Настоящее и будущее эмалирования металлов

Вид материала

Документы

Содержание Эмали: новые составы, технологии и области применения Современные технологии и оборудование для нанесения покрытий Металлы для эмалирования

Подобный материал:

• Белгородчина: прошлое, настоящее и будущее, 3820.45kb.
• Реферат по теме: «Металлы. Свойства металлов.», 196.2kb.
• Новости рынка, 113.35kb.
• Положение о школьной конференции учебно-исследовательских работ обучающихся 1-11 классов, 140.62kb.
• Фонд «Либеральная миссия» Малое предпринимательство в России: прошлое, настоящее, 4355.75kb.
• Коррозия металлов, 201.83kb.
• Урок конференция на тему: «Нарушение нервно-гуморальной регуляции. Эндокринология., 88.24kb.
• Коррозия металлов, 40.27kb.
• Генеральное соглашение № об общих условиях совершения сделок купли продажи драгоценных, 143.25kb.
• Зуев Евгений Юрьевич Профессиональное экологическое образование, его настоящее и будущее, 72.81kb.

НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ ЭМАЛИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ

(Итоги 21-го Международного конгресса эмальеров)

Брагина Л.Л., проф., д-р техн. наук., Президент УАЭ

Национальный технический университет

«Харьковский политехнический институт»

Украина 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21

Тел. 380573436020, e-mail: amega@kpi.kharkov.ua ;


Аннотация

Представлена краткая информация о работе ХХI Международного конгресса эмальеров (18-22 мая 2008 г., г. Шанхай, КНР). Сделан анализ современного состояния эмалировочной индустрии и основных тенденций развития эмалирования металлов.

Введение

18-22 мая в Шанхае, Китай, состоялся 21-й Международный Конгресс эмальеров под эгидой Международного института эмальеров и Китайской ассоциации эмалировочной промышленности. Общее число делегатов из США, Италии, Германии, Турции, Китая, Японии, Великобритании, Австрии, Франции, Австралии, Венгрии, Украины, Словении, Республики Белорусь, Бельгии, Голландии, Португалии, Испании, ЮАР, Мексики, Южной Кореи составило 210 человек.

В работе Конгресса приняла участие делегация Украинской Ассоциации эмалировщиков в составе Брагиной Л.Л., Баринова В.Ю. – Ген. директора ОАО «Эмальсервис» и Гузенко Н.М. – Ген. директора ТПК «Примэкс».

В рамках программы работы Конгресса состоялось 44-е общее собрание Президентов национальных ассоциаций эмальеров, входящих в состав IEI, под руководством Президента IEI доктора Сильвано Пальюка. Одобренные планы работы IEI на ближайшие годы включают публикацию на сайте IEI переработанной с учетом современных достижений книги Э. Эндрьюса по эмалям и эмалированию (в настоящее время готовы первые 3 главы) и создание для вебсайта IEI полного электронного каталога производителей в эмалировочной индустрии, который будет включать не только изготовителей фритт и промышленных компаний, но и химической аппаратуры, химикатов для предварительной подготовки металлов, мелющих тел и т.п., а также проведение очередного 22-го Международного Конгресса эмальеров в 2011 г. в Чикаго, США.

Были заслушаны 23 пленарных доклада представителей ведущих эмалировочных корпораций, научно-исследовательских центров и университетов США, Италии, КНР, Германии, Украины, Франции, Японии, Бельгии. Делегаты Конгресса ознакомились также с 10 стендовыми докладами из Венгрии, Швейцарии, КНР, США, Нидерландов, Италии.

Результаты дискуссий, ознакомления с экспонатами выставки на Конгрессе, где были представлены достижения ведущих корпораций по производству фритт, эмалированных изделий и оборудования и экспозиция IEI, а также посещения 10 эмалировочных и металлургических предприятий позволяют сделать определенные выводы о современном состоянии мировой эмалировочной отрасли и тенденциях ее развития, которые изложены в данной статье.

Эмали: новые составы, технологии и области применения

Как справедливо отметил Ч. Болдвин (Ferro Corporation, США) в докладе «Достижения в производстве эмалей с высокими эксплуатационными характеристиками»[1], несмотря на то, что эмалировочная отрасль является достаточно зрелой, она непрерывно прогрессирует. Благодаря экологической безопасности, механической прочности, термостойкости, экономической эффективности и высокопроизводительным технологиям эмаль остается конкурентоспособной по сравнению с другими материалами. Это стимулирует создание новых технологий и нахождение нетрадиционных областей применения эмалированных изделий.

Современное состояние производства эмалированной посуды и кухонного оборудования наглядно иллюстрирует, по мнению автора, последние достижения в области эмалей и эмалирования.

К ним относятся:

- создание легкоплавких фритт для посуды из алюминия и алюминированной стали, а также архитектурно-строительных деталей из нее;

- разработка покровных кислотостойких матовых черных и однослойных серо-коричневых эмалей для электрофоретического нанесения на такие сложные детали плит, как чугунные решетки;

- эмалирование решеток из литого алюминия, что расширяет рыночные возможности кухонных плит благодаря снижению их веса. При этом достигается более равномерное теплораспределение, обусловленное значительно большей теплопроводностью (140-160 Вт/м·К) и меньшей плотностью (2,71 г/см³) алюминия по сравнению с чугуном (соответственно 140-150 Вт/м·К и 7,15 г/см³);

- эмалирование стальных деталей бытовых плит с использованием специальных реактивных грунтовых эмалей, не требующих предварительного никелирования или травления поверхности металла, а лишь ее щелочного обезжиривания (промывка горячей водой – обезжиривание – промывка горячей и холодной обычной, а затем деминерализованной водой – сушка); применение высокоскоростных установок для нанесения шликера на внутреннюю поверхность духовых шкафов мощной струей со скорост 13,4 м/мин, а также электростатического порошкового нанесения покрытий по режимам 1C/1F, 2C/1F и 2C/2F;

- применение эмалей типа «металлик» для имитации нержавеющей стали и меди (Ch. Baldwin Ferro Corp., США, D. Jacobs, PEMCO Brugge, Бельгия, N. Uwata, Tokan Met. Technology, Япония).

К достижениям в области защитных покрытий для посуды и кухонного оборудования следует добавить новые разработки, касающиеся легкоплавких абразивостойких антипригарных самоочищающихся покрытий типа RealEase® на основе эмалей и органических добавок, в том числе с эффектом «металлик» (доклад K. Sarrazy, Ferro France);

- создание принципиально нового способа трехмерного комплексного декорирования эмалированных изделий “ENAMERIS^®” (D. Jacobs.)

- синтез легкоплавких фритт двойного назначения для нанесения темноокрашенных химически стойких грунтовых и безгрунтовых покрытий по технологии PUESTA 1C/1F, 2C/1F и 2C/2Fс температурой обжига 780 - 830˚С (Л.Л. Брагина, О.В. Шалыгина, Г.К. Воронов, Я.А. Покроева – НТУ «ХПИ», В.А. Аненков – УР ООО «Дружковский завод газовой аппаратуры», Н.М. Гузенко, В.И. Худяков – ТПК «Примэкс», Украина; Й. Павлас – Mefrit spol., Чехия).

Современные разработки легкоплавких фритт для алюминия и алюминированной стали направлены на выведения из их состава токсичных компонентов. Известно, что это привело к замене 25-40% оксида свинца как плавня 8-12% пентаоксида ванадия с последующим существенным снижением его содержания с целью повышения стойкости легкоплавких эмалевых покрытий к действию моющих средств, в частности, посудомоющих машинах следует вводить в состав эмалей оксиды щелочноземельных или редкоземельных элементов. Как отмечает А. Компаньони (Wendel email, Италия) важным достижением последних лет является и разработка бескадмиевых красных красителей для указанных эмалей.

С целью повышения химической стойкости эмалевых покрытий с температурой обжига ≈ 700˚С и сохранения при этом высокой прочности сцепления со стальной подложкой, блеска и цвета Э. Вос (Wendel Gmbh) рекомендует использовать нанодисперсный кремнезем в твердом или жидком состоянии. Введение SiO₂ в виде частиц размером ≈ 8нм приводит к образованию гомогенной структуры эмалей, резкому повышению стойкости покрытий к воздействию водяного пара и снижению длительности и температуры обжига.

Проблема повышения химической стойкости покрытий является актуальной при создании относительно легкоплавких эмалей для электростатического нанесения на внутреннюю поверхность духовых шкафов из листовой стали (а) и остается важной при защите санитарно-технических изделий из стали и чугуна (б) (A.Aronica, Ferro France), крупногабаритных стальных емкостей силосов (V. Duchamp, K. Lips, PEMCO Brugge, Бельгия) и химической аппаратуры (E. Barta, Lampart ZRT, Венгрия (в); Zheng Guidong, Changzhou Chemical Equipment Co, LTD, Китай (г)), а также при использовании стеклокристаллических маркировочных покрытий (Huimin Yang, Brade Corp., США (д)).

