Cтраница 1
Эмалирование стальных изделий (посуда, аппаратура, камеры для холодильников, газовые плиты, санитарно-техни-ческие изделия и др.) и частично чугунных производится по мокрому способу. Для этой цели готовится эмалевый шликер, состоящий из частиц эмалевой фритты, воды и так называемых мельничных добавок.
Хорошие результаты эмалирования стальных изделий получаются, когда производится последовательное покрытие двумя видами эмалей: одной - наносимой непосредственно на металл и называемой грунтовой эмалью и другой-покровной эмалью, наносимой на предварительно обожженный грунт.
Технология изготовления эмали и эмалирования стальных изделий включает большой комплекс сложных химических и физико-химических процессов, зависящих от множества факторов, из которых далеко не все могут быть проконтролированы и - учтены в производственных условиях. Между тем, даже небольшие изменения тех или других процессов влияют на качество эмалевых покрытий. Поэтому практически получить идеальные эмалированные покрытия не удается. На любом эмалированном изделии при тщательной проверке могут быть обнаружены дефекты, хотя многие из них не влияют на его эксплуатационные качества. В связи с этим понятие о браке в эмалировочном производстве является относительным и зависит от тех требований, которые предъявляются к изделиям.
Технология изготовления эмали и эмалирования стальных изделий включает большой комплекс сложных химических и физико-химических процессов, зависящих от множества факторов, из которых не все могут быть учтены в производственных условиях. Между тем, даже небольшие изменения тех или других процессов влияют на качество эмалевых покрытий. На любом эмалированном изделии при тщательной проверке могут быть обнаружены дефекты, хотя многие из них не влияют на его эксплуатационные качества. Поэтому для каждого вида эмалированных изделий в зависимости от их назначения разрабатываются специальные технические условия, в которых устанавливаются требования к качеству эмалевых покрытий и перечисляются допустимые дефекты и их количество.
Для улучшения качества эмалевых покрытий перед эмалированием стальных изделий применяется обработка их в водных растворах сульфата никеля. Во время обработки в никелевом растворе на стальных изделиях откладывается тонкий слой никеля. По данным работы , полученный слой никеля предохраняет металл от чрезмерного окисления в процессе обжига эмали, тем самым улучшая качество эмалевых покрытий. Кроме того, слои никеля также могут служить переходным слоем при нанесении на детали жаростойких эмалевых покрытий. При этом необходимо, чтобы они обладали достаточной стойкостью против окисления при повышенных температурах.
Авторами предложена также безгрунтовая эмаль , предназначенная для эмалирования стальных изделий сложной формы.
Эмалирование изделий шликерным способом мало чем отличается от способа эмалирования стальных изделий (гл. IV) и производится в основном так же, как и эмалирование чугунной кухонной посуды.
Как видно из этой схемы, основными процессами в технологии эмалирования стальных изделий являются: а) подготовка изделий к эмалированию, б) нанесение грунтового - и эмалевого шликеров, в) сушка нанесенных слоев шликера и г) обжиг изделий.
При эмалировании чугунных изделий встречаются те же пороки, как при эмалировании стальных изделий (стр. Причины, порождающие многие из этих пороков, в ряде случаев одинаковы, в особенности, если они зависят от состава и свойств эмали. Большая разница получается лишь в отношении тех пороков, которые происходят из-за недостатков литья и особенностей процесса эмалирования чугунных изделий. Ниже приводится краткая характеристика пороков, наиболее часто встречающихся при эмалировании чугунных изделий по сухому (табл. 63) и по мокрому (табл. 64) способам с указанием причин их появления [ 22, стр.
При эмалировании чугунных изделий встречаются те же пороки, что и при эмалировании стальных изделий (стр. Причины появления многих пороков в ряде случаев одинаковы в особенности, если они зависят от состава и свойств эмали, кроме тех пороков, которые получаются из-за недостатков литья или особенностей процесса эмалирования чугунных изделий.
Первым способом часто пользуются при эмалировании крупных изделий из чугуна, вторым - главным образом при эмалировании стальных изделий, а также мелкого чугунного литья и изделий из цветных металлов. Общая толщина эмалевого покрытия колеблется в следующих пределах: при пудровом способе эмалирования от 1 до 2 мм, при шликерном - от 0 1 до 0 3 мм на тонкостенных изделиях и 1 0 - 1 5 мм на толстостенных изделиях.
Сушка эмалевого шликера, нанесенного на поверхность труб, в принципе не отличается от аналогичной операции, проводимой при эмалировании других стальных изделий. Единственным, но очень серьезным осложнением является необходимость непрерывного и полного удаления выделяющихся паров воды из внутренней полости трубы.
Сушка эмалевого шликера, нанесенного на поверхность труб, в принципе не отличается от аналогичной операции, проводимой при эмалировании других стальных изделий. Серьезным осложнением является необходимость непрерывного и полного удаления выделяющихся паров воды из внутренней полости трубы. Находящийся в ней воздух очень быстро насыщается, и незначительное понижение температуры на отдельных участках трубы создает условия для конденсации паров воды и смывания нанесенного на эти участки эмалевого шликера. Для устранения этого явления следует непрерывно подавать в трубу сухой воздух со скоростью, обеспечивающей достаточно быстрое удаление паров (- 4 - 5м / сек), осуществляя подвод тепла к внешней поверхности трубы. Необходимо тщательно производить очистку поступающего в трубы воздуха от следов масел, пыли и влаги, попадание которых на поверхность нанесенного слоя шликера может существенно ухудшить качество эмалевого покрытия. Необходимо, кроме того, поддерживать достаточно высокую (160 - 200 С) и одинаковую температуру по всей длине трубы.
Коэффициент термического расширения титановых эмалей близок к коэффициенту расширения стекла, что дает возможность применять эмали, изготовленные на заводах для эмалирования стальных изделий.
Сущность изобретения: способ включает нанесение шликера грунтовой эмали, содержащего способствующие твердению неорганические добавки, сушку и нанесение шликера покровной эмали с последующим обжигом. Неорганические добавки вводят в шликер в измельченном виде после их совместного сплавления до стеклообразного состояния. 2 табл.
Изобретение относится к защите металлов от коррозии, а именно к способам эмалирования металлических изделий для производства химического оборудования, изделий хозяйственно-бытового назначения, в электронной технике. Известен способ эмалирования металлических изделий, включающий нанесение шликера грунтовой эмали, содержащего предварительно введенные в него органические добавки, в качестве которых используют различные комплексообразующие вещества с содержанием атомов углерода до 50 в одной молекуле (сахариды, полиэтиленгликоль и т. п.), сушку, нанесение шликера покровной эмали с последующим обжигом . Недостатком этого способа являются дефекты типа "вскипы", "пузыри", апельсиновая корка, образующиеся вследствие разложения углеводородов в процессе обжига. Известен способ эмалирования металлических изделий, включающий нанесение шликера грунтовой эмали, пропитку его гидрофобными составами на основе силиконов, сушку, нанесение слоя покровной эмали и обжиг . Недостатком этого способа являются поверхностные дефекты покрытия, обсловленные разложением углеводородов при обжиге. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ эмалирования металлических изделий, включающий нанесение шликера грунтовой эмали, содержащего неорганические добавки, способствующие твердению шликера в процессе сушки, сушку, нанесение слоя покровной эмали и обжиг . При этом в качестве неорганических добавок используют фосфаты и алюминаты щелочных металлов, гидроокись алюминия и др. Недостатком указанного способа является невысокое качество эмалевого покрытия, обусловленное низкой прочностью высушенного грунтового покрытия, что приводит к перемешиванию слоев еще до обжига покровной эмали, снижает адгезию эмали к металлу и ее механическую прочность. Общими признаками известных способов и предлагаемого изобретения является принцип двухразового нанесения - однократного обжига. В предлагаемом способе эмалирования металлических изделий, включающем нанесение шликера грунтовой эмали, содержащего способствующие твердению неорганические добавки, сушку, нанесение шликера покровной эмали с последующим обжигом, неорганические добавки вводят в шликер в измельченном виде после их совместного сплавления до стеклообразного состояния. Сущность способа состоит в том, что неорганические добавки перед