Cаввова Оксана Вікторівна. Склокристалічні матові покриття в системі Na2O - B2O3 - ZnO - TiO2 - SiO2 для виробів з маловуглецевих сталей

brief description

Cаввова Оксана Вікторівна. Склокристалічні матові покриття в системі Na2O - B2O3 - ZnO - TiO2 - SiO2 для виробів з маловуглецевих сталей : Дис... канд. наук: 05.17.11 2005

Саввова О.В. Склокристалічні матові покриття в системі Na2O B2O3 ZnO TiO2 SiO2для виробів з маловуглецевих сталей. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю
05.17.11технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.
Дисертація присвячена розробці наукових основ синтезу склокристалічних матових покриттів для захисту виробів з тонколистової сталі. За комплексною оцінкою способів одержання матових покриттів з використанням сучасних методів досліджень було встановлено перспективність застосування двофритного способу шляхом змішування двох несумісних фрит та однофритного способу шляхом направленої кристалізації. Встановлені загальні закономірності та особливості фазових перетворень в стеклах системи Na2O B2O3 ZnO TiO2 SiO2, що дає можливість керувати процесом кристалізації та проектувати склокристалічні матові покриття з заданими фізико-хімічними та технологічними властивостями. Розроблено склади зазначених покриттів та запропоновано технологічні параметри новітньої ресурсо- і енергозберігаючої технологію за однофритним та двофритним способами. Отримані нові склокристалічні матові покриття з високими техніко-експлуатаційними (температура випалу 830-850 С впродовж лише 2-3 хвилин) та декоративними властивостями (блиск 9-12% , шорсткість 3,21-2,35 мкм). Дослідно-промислові випробування склокристалічних матових покриттів оптимальних складів показало можливість їх ефективного використання при емалюванні виробів побутового й архітектурно-будівельного призначення.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі розробки склокристалічних матових покриттів в системі Na2О-B2O3-ТіО2-ZnO-SiO2для виробів з маловуглецевих сталей, що дає змогу одержати нові склокристалічних покриття з регульованими оптико-механічними властивостями. Основні висновки:
1. Розроблено наукові основи синтезу склокристалічних матових покриттів в системі Na2О-B2O3-ТіО2-ZnO-SiO2для тонколистової маловуглецевої сталі, які полягають у регулюванні процесів фазоутворення завдяки ліквації та кристалізації сполук титану та цинку в стеклах цієї системи та покриттях на їх основі шляхом варіювання співвідношення модифікатору Na2О та склоутворювачів SiO2й B2O3. Досліджено склади зазначених покриттів та запропоновано технологічні параметри новітньої ресурсо- і енергозберігаючої технологію за однофритним та двофритним способами. Дослідно-промислове випробування результатів дослідження показало економічну ефективність використання розробленого склокристалічного матового покриття при емалюванні виробів побутового й архітектурно-будівельного призначення.
2. На основі відомостей про способи одержання матових склопокриттів на кераміці і металах та за результатами досліджень оптичних характеристик й поверхневої текстури експериментальних матових покриттів для досягнення їх блиску не більше за 19% та висоти нерівностей поверхні не більше за 2,4 мкм з відомих різноманітних способів як найбільш раціональними було обрано направлену кристалізацію однофритних склоемалей та ліквацію з послідуючою кристалізацією двофритної композиції.
3. Науково та експериментально обґрунтовано вибір склоутворюючої системи Na2О-B2O3-ТіО2-ZnO-SiO2для розробки складу вихідної скломатриці. З урахуванням сформульованих вимог до властивостей склокристалічних матових покриттів, що розробляються в цій системі, обрано область склоутворення і встановлено можливість синтезу стекол як основи зазначених покриттів у системі TiO2+S-B2O3+S-ZnO+S, де S=40 SiО2+ 15 Na2O.
4. Виявлено залежність кристалізаційної здатності модельних стекол в умовах випалу покриттів з них від їх термічної передісторії та встановлено механізм одержання покриттів з різним ступенем блиску шляхом направленої кристалізації.
5. За даними ДТА встановлено позитивний вплив попередньої термообробки стекол в інтервалі склування на інтенсифікацію процесів кристалізації, результатом якої було зниження на 50 температури формування матових склокристалічних покриттів на сталевих виробах.
6. На основі дослідження особливостей фазового розподілу в стеклах системи Na2O B2O3ZnOTiO2SiO2з використанням електронної мікроскопії, ІЧ-спектроскопії та методу розсіювання рентгенівських променів під малими кутами встановлено, що ліквація як проміжний етап кристалізації не є обов’язковою умовою її протікання в зазначених стеклах. Однак спінодальна ліквація з наступною кристалізацією є більш вигідною з енергетичної точки зору, аніж стабільна кристалізація, і при SiO2+B2O3>50 мол.% та при співвідношенні Na2O/TiO21 забезпечує необхідний блиск матових покриттів (11-12 %) та висоту нерівностей поверхні в межах від 3,21 до 2,35 мкм і як результат- їх рівномірну шовковисту текстуру.
7. Встановлено, що для досягнення матовості покриттів, яка забезпечується кристалізацією стекол заданого фазового складу, і реалізації високих експлуатаційних властивостей необхідною умовою є стехіометричне співвідношення в стеклах TiO2до ZnO для утворення Zn2TiO4, а також TiO2(рутил) та Zn2SiO4. Результати петрографічного, ренгенофазового та градієнтно-термічного аналізів показали, що в покриттях на основі стекол, у яких реалізується співвідношення TiO2/ZnO=1;0,4;0,6, можна одержати стекла з висотою нерівностей поверхні 2,4 мкм і блиском 9-10 %, що пов’язано з інтенсивною кристалізацією переважно віллеміту у кількості 15-20 % з розміром кристалів 90-120 мкм. При забезпеченні в стеклах співвідношення TiO2/ZnO=1;1,33 має місце кристалізація переважно рутилу з рівномірним розподілом кристалічної фази у кількості 15-20 % з розміром кристалів 30-60 мкм, що сприяє формуванню дрібнодисперсної шовковистої текстури покриттів з блиском 11-12 %.
8. На підставі проведених досліджень був оптимізований склад скломатриці для одержання за однофритним способом склокристалічного матового покриття за оптичними характеристиками одержаного покриття (мас.%): SiО240,0; B2O310,0; Na2O15,0; ZnO20,0; TiO215,0 з високими техніко-експлуатаційними показниками: мікротвердість 4250 МПа, хімічна стійкість клас А та декоративними властивостями: блиск 11 %, шорсткість 2,35 мкм при температурі випалу 830 С впродовж лише 2-3 хвилин.
9. В умовах АТЗТ ТД «Емальзавод» (м.Харків) та ТПК Прімекс” (м.Запоріжжя) були проведені дослідно-промислові випробування матових покриттів МП-8 та К-1, розроблених відповідно за одно- та двофритним способами. Ці випробування показали, що застосування розроблених фрит для захисту виробів побутового та архітектурно-будівельного призначення дозволило одержати економічний ефект відповідно 1,788 та 0,88 грн. на 1м2покриття. Отримані результати створюють передумови для застосування розроблених покриттів на емалювальних підприємствах України і країн СНД, що випускають аналогічну продукцію.
10. Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес при підготовці фахівців і магістрів за фахом 091606 «Хімічна технологія тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів».