Горячее эмалирование

Применяются как в качестве светотехнических покрытий, так и в качестве защитных. Силикатное эмалирование обеспечивает максимальную стабильность первоначальных светотехнических характеристик (коэффициент и индикатриса отражения, форма кривой силы света, степень защищенности от воздействия окружающей среды), обладает смешанно-рассеянным отражением.

Коэффициент отражения эмалевых покрытий зависит от многих факторов: содержания компонентов, и прежде всего пигмента, размеров частиц глушителя, толщины покрытия и др., для белых силикатных эмалей достигает 0,85.

Покрытия из силикатной эмали хорошо противостоят воздействию влаги и слабых растворов кислот и щелочей. Они весьма теплостойки и способны предохранять поверхности изделий от коррозии при температуре до 500°С, а специальные жаростойкие эмали - до 800-900°С. Существенным недостатком эмалей является их большая механическая хрупкость - при ударе эмаль может трескаться и откалываться от отражателя.

Существует многообразие различных эмалей, некоторые из которых, например, с добавками закисей кобальта и никеля, применяются в светотехническом производстве в качестве грунтов, служащих для улучшения адгезии покрытия к металлу. Грунтовый слой должен обладать хорошей смачиваемостью с поверхностью изделия и хорошей адгезией как с поверхностью металла, так и с покрывной эмалью.

Цветные декоративные эмали, получают обычным способом при добавлении специальных красителей, например: оксида меди СuО (голубой цвет), оксида марганца Мn₂O₃ (фиолетовый цвет), оксида хрома Сr2O3 (зеленый цвет), ангидрида хрома СrO3 (желтый цвет) и др. Белая титановая силикатная эмаль представляет собой силикатное стекло, глушенное двуокисью титана ТiO₂.

Стеклоэмали, или силикатные эмали, получают путем добавления в прозрачное силикатное стекло белых пигментов или других веществ - глушителей, придающих стеклу светорассеивающие свойства.

Приготовление (варка) эмали перед ее нанесением на изделие - сложный технологический процесс, требующий специального оборудования. Готовая гранулированная эмаль называется фриттой. Перед нанесением на деталь фритта подвергается помолу до определенной степени измельчения. Различают два способа помола: сухой, при котором получают тонко дисперсный порошок, и мокрый, при котором получают суспензию частиц эмалевой фритты, глины и других веществ в воде, называемую шликером.

Варится эмаль в специальных горшках при 1200-1300° С, затем горячая масса готового стекла выливается в холодную воду для грануляции. Гранулят измельчается в шаровых мельницах и просеивается. Полученный измельченный материал с некоторыми добавками, например глины, называемый шликером, предназначается для нанесения краскораспылителем на изделие в виде водной суспензии с последующим обжигом.

Покрывные эмали, применяемые для получения отражающих поверхностей СП, должны обладать высокой теплостойкостью и иметь максимально высокий коэффициент отражения, кроме того, они должны перекрывать темный цвет грунт-эмали.

Для изготовления отражателей применяются фтор- и титансодержащие эмали, но более эффектвны белые титановые эмали, позволяющие получать отражающие поверхности, имеющие коэффициент отражения более высокий, чем отражающие поверхности, полученные при применении фторсодержащих эмалей.

Эмалированию подвергаются отражатели некоторых типов СП, изготовленные из стали, реже - из алюминия. Такие покрытия весьма стойки к химически агрессивным средам и долговечны, они легко очищаются от грязи и пыли в процессе чистки при эксплуатации.

Технологический процесс эмалирования стальных отражателей имеет следующие операции:

1) подготовка поверхности отражателей - правка дефектов, очистка от ржавчины, обезжиривание;

2) покрытие стражателей грунтовым шликером с последующим обжигом при 850-900°С;

3) покрытие отражающей поверхности первым слоем шликера белой эмали;

4) покрытие отражателя первым слоем шликера наружной эмали;

5) обжиг отражателя;

6) покрытие отражателя вторым слоем шликера белой эмали;

7) покрытие отражателя вторым слоем шликера наружной эмали;

8) вторичный обжиг отражателей.

После каждого покрытия производится сушка отражателей.

Подготовка поверхности. К стальным отражателям, подвергаемым эмалированию, предъявляются специальные требования: сталь должна быть теплопроводной и обладать высокой пластичностью; температурный коэффициент линейного расширения стали должен быть максимально близок к аналогичному коэффициенту грунт-эмали; сталь должна быть теплостойкой и не деформироваться при нагреве. Весьма важно обеспечить хорошую адгезию грунт-эмали с поверхностью отражателя, в связи с чем отражатели подвергаются травлению в растворах кислот с последующей промывкой и обезжириванию. Технологические особенности этих процессов были рассмотрены ранее.