введением в шликер грунтовой эмали совместно сплавляют до перевода их в стеклообразное состояние, измельчают и в виде механической смеси наносят на поверхность металлического изделия, сушат, после чего наносят слой покровной эмали и проводят обжиг. Предварительное сплавление неорганических добавок до стеклообразного состояния, их измельчение, нанесение в составе шликера грунтовой эмали позволяют получить более плотный компактный и равномерный по толщине слой, прочно "приклеенный" после высыхания к поверхности металла. Такой слой не взаимодействует с влагой, благодаря чему в дальнейшей процедуре эмалирования становится возможным второе нанесение слоя покровной эмали мокрым шликерным способом. Значительное упрочнение грунтового слоя достигается благодаря образованию при температуре сушки на границах зерен грунтовой эмали активных легкоплавких эвтектик (продуктов взаимодействия расплавленных добавок с поверхностью частиц грунта), снижающих поверхностное натяжение и обеспечивающих "цементацию" частиц грунтовой эмали как между собой, так и с металлической подложкой, значительно снижая количество макропустот, заполненных газами, выделение которых в процессе обжига вызывает дефекты эмалевого покрытия. Взаимодействием расплавленных добавок с поверхностью частиц грунта снижается поверхностное натяжение и происходит "цементация" частиц грунтовой эмали как между собой, так и с металлической подложкой. В качестве неорганических добавок, как и в прототипе, используют фосфаты и алюминаты щелочных и щелочноземельных металлов, гидроокись алюминия, а также борат свинца и фосфаты марганца и цинка. Благодаря высокой прочности грунтовой эмали, обусловленной наличием предварительно сплавленных и измельченных неорганических добавок в шликер, предлагаемый способ позволяет также расширить его универсальность за счет расширения диапазона обрабатываемых изделий. Способ позволяет наносить шликер грунтовой и покровной эмали традиционными методами - обливом или окунанием с механическим разравниванием для изделий сложной формы. Кроме того, способ уменьшает длительность высокотемпературного обжига за счет снижения газовыделения, обеспеченного предварительным сплавлением неорганических добавок, и, следовательно, уменьшает расход электроэнергии, повышает производительность процесса, позволяет экономить сырьевые материалы за счет снижения расхода грунтовой эмали. Новым в способе эмалирования изделий является введением в измельченном виде в шликер грунтовой эмали предварительно сплавленных до стеклообразного состояния неорганических добавок. Указанный прием не обнаружен в источниках информации или практическом использовании, из чего следует, что заявляемый способ отвечает критерию изобретения "новизна". Заявляемый способ отрабатывали в лабораторных условиях УралНИИчермета. В качестве неорганических добавок использовали следующие соединения, г: 1. NaH 2 AlO 3 1,8 Al(OH) 3 2,2 NaH 2 PO 4 2,7 (NH 4)H 2 PO 4 4,4 2. NaH 2 AlO 3 1,8 Al(OH) 3 2,2 NaH 2 PO 4 2,7 (NH 4)H 2 PO 4 4,4 3. KH 2 PO 4 7,0 ZnHPO 4 4,5 4. LiH 2 PO 4 11,0 ZnHPO 4 9,0 5. Pb(HBO 3) 10,5 6. Ca(H 2 PO 4) 2 24,0 (NH 4)H 2 PO 4 6,0 7. Na(H 2 PO 4) 3,4 (NH 4)H 2 PO 4 1,8 8. Ca(H 2 PO 4) 2 6,0 Mn(H 2 PO 4) 2 2,0 (NH 4)H 2 PO 4 3,0 Состав 1 соответствует составу, указанному в способе-прототипе. Состав N 2 - аналогичный, но химические соединения предварительно сплавлялись, а затем измельчались перед введением в шликер. Составы 3-8 соответствуют предлагаемому способу. Добавки сплавляли при 1100-1200 о С в указанных соотношениях и размалывали всухую до фракции менее 60 мкм. Водородрастворимость полученного стеклообразного вещества определяли зерновым методом по убыли веса размолотого порошка после выдержки его в воде при комнатной температуре в течение суток. Температуру размягчения устанавливали дилатометрическим методом. Прочность на истирание шликерного покрытия определяли по убыли веса после абразивного воздействия струи увлажненного кварцевого песка, падающего на наклонную (под углом 45 о) испытуемую пластину с высоты 0,3 м в течение 1 мин. Свойства сплавленных добавок, а также свойства покрытий приведены в табл. 1. Сопоставительный анализ известного и заявляемого способов эмалирования металлических изделий приведен в табл. 2. Данный способ эмалирования металлических изделий позволяет повысить качество эмалевого покрытия, снизить расход грунтовой эмали на 40% , электроэнергии на 30% , повысить производительность труда. (56) 1. Патент ФРГ N 3203101, кл. C 23 D 5/02, опубл. 1984. 2. Патент ФРГ N 2538601, кл. C 23 D 5/02, опубл. 1977. 3. Патент ФРГ N 1621405, кл. C 23 D 5/02, опубл. 1975.
