Введение к работе
Актуальность. Растущая потребность населения в товарах народного потребления, в том числе в эмалированных бытовых изделиях из стали, требует расширения ассортимента, улучшения их качества и снижения себестоимости. Эти задачи могут быть решены посредством создания и внедрения новых, высокоэффективных технологий в эмалировочной промышленности. Поэтому в рыночных условиях производства в связи с постоянно растущей стоимостью материало-, трудо- и зяергоресурсов, в современной эмалировочной промышленности большой научный и практический интерес представляет однослойное эмалирование металлических изделий, позволяющее исключить стадию получений грунтового слоя, что приводит к значительной экономии ресурсов.
Диапазон применения однослойных стеклозмалевых покрытий достаточно широк. Однако, несмотря на очевидную перспективность применения однослойных стеклозмалей в производстве различных изделий бытового назначения, в настоящее время их применение ограничено, что можно объяснить узким выбором составов однослойных эмалей, а также недостаточно разработанной технологией, в том числе и ее научных основ.
Известны обширные исследования по вопросу однослойного эмалирования металлов Л.Л.Братиной, П.П.Давыдовой, Л.Г.Ходс-кого и многих других. Вместе с тем, все еще недостаточно изученными являются такие вопросы, как эффективная предварительная обработка стали и ее влияние на свойства однослойных стеклозмалевых покрытий, а также физико-химическая сущность формирования таких покрытий и переходного слоя на границе "однослойная эмаль - сталь", поэтому исследования в этой области исключительно актуальны.
Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Новочеркасского государственного технического университета в рамках комплексной целевой программы 0.36.02 ГКНТ СССР (Постановление ГКНТ № 265 от 28.07.87г.) "Стеклокомпозиционные покрытия однократного и долговременного действия для защиты металлов", а также соответственно государственной научно-технической программе России "Новые материалы", приоритетное направление "Стекломатериалы", Проект № 07.05.0080Т, утвержденный решением комиссии Президиума Совета министров Российской Федерации (протокол їй, раздел 1 от
14.02.91г.) на 1991...1995г.г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка эффективной ресурсосберегающей технологии однослойных стекдоэмалевых покрытий для бытовых изделий, а также исследование процессов их формирования в зависимости от способа предварительной обработки стали.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
синтез и исследование составов однослойных стекдоэмалевых покрытий как на основе стандартных фритт, так и на основе разработанной стекдомагрицы;
разработка нового, эффективного способа обработки стали под однослойное эмалирование;
выявление механизма образования на поверхности стали боридного слоя и исследование его влияния на свойства как бо-рированной поверхности, так и однослойных покрытий на ней;
исследование процессов формирования однослойных покрытий в зависимости от способа обработки стали, в том числе бо-рированием;
разработка технологии однослойного эмалирования, включающей стадию предварительной обработки стали борированием, ее апробация в производственных условиях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлены физико-химические особенности процесса низкотемпературного борирования стали в растворах как способа предварительной обработки металла под эмалирование и предложен механизм образования боридного слоя на стали, характеризующийся как химическими превращениями, протекающими в борсодержащих растворах и у ее поверхности, так и . диффузией бора в сталь. Фазовый состав боридного слоя в этом случае представляет собой смесь твердых растворов ГегзВб» Fe3B и боридных фаз FegB и FeB.
На основании выявленных зависимостей состава композиции для получения однослойных покрытий от вязкости и поверхностного натяжения исходных фритт установлена возможность синтеза однослойных стеклоэмалевых покрытий с расширенным температурным интервалом размягчения на основе готтирования стандартных грунтовых (Г) и покровных' (П) фритт при их оптимальном соотношении Г:П = 1:3.
Выявлены зависимости процессов формирования однослойных
стеклоэмалевых покрытий и переходного слоя на границе "эмаль-сталь" от их состава и особенностей взаимодействия бо-ридного слоя с расплавом покрытия. Комплексом физико-химических методов исследования, в том числе ЯГР-спектроскопией, установлено, что прочность сцепления, химическая и термическая стойкость покрытий предопределяются их составом и образованием в переходном слое фаз Fe2Si04, МПАІ2О4, ашомо-боро-силикатной стеклофазы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. На основе проведенных исследований и выявленных зависимостей разработана оригинальная ресурсосберегающая технология однослойных стеклоэмалевых покрытий, включающая новый, эффективный способ предварительной обработки поверхности стали под эмалирование борированием. Разработаны составы однослойных стеклоэмалевых покрытий как на основе стандартных фритт, так и на основе синтезированной фритты (положительное решение на выдачу патентов по заявкам №93-034015/33(032959) И N84-029962/33(029543)).
Проведены успешные производственные испытания разработок на участках эмальпроизводства АО "Элеватормельмаш" (г.Новочеркасск) и Новочеркасского электродного завода. Ожидаемый (расчетный) годовой экономический эффект от внедрения разработанных однослойных покрытий и технологии их получения составляет 106,3 млн.руб. (в ценах 1996 года) в расчете на производство 100 тыс. штук масленок на АО "Рубин" (г.Ростов-на-Дону).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: "Экспериментально-статистическое моделирование в компьютерном материаловедении" (г.Одесса, 1993г.), "Стеклоэмали и жаростойкие покрытия для металлов" (г.Новочеркасск, 1993г.), "Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (г.Белгород, 1995г.), на Академических чтениях "Современные проблемы строительного материаловедения" (г.Самара, 1995г.), на IX Международной конференции молодых ученых "МКХТ-95" (г.Москва, 1995г.), на Всероссийском совещании "Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики"
(г.Москва, 1995г.), на XVI Совещании по жаростойким покрытиям (г.Санкт-Петербург, 1995г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях Новочеркасского государственного технического университета.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, а также получено 2 положительных решения на выдачу патента РФ.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического описания литературных источников 187 наименований и 4 приложений. Работа изложена на 274 страницах машинописного текста, включающего 52 таблицы и 24 рисунка.
