikt: V « emailfritte 2290 van Ferro Holland, een visschubgevoelig email met als samenstelling:

Li20 0 - 5%

Na20 10 - 15% K20 0-5%

CaO 0 - 10% B203 5 - 10%

Si02 30 - 40%

Ti02 5 - 10%

Co203 0 - 5%

NiO 0-5% G = grondemail (Ferro Holland 2215/2216/2218) met een hoge visschub bestendigheid met als oxidische samenstelling (gew.%): 2215/2218/2220 (50/25/25) Na20 15 - 20 K20 2-10

CaO 8-13

BaO 0-5

Si02 30 - 45 B202 10 - 20 AI2O3 0 - 5 P2O5 1-4

CoO 0,5 - 2

NiO 1-3

CuO 0-2

ZnO 0-4

Fe203 0 - 5 F 0-8 R = zuurbestendig directemail (Bayer GS 1533/AC8535-10/ AC8535-11), geschikt voor het emailleren van warmte-wisselaarplaten; D = dekemail (Ferro Holland 6044) met een zeer hoge zuurbestendigheid, met als oxidische samenstelling: 6044

Li20 0-5

Na20 15 - 20

Si02 45 - 65 B2O3 2 - 8

Ti02 3-6

SrO 0-5

Zr02 5-15 M0O3 0-2 F 0 - 10; en C = cermetemail (Ferro Holland 0904/0912/0916), een met aluminium verrijkt email, dat een hoge hittebestendigheid en gasdoorlatendheid bezit.

De verschillende emailbekledingen zijn op de voorzijde en achterzijde aangebracht, eventueel gelijktijdig ingebrand, waarna op de voorzijde en eventueel achterzijde nog een tweede emailbekleding is aangebracht.

De experimenten 2-5 zijn overeenkomstig de uitvinding, omdat als buitenste emailbekleding een cermetbekleding is aangebracht/ die vervolgens is afgedekt met een lakbekle-ding.

Porievorming is onderzocht volgens NEN2709 methode Bi, terwijl de visschubvorming is onderzocht met testemail 2290 van Ferro Holland, door te beoordelen op visschubvorming na emaillering en een verblijf gedurende 24 uur bij 60-80 °C.

De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel.

TABEL·

* : na 16 uur ' : direct

De voorwerpen bekleed volgens de uitvinding bleken tevens een goede chemische bestendigheid te bezitten.

VOORBEELD III

Een staalplaat (ST37) werd aan beide zijden bekleed met een cermetemailbekleding van de volgende samenstelling: Li02 3-6%

Na20 10 - 16% K20 1-4%

CaO 1-4%

BaO 0-1%

Mno 2-4%

CoO 1-3%

NiO 1-3%

CuO 0-1% B203 9 - 18%

Fe203 0-5%

Si02 45 - 60%

Ti02 1-3% F 0-4%

Het emailslib in bereid volgens de maalformule: cermetemail (zie hiervoor) 100 delen kwarts · 15 delen klei 6 delen boorzuur 0,3 delen borax 0,3 delen natriumnitriet 0,2 delen aluminiumpoeder 10 delen water 60 delen

Op de éne (binnen)zij de van de plaat werd een lakbekleding aangebracht van een uit drie componenten bestaande alifatische isocyanaatlak (Ferrodur Resistence van Delta Coatings) en op de andere (buiten)zijde een uit twee componenten bestaande polyurethaanlak (Ferrodur Topcoating van Delta Coatings). De isocyanaatlak bezit een grote chemische bestendigheid, terwijl de polyurethaanlak een afdoende weersbestendigheid bezit.

Deze platen vertoonden in de porietest, alsook in de visschubtest geen poriën respectievelijk visschubvorming. Vervolgens zijn deze platen onderworpen aan een corrosie-proef, die een variant is op de Kesterinich-test, waarbij de monsters intermitterend beproeft werden. Een cyclus bestond uit vijf ronden, waarin gedurende 8 uur de proefplaten werden blootgesteld aan een atmosfeer met een relatieve vochtigheid van 100% en 2 liter S02 bij een temperatuur van 40 °C, waarna de proefmonsters gedurende 16 uur aan de lucht werden bewaard. Na vijf ronden werden de proefmonsters gedurende 36 uur blootgesteld aan een atmosfeer met een relatieve vochtigheid van 100% en 0,5 liter ammoniak bij een temperatuur van 20°C.

Na vier cycli van een week werd de S02 concentratie verhoogd tot 3 liter en werd de temperatuur als volgt gevarieerd: 40°C gedurende 4 uur, gevolgd door 3 uur afkoelen tot 20°C en 1 uur verwarmen tot 40°. De testmonsters werden beoordeeld op roestvorming, blaarvorming (ASTM D714-56). De binnenzijde van de testplaaten, afgedekt met de isocyanaatlak, bleken een uitmuntende chemische bestendigheid te bezitten, terwijl de binnenzijde van de testplaten, afgedekt met polyurethaanlak, een goede weersbestendigheid bleken te bezitten. Aldus kunnen deze laminaatbekledingen, bestaande uit een onderbekleding van cermetemail en een bovenbekleding van gasdoorlatende, chemisch bestendige lak, gebruikt worden als mestsilo's en dergelijke.

VOORBEELD IV

Een gevormde stalen plaat wordt aan één zijde bekleed met een cermetemailbekleding volgens één van de voorafgaande voorbeelden I-III. Op de ingebrande cermetemailbekleding wordt door poederspuiten of dompelen een tussenlaag aangebracht (Betoran Super Primer VV van Deltacoatings), welke tussenlaag wordt gedroogd. Vervolgens wordt door elektrostatisch poederen een poederbekleding aangebracht (Wörwag). vervolgens worden de beide lagen gelijktijdig gemoffeld bij een moffeltemperatuur van 180-200eC.

Deze overeenkomstig de uitvinding beklede plaat kan worden toegepast in radiatoren die worden opgesteld in zeer vochtige ruimten, zoals zwembaden. Met het gebruikte epoxy-poeder als laklaag verkrijgt de radiator een bijvoorbeeld witte kleur. De radiator is optimaal beschermd tegen roest en tegelijkertijd is de kwetsbaarheid voor mechanische stootbelastingen aanmerkelijk verminderd.

Claims

1. Werkwijze voor het emailleren van een plaatmetalen voorwerp, omvattende de stappen voor het: i) voorbehandelen van het plaatmetalen voorwerp; ii) aanbrengen op een voorbehandelde zijde van een cermetemailbekleding; iii) inbranden van de aangebrachte emailbekleding bij geschikte inbrandtemperaturen; en iv) aanbrengen van een gasdoorlatende, chemisch bestendige lakbekleding op de cermetemailbekleding.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin tussen de lakbekleding en de cermetemailbekleding een tussenlaag wordt aangebracht.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin in stap ii) een emailbekleding op twee voorbenhandelde zijden van het plaatmetalen voorwerp wordt aangebracht, waarbij op teminste één zijde als emailbekleding een cermetemailbekleding wordt aangebracht.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarin in stap ii) op de beide zijden een cermetemailbekleding wordt aangebracht.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarin de beide cermetemailbekledingen van een gasdoorlatende, chemisch bestendige lakbekleding worden voorzien.

6. Werkwijze volgens conclusie 3, waarin de beide lakbekledingen een onderling verschillende chemische bestendigheid bezitten.

7. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarin de emailbekleding wordt voorzien van een chemisch bestendige emailbekleding.

8. Werkwijze volgens conclusie 1-7, waarin de lakbekleding omvat een epoxy- of polyurethaanlak, een acrylaat-lak, een siliconenlak, of mengsels daarvan.

9. Plaatvormig, geëmailleerd voorwerp, omvattende: i) een metalen basis; ii) op tenminste één zijde een cermetemailbekleding; en iii) een op de cermetemailbekleding aangebrachte lakbekleding.

10. Voorwerp volgens conclusie 9, waarin tussen de cermetemailbekleding en de laklaag een tussenlaag is aangebracht.

11. Plaatvormig voorwerp volgens conclusie 9 of 10, dat tweezijdig is geëmailleerd, omvattende: i) een metalen basis met twee zijden; ii) op elke zijde een emialbekleding, waarvan tenminste één emailbekleding een cermetemailbekleding is; en iii) een op de cermetemailbekleding aangebrachte lakbekleding.

12. Voorwerp volgens conclusie ll, dat op de twee zijden is voorzien van een cermetemailbekleding.

13. Voorwerp volgens conclusie 12, waarin de beide cermetemailbekledingen zijn voorzien van een lakbekleding.

14. Voorwerp volgens conclusie 9-13, waarin de emailbekleding is voorzien van een chemisch bestendige emailbekleding.

15. Voorwerp volgens conclusie 7-10, waarin de lakbekleding omvat een epoxy- of polyurethaanlak, een acrylaat-lak, een siliconenlak, of mengsels daarvan.