В этой статье рассматриваются аспекты процесса нанесения эмали на лицевую и обратную (контрэмаль) поверхность изделия перед обжигом, особенности обжига и сцепления эмали с металлом, фазы обжига эмалей.
Технологический процесс нанесения эмали.
Эмаль мож ет нано ситься на поверхность металла в виде порошка различными способами: насеиванием, напылением, в виде жидкого шликера, в виде мокрого порошка, ручным или машин ным способом.
Однако, в случае перегородчатой эмали, целесообразнее всего наносить эмаль в виде порошка, смоченного водой с помощь ю шпателя. Эмаль закладывается в ячейки, образованные перегородками. Перед обжигом изделие необходимо тщательно просушить. Вследствие высокой вязкости эмали, обжиг изделий происходит, как правило, неоднократно, так как в слое эмалевого покрытия могут образовы ваться газовые пузыри, поры,недоливы и т.д. Вследствие спекания гранул эмалевого порошка происходит значительная усадка эмалевого слоя, что также может потребо вать повторного закладывания эмали и обжига.
Контрэмаль. При нанесении эмали только на одну сторону металлической пластины в системе металл - эмаль неизбежно возникают напряжения сжатия и растяжения, которые могут привести к деформации изделия и снижению прочности эмалевого покрытия вплоть до его разрушения.
Для предотвращения деформации эмалированных изделий (в случае эмалирования металлических пластин толщиной 1мм и менее) применяют покрытие эмалью с обеих сторон, для того, чтобы они испытывали одинаковые напряжения растяжения с обеих сторон и оставались бы устойчивыми к деформациям.
При изготовлении изделий в технике перегородчатой эмали, если перегородки ставятся только на одну сторону изделия, обратная сторону покрывается слоем
контрэмали.
Для изделий, обратная сторона которых остается невидимой, или несет второстепенное художественное значение, контрэмаль представляет собой смесь эмалей нескольких цветов. Кроме того, в состав контрэмали целесообразно добавлять смывки эмалей (мелкодисперсный осадок, образующийся при отмучивании эмалей). Это делается для того, чтобы сделать свойства контрэмали более универсальными. Контрэмаль содержит тонко измельченные фракции многих видов эмалей и, следовательно, объединяет в себе их свойства. Кроме того, это выгодно, так как позволяет использовать отходы и делает контрэмаль более пластичной.
В случае, если необходимо декорировать изделие с обеих сторон, перегородки устанавливают поочередно с обеих сторон, либо контрэмаль покрывается тонким слоем более легкоплавкой эмали для придания ей требуемого декоративного эффекта.
Обжиг и сцепление эмалей
После обжига изделий, покрытых эмалью, на металле получается прочно связанное с ним покрытие. Силу, которую необходимо применить для отрыва эмалевого слоя от поверхности металла, называют прочностью сцепления эмали с металлом. Практикой эмалирования, а также большим числом исследовательских работ установлена зависимость прочности сцепления от ряда факторов.