Покрытие грунтовым шликером. Основное назначение грунта - создание прочного сцепления между металллом и эмалевым покрытием. В производстве светотехнических изделий наибольшее распространение получили борные грунты, имеющие относительно невысокую температуру обжига и позволяющие получать покрытия высокого качества.

Существует несколько способов нанесения шликера на детали: окунание, облив, пневматическое распыление, распыление в электростатическом поле. Наиболее распространенным при производстве СП является окунание в ванну, наполненную шликером. Схема нанесения шликера способом окунания приведена на рисунке, На внутреннюю поверхность отражателя 4 шликер наносится через патрубок бака 1, а на наружную - путем окунания в ванну 2. Конструкция установки обеспечивает при движении несущей ленты 5, приводящейся в движение от барабана 5, потряхивание и покачивание деталей. Этим достатигается равномерность распределения шликера по поверхности отражателя. Для получения равномерного слоя покрытия необходимо обеспечение равномерного силового поля, а также одинаковых вязкопластических параметров по всей его поверхности. Для сохранения вязкопластичных параметров в течение всего времени стекания изделию достаточно сообщить вибрацию или периодическое встряхивание. На отражателях сложной формы невозможно простым встряхиванием создать равномерное силовое поле по всей поверхности, поэтому им необходимо придавать различные движения, вызывающие возникновение сил инерции и центробежных сил.

Толщина грунтового покрытия обычно составляет 0,10-0,15 мм, но иногда может достигать 0,3-0,5 мм. Уменьшение толщины слоя грунта менее 0,08 мм нежелательно, поскольку это приводит к уменьшению прочности его сцепления с металлом вследствие недостаточного количества сцепляющих оксидов. Кроме того, зона пузырьков в грунте, которая поглощает газовыделение из металла (прежде всего водород), перемещается при каждом обжиге все дальше от металла; при слишком тонком грунтовом слое она может достигнуть границ грунта с покрывной эмалью, что приводит к повышению хрупкости покрытия, снижению его механической прочности, появлению отколов и пузырей.

Утолщение грунтового слоя свыше 0,15 мм затрудняет выделение газов при обжиге и приводит к грубопузырчатому строению грунтового покрытия, отколам и трещинам.

Сушка шликера. На качество покрытия значительное влияние оказывает режим сушки - слишком быстрая сушка ведет к образованию пузырей и взрывов в слое эмали; слишком медленная - к прогарам грунта. В процессе сушки из покрытия удаляется почти вся свободная влага. Сушка производится при 70-90°С в течение 15-60 мин в специальных камерных сушилках, преимущественно инфракрасного нагрева. При использовании проходных конвейерных сушил возможна скоростная сушка при 120-180°С в течение 5-10 мин. Высушенные детали направляются в печи обжига.

Обжиг шликера производится в печах периодического или непрерывного действия. Конструкции печей весьма разнообразны. Так, при мелкосерийном производстве применяют муфельные печи, работающие на жидком или газообразном топливе; при серийном - камерные газовые и электрические печи периодического действия. При массовом - конвейерные туннельные печи, работающие на газообразном топливе.

В процессе обжига расплавленные частицы грунтовой или эмалевой фритты взаимодействуют с частицами глины и другими добавками, в результате чего образуется монолитный слой эмалевого покрытия, прочно сцепленного с металлом. Перед обжигом покрытые шликером и высушенные детали разбраковывают - имеющиеся дефекты покрытия (обнажения металла, подтеки, царапины и др.) к оплавлению обжигом не допускаются. Иногда сушку совмещают с обжигом, при этом сушка осуществляется непосредственно в зоне подогрева печи.

Для транспортировки в печь обжига отражатели подвешивают на специальный обжиговый инструмент из жаропрочных сталей. Температура обжига в основном определяется составом эмалей. Так, для грунтов она обычно составляет 850-940°С. Продолжительность обжига зависит от температуры печи и составляет 3-5 мин.

Помимо температуры на качество грунтового покрытия сильное влияние оказывает степень измельчения грунта. Крупный помол, хотя и расплавляется раньше, собирается в капли, не растекаясь по поверхности. Следует иметь в виду, что при обжиге вследствие значительного нагрева отражатели склонны к короблению, поэтому их обжигают в подвешенном состоянии.

