Воронов Геннадій Костянтинович. Легкотопкі грунтові безкобальтові склоемалі з комплексним активатором зчеплення

brief description

Воронов Геннадій Костянтинович. Легкотопкі грунтові безкобальтові склоемалі з комплексним активатором зчеплення: дис... канд. техн. наук: 05.17.11 / Національний технічний ун- т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2005

Воронов Г.К. Легкотопкі грунтові безкобальтові склоемалі з комбінованими активатором зчеплення. 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 легкотопких безкобальтових ґрунтових емалей, що містять комплексний активатор зчеплення, які полягають у регулюванні складу скломатриці, співвідношення іонів перемінної валентності в цьому активаторі і процесів формування системи стальемалеве покриття з декількома одночасно присутніми оксидами зчеплення при температурах до 850 С та створенню енерго- та ресурсозберігаючої технології емалювання з використанням техногенних матеріалів, що містять оксиди перемінної валентності. Розроблено скломатрицю в псевдопотрійній системі Na2O+S—B2O3+S—SiО2+S, де S = 6,5 CaО + 3,5 Al2O3, на її основі синтезовані модельні фрити з різними активаторами зчеплення. Визначено їх фізико-хімічні та топкістні властивості, процеси формування покриттів та оптимізовано склад комплексного активатору зчеплення. Встановлено взаємозв’язок між питомою електропровідністю й корозійною активністю склорозплавів з одночасним вмістом декількох різних катіонів перемінної валентності та міцністю зчеплення зі сталлю відповідних грунтових покриттів. Вперше встановлено полікатіонний ефект для таких грунтових емалей в низько- і високотемпературному діапазонах. Встановлена перспективність застосування гальванічного шламу як замінника активаторів зчеплення в ґрунтових склоемалях, а також визначено оптимальний режим його термообробки. Встановлено особливості склоутворення в системі скломатрицяшлам та розроблені склади шламвміщуючих ґрунтових емалей з високим рівнем фізико-хімічних і технологічних властивостей. Науково обгрунтовані та експериментально доведені особливості їх формування, здійснено дослідно-промислові випробування результатів досліджень.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі розробці наукових основ синтезу легкотопких безкобальтових ґрунтових емалей, що містять комплексний активатор зчеплення, і ресурсоенергозберігаючої технології емалювання сталі з використанням техногенних матеріалів, що містять оксиди перемінної валентності. проведені дослідження дозволили сформулювати наступні висновки:
1. Розроблено наукові основи синтезу легкотопких безкобальтових ґрунтових емалей, що містять комплексний активатор зчеплення, які полягають у регулюванні складу скломатриці, співвідношення іонів перемінної валентності в цьому активаторі і процесів формування системи стальемалеве покриття з декількома одночасно присутніми оксидами зчеплення при температурах до 850 С. Розроблено склади і ресурсоенергозберігаюча технологія зазначених емалей з використанням гальванічного шламу як замінника комплексного активатора зчеплення. Застосування результатів досліджень у виробництві показало економічну ефективність використання розробленої легкотопкої бескобальтової ґрунтової емалі за рахунок зниження собівартості виробів і витрат електроенергії при емалюванні.
2. З урахуванням сформульованих вимог до властивостей легкотопких ґрунтових емалей, що розробляються у системі Na2OB2O3Al2O3CaOSiО2обрано область склоутворення і встановлено можливість синтезу стекол основи зазначених емалей у псевдопотрійній системі Na2O+SB2O3+S SiО2+S, де S = 6,5 CaО + 3,5 Al2O3.
3. Встановлено особливості впливу оксидів нікелю і міді активаторів зчеплення при їх парціальному й інтегральному введенні до складу ґрунтових емалей на процеси взаємодії їх розплавів зі сталлю, формування перехідної зони металпокриття і зчеплення цих покриттів зі сталевою підкладиною. Визначено значення концентрації цих оксидів при їх парціальному вмісті, що забезпечують максимальну міцність зчеплення покриттів у випадку оксидів нікелю і кобальту до 2 мас. %, а у випадку оксиду міді до 6 мас. %. Встановлено, що максимальне значення міцності зчеплення покриттів при 6 мас. % комплексного активатора зчеплення досягалось, на відміну від складів, що містять лише один активатор зчеплення, не при найбільшій корозійній активності розплаву, а при деякім оптимальному її значенні. Показано, що при парціальному введенні активаторів зчеплення визначальним є розвиток електрохімічної корозії на границі розплав-метал, при інтегральному пріоритетне значення має утворення проміжного шпінельного шару в контактній зоні покриття-метал.
4. Детально досліджена електропровідність склоемалей з комплексним активатором у двох температурних діапазонах: нижче і вище інтервалу склування і показано, що для всіх досліджених складів температурна залежність електропровідності підкоряється закону Раша-Хіндріхсена. Вперше експериментально встановлено полікатіонний ефект в ґрунтових склоемалях за рахунок одночасної присутності кількох різних катіонів перемінної валентності в низько- і високотемпературному діапазонах.
5. На підставі вищевказаних досліджень, а також вивчення впливу діоксиду марганцю на в’язкістно-топкістні властивості емалевого розплаву з комплексним активатором зчеплення був оптимизирован склад легкотопкої безкобальтовой ґрунтової емалі (мас. %): SiО2 46,0; B2O3 15,0; Na2O 20,0; СaO 6,5; Al2O3 3,5; CuО 4,0; NiО 2,0 MnО2 3,0.
6. Проведено комплексну всебічну оцінку можливості використання гальванічних шламів в емалювальному виробництві, що включала визначення їх хімічного і фазового складу, фізико-хімічних властивостей, екологічних характеристик і обсягів накопичення в Харківському регіоні. Вона дозволила встановити перспективність застосування гальванічного шламу як замінника активаторів зчеплення в ґрунтових склоемалях, а також визначити оптимальний режим його термообробки.
7. Термодинамічні розрахунки показали можливість утворення ферритів нікелю, міді і цинку, при цьому виявлене збільшення інтенсивності утворення ферриту нікелю з ростом температури, що є передумовою виникнення міцних хімічних зв'язків між ґрунтом на основі гальванічного шламу і сталевим субстратом.
8. Встановлено особливості склоутворення в системі скломатрицяшлам, визначено максимально можливий вміст шламу в складі шихти ґрунту, синтезовані склади шламвміщуючих ґрунтових емалей і вивчені їх основні фізико-хімічні та технологічні властивості.
9. Визначено вплив компонентів гальванічного шламу на топкістні характеристики, ТКЛР, корозійну активність і міцність зчеплення ґрунтових склоемалей. З використанням даних металографічного аналізу і РФА встановлено, що висока міцність зчеплення шламвміщуючих ґрунтів обумовлена утворенням на границі покриття-метал проміжного шару слідуючого складу: NiFe2O4; CuFe2O4; Fe3O4.
10. В умовах АТЗТ ТД «Емальзавод» були проведені дослідно-промислові випробування розробленої ґрунтової емалі ЕШ з комплексним активатором зчеплення на основі гальванічного шламу, які показали аналогічність експлуатаційних характеристик ґрунту ЕШ і промислового ґрунту ЕСГ-21 та забезпечення зниження собівартості продукції на 1,53 грн/м2площі емальованих виробів при використанні розроблених покриттів.