Специфика требований к эмалям в каждой из этих случаев очевидна: сочетание химстойкости с легкоплавкостью, высоким электросопротивлением, термостойкостью и прочностью сцепления с металлом (а); с термостойкостью и стойкостью к моющим средствам (б); с высокой стойкостью к органическим средам, физиологической безопасностью и исключением роста бактерий (в); с термостойкостью, исключительной сплошностью и механической прочностью, эластичностью эмалевых покрытий (г), а также температуроустойчивостью (д).

В настоящее время активно развиваются работы по созданию и промышленному освоению стеклоэмалевых покрытий для теплообменников и воздухонагревателей. В пленарном докладе ряда итальянских специалистов «Smaltiflex S.p.a.», «Colorobia S.p.a.» и ученых Болонского университета представлен комплексный подход к решению данной проблемы от формирования стальных заготовок и их эмалирования до сборки теплообменника ротационного типа. Вопросы и ответы, касающиеся требований к сталям, составу и свойствам эмалей для теплообменников и их службы в энергетической отрасли, обсуждены также в постере H.Z Derkeen, Ferro Technik BV, Нидерланды.

Важность решения проблемы качества жизни определила большое внимание на Конгрессе к созданию водостойких эмалевых покрытий. Так, Президент IEI С. Пальюка представил EAS – европейский проект конструирования продуктов, находящихся в контакте с питьевой водой, и результаты исследований эмалей в рамках этого проекта. Эти данные убедительно свидетельствуют, что стеклоэмали благодаря незначительной миграции из покрытий B, Ni, Cu, F, Mn, Ba, Co при 25-65˚С безопасны при использовании в качестве изолирующего слоя аппаратов, контактирующих с питьевой водой. В связи с изложенным понятна актуальность разработки антибактериальных эмалей. Выявлению новых областей применения таких эмалей и разработку метода контроля их эффективности посвящен совместный доклад представителей Smaltiflex S.p.a. (L. Pignatti, R. Poletti, G. Rossi, A. Chelli) и Болонского университета (A. Zucchelli); Италия. Следует отметить, что работы в этом направлении проводятся и в НТУ «ХПИ», г.Харьков, Украина [2].

Интересным является возможность использования эмалированных деталей в качестве «умных» коллекторов при прядильных процессах изготовления полимерных нановолоконных матов биомедицинского назначения (A.Zuccelli, M.L. Focarete, C. Gualandi, A. Compagnoni, A. Chelli, G. Rossi)/

Одним из способов расширения функциональных возможностей эмалевых покрытий является модифицирование их поверхности. На данном Конгрессе этот вопрос был обсужден в докладе C. Schledel (PEMCO Brugge, Бельгия), в котором рассматривалась применение золь-гель технология для нанесения нанослоев. Они придают эмалевому покрытию гидрофобность, резко снижают его свободную энергию либо придают ему микрошероховатость, фотокаталитические свойства, обеспечивают защиту от ультрафиолетовых лучей, электропроводность и т.п. Исследование фотокаталитических эмалевых покрытий эмалевых покрытий с нанопленкой TiO₂, нанесенной по золь-гель технологии, проводятся и в КНР (Нui-chun Qian, Weizhong Jiang, Шанхайский технологический университет, Dong Hua Университет). О результатах подобных работ ранее докладывал проф. П. Хеллмолд на ХХ Конгрессе в Турции [3]. В Шанхае проф. П. Хеллмолд с соавторами представил доклад о пеноэмалях с очень низкой теплопроводностью и технологии их получения (K. Kanzlel, G.H. Frischat, P. Hellmold Clauthtthal University of Technology, J. Schottler – Salzgiffer Mannesmann Forschung Gmbh, H. Muller-DHM embedded systems, Германия).

Исследования профессора Хеллмолда с коллегами (B. Heid, G.H. Frischat) привели также к получению однослойных химически стойких цветных эмалей с высокими значениями температурного коэффициента линейного расширения (99-146∙10^-7 К^-1) для защиты трудноэмалируемых никельхромсодержащих нержавеющих сталей.

Значительно расширяет возможности использования эмалей разработка C.L. Hackler, C.A. Weiss, Ph.G. Malone (Porcelain Enamel Inst., USA) реактивных стеклоэмалевых покрытий для защиты арматурных сталей, упрочняющих бетон. Реактивность этих эмалей, которая приводит к трехкратному повышению прочности связи арматурных сталей с бетоном, является результатом добавки к обычным эмалевым фриттам портландцемента. Существенный интерес для развития технологии эмалирования представляют результаты исследований J. Wendell (Wendel-Email, Германия) реологических свойств системы глина-каолин-борная кислота-вода. Благодаря применению трехфакторного метода моделирования Box-Behnken автору удалось установить влияние указанных компонентов, а также комплексное влияние буры и борной кислоты на вязкость, тиксотропию и другие реологические свойства шликеров, предназначенных для различных способов их нанесения на стальные изделия.

Современные технологии и оборудование для нанесения покрытий

XXI Конгресс подтвердил востребованность и широкое применение электростатического нанесение эмалевых покрытий в виде порошков, шликеров и комбинации указанных способов. Детальное рассмотрение общих вопросов, связанных с технологией PUESTA, а именно: принципов заряжаемости частиц эмали, их адгезии к металлическому изделию, производственной схемы и ее отдельных составляющих, а также примеры реализации этой технологии при эмалировании кухонного оборудования, в частности в Италии на “Whirpool” и MTS, приведено в докладе I.Quadri (Wagner Itep S.p.a) and Li Jane (Wagner Spraytech Co, Ltd, China).

Факторы, влияющие на эффективность переноса частиц при PUESTA, особенно при эмалировании бойлеров, контроль качества порошков, качества и пузырчатой структуры эмалевых покрытий проанализированы в итало-китайском постере F. Bruni, E. Bombonato, G. Paqualetti, F. Bruscoli, M. Cristiano (Colorobia Italia) и Li Jinlian (Colorobia Glaze Co, Ltd, China). Подробное описание своего автоматизированного оборудования для электростатического нанесения эмалевых покрытий привели в обширном постере представители ITW Gema AG, Швейцария (M. Horber) и ITW Gema Shanghai Co, Ltd, China (Andy Cheng). И, наконец, технология сухого, мокрого и комбинированного нанесения эмалевых покрытий в электрическом поле по режиму 2C/1F обсуждена в докладе H.-J. Thiele и B. Riester-Alt (E.I.C. Group GmbH, Германия). В нем проанализированы преимущества и недостатки каждого из указанных способов, требования к сталям и способам подготовки их поверхности, условия обжига покрытий, оборудование и т.п.

Металлы для эмалирования

Доклады по этой тематике относятся главным образом к регулированию состава, структуры и свойств ультрамалоуглеродистых сталей с целью улучшения их пластичности при одновременном обеспечении эмалируемости и снижения склонности к образованию дефекта «рыбья чешуя». Это может быть достигнуто введением в состав этих сталей титана и редкоземельных металлов (Quanshe Sun, Weizhong Yang Baoshan Iron and Steel Co., LTD, Dong Hua University, КНР), что является известным фактом.

Существенное внимание уделяется также изучению свойств малоуглеродистых сталей, успокоенных алюминием и микролегированных бором с целью уменьшения образования водородных дефектов (E. Denes, Y. Gergely, O.Szabados, B.Vero, ISD DUNAFERR, Lampart Budafoki, Венгрия).

Актуально совершенствование свойств горячекатаных листовых сталей для эмалировнаия емкостей. Обсуждалась роль титана и соотношения Ti/C, особенно при двухстороннем эмалировании (W. Dongming, Z. Wanshan Angang и др. Steel Co., LTD, КНР).

При эмалировании плоских крупногабаритных, в частности архитектурно-строительных деталей, важной является решение проблемы деформации в процессе обжига покрытий. С этой целью F. V. den Abeele, E. Hoferin, L. Duprez. Ph. Gousselot (Arcelor Mittal Research Industry) разработали способ числового моделировнаия термической деформации и коробления указанных деталей.


Заключение

ХХІ Международный конгресс эмальеров подтвердил актуальность эмалирования металлов и необходимость развития передовых технологий для обеспечения конкурентоспособности эмалированной продукции; позволил выявить перспективные направления развития эмалировочной индустрии. Этому в большей степени способствует успешная работа IEI и национальных ассоциаций эмальеров.

Литература

1. Technical papers of XXI International Enamellers Congress. May, 18-22th, 2008, Shanghai, the Peoples Republic of China.

2. Саввова О.В., Брагина Л.Л. Проблеми синтезу стекол системи R₂O-RO-RO₂-P₂O₅-SiO₂ // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: УДХТУ – 2007 г. – № 6. - С. 72-76.

3. Krzyzak M., Frischat G.H., Hellmold P. Improvement of Enamel Surfaces by Sol-Gel Coating // Proc. of 20^th Intern. Enamellers Congr., 15-19 May 2005, Istanbul – P. 211-220