Покрытие покрывным шликером. Покрывные эмали, в отличие от грунтовых, должны удовлетворять специфическим требованиям - они должны обладать высокими температурной прочностью, химической стойкостью, коэффициентом отражения. Температурный коэффициент расширения покрывной эмали должен быть несколько ниже, чем у стали. Эмали, предназначенные для покрытия наружной выпуклой стороны отражателей, должны иметь больший температурный коэффициент расширения, чем белые эмали внутреннего покрытия. Температура размягчения покрывной эмали должна быть на 30-50°С ниже, чем у грунтовой, с тем чтобы во время обжига покрывной эмали грунт размягчался, но проплавлялся через покрывную эмаль.

Толщина покрытия обычно составляет 0,09-0,12 мм. Суммарная толщина двухслойного покрытия 0,3-0,4 мм. При двухцветном эмалировании отражателей эмаль на внутреннюю и наружную поверхность наносят раздельно - на внутреннюю поверхность шликер наносят, как правило, способом распыления или облива, а на наружную - окунанием. После нанесения каждого слоя производится сушка описанным выше способом.

Обжиг шликера покрывной эмали. Обжиг эмали, нанесенной по грунту или по предыдущему эмалевому слою, производится при температурах, обеспечивающих полностью процесс оплавления шликера и надежное его сцепление с лежащим слоем покрытия. Одновременно с распылением эмали грунт размягчается, благодаря чему покрывной эмалевый слой прочно сплавляется с ним. Температура обжига покрывных эмалей обычно составляет 800-900°С, для легкоплавких эмалей 750-800°С. Рекомендуемый интервал температур при обжиге отражателей СП 830-900°С. Продолжительность обжига не превышает 15-20 мин. В процессе обжига эмали должны быть созданы условия для получения максимального глушения и блеска эмалевого покрытия.

Обычно максимальное глушение достигается через 1-1,5 мин после оплавления эмали и появления блеска. Поэтому увеличение времени обжига свыше 5-10 мин нецелесообразно, так как это может вызвать пережог эмалевого покрытия, при этом белые эмали, особенно титановые, приобретают кремовую окраску. При недостаточной выдержке в печи (недожоге) эмаль покрытия будет иметь матовую поверхность, возможно также образование пузырьков и пор. Контроль продолжительности обжига по времени выдержки в печи осуществляют визуально либо по качественному изменению блеска эмалевого покрытия непосредственно в печи с помощью прибора.

После обжига отражатели проходят контроль и упаковываются либо направляются непосредственно на сборку. Эмалировочное производство является сложным, а применяемое оборудование весьма энергоемким и дорогим.

Эмалирование отражателей из алюминия. Перед эмалированием алюминиевые отражатели подвергаются пескоструйной обработке, очищаются и погружаются на 10 мин в раствор щелочи с температурой около 80°С. Затем дважды промываются водой и высушиваются при 190°С. Возможно также обезжиривание отражателей в органических парах растворителя. Температура и продолжительность процесса обезжиривания зависят от степени загрязненности поверхности металла. Обычно обезжиривание осуществляется при 60-70°С в течение 5-10 мин в растворе тринатрийфосфата и соды кальцинированной.

Эмали для алюминия по составу существенно отличаются от эмалей для стали, что обусловлено низкой температурой плавления и высоким температурным коэффициентом расширения алюминия. Наиболее трудно получать легкоплавкие эмали с достаточно высокой химической стойкостью. Эмали для алюминия разделяются на три группы: свинец-содержащие, бессвинцовые силикатные, фосфатные.

Силикатная эмаль размалывается до размера частиц 50-60 мкм в течение 8-16 ч и в виде водной суспензии наносится на подготовленные отражатели. Более тонкий помол не рекомендуется, так как при этом возможны разрывы в эмалевом покрытии при нанесении шликера и оплавлении. Для эмалирования используется алюминий марок АВ1, АВ2, А00 и др., а также сплав АМЦ. Обычно шликер наносят на детали двумя слоями. Сначала наносят первый грунтовый слой толщиной 0,035-0,05 мм, а после обжига - покрывной толщиной 0,05-0,07 мм. Суммарная толщина эмалевого покрытия на алюминии не превышает 0,12 мм и обычно составляет 0,07-0,1 мм. Промежуточную сушку отражателей осуществляют при 30-40° С во избежание реакции алюминия с влагой шликера и совмещают ее с оплавлением - влага успевает удаляться во время прохождения изделий через зону подогрева печи. Обжиг в зависимости от вида эмали производится при 530-580°С в течение 5-15 мин, при этом непосредственно время оплавления составляет 2-3 мин. Печи при оплавлении эмали на алюминии используются преимущественно конвекционного нагрева, поскольку при низкотемпературном обжиге необходима принудительная циркуляция нагретого воздуха. Наиболее распространенными дефектами при эмалировании алюминия являются пузыри, сколы, трещины, что особенно проявляется при слишком быстрой сушке.