Обязательным условием для сцепления является хорошее смачивание поверхности металла эмалевым расплавом. Поверхность металла должна быть свободной от загрязнений любого характера. Поверхностное натяжение эмалевого расплава не должно быть слишком большим. Известно, что совершенно чистые, не окисленные поверхности стеклом не смачиваются. Для растекания грунта по металлу на поверхности последнего должна присутствовать тонкая пленка окисла. При обжиге грунта на предварительно не окисленной стали в восстановительной среде или в вакууме сцепление не достигается. Играет роль структура поверхности металла. На разрыхленной поверхности эмаль держится крепче, чем на гладкой.
Для развития сцепления большое значение имеет состав эмали, определяющий поверхностное натяжение и коэффициент термического расширения .
Фазы обжига эмали на медной подложке. При температурах от 700 до 900ºС эмалевый порошок, нанесенный на металл, взаимодействует с ним и образует гладкое блестящее прочно соединенное с металлом покрытие, причем эмаль размягчается в определенном интервале температур, а не при определенной температуре плавления. При нагреве изделия в печи от комнатной температуры до температуры обжига происходит оплавление эмали, которое можно подразделить на несколько фаз (см. рис в начале статьи ).
1-я фаза. При загрузке образца в разогретую печь кислород воздуха беспрепятственно проникает через эмалевый порошок к поверхности металла и окисляет его. На поверхности металла (меди) образуется оксидный слой.
2-я фаза. Частицы эмали спекаются, но покрытие остается еще пористым, газопроницаемым. Окислы меди взаимодействуют на поверхности раздела со стеклообразующими компонентами эмали, особенно с B 2 O 3 с образованием солей меди. В основном металле вследствие диффузии происходит внутреннее окисление: под слоем меди (CuO) образуется зона закиси меди (Cu 2 O ). Образование окислов меди приводит к некоторому сближению на поверхности раздела свойств таких различных материалов, как металл и эмаль.
3-я фаза. При дальнейшем нагревании пограничное поверхностное напряжение между все более размягчающейся эмалью и твердой медью снижается настолько, что эмаль растекается по поверхности металла, т.е. начинает «плавиться». Поры пекшейся эмали закрываются, образуется сплошное покрытие, поверхность которого пока еще остается неровной. Образовавшееся покрытие препятствует дальнейшему доступу кислорода к границе эмаль-металл.
4-я фаза. Изделие нагревается до температуры плавления эмали. Поверхностное натяжение уменьшается настолько, что поверхность эмалевого расплава становится гладкой, все неровности исчезают.
5-я фаза. Поверхность эмалевого покрытия должна быть раскаленной докрасна и иметь зеркальный блеск. На этом обжигзаканчивается и изделие можно вынимать из печи.
6-я фаза. Если оптимальная продолжительность обжига превышена, это приводит к дальнейшему взаимодействию между компонентами эмали и металла, причем изменяется цвет и прозрачность эмали, пограничный слой отходит от краев металла.
Литература:
Эмалирование металлических изделий. Под ред. В.В. Варгина. Изд. 2-е, Л., 1972.
Э. Бреполь Художественное эмалирование Л. «Машиностроение» 1986 - 127 с.
Книга посвящена таким способам обработки металлов, как эмалирование и художественное чернение, травление и насечка (таушировка), наводка и родирование. Особое внимание в книге уделено отделке изделий из меди и алюминия, а также серебра, стальных и железных сплавов. Кроме того, здесь представлена развернутая информация о защитных покрытиях художественных изделий из металла.
Из серии: Художественная обработка металла
* * *
компанией ЛитРес .
Эмалирование
Эмаль (финифть) представляет собой легкоплавкие прозрачные или заглушенные (непрозрачные) свинцово-силикатные стекла, окрашенные в различные цвета окислами металлов. Наносится она в порошкообразном состоянии на поверхность изделия и после обжига превращаются в твердую, блестящую массу с яркими устойчивыми красками.
Кроме декоративных качеств эмаль обладает защитными свойствами и отличается большой стойкостью не только против атмосферных влияний, но и против химических реагентов – кислот, щелочей, газов и т.п., что позволяет использовать ее в архитектурных изделиях, работающих в условиях экстерьера.
Ювелирное искусство эмали по золоту, серебру и меди – очень древний вид декоративно-прикладного искусства.
Термин "эмаль" принесен в Россию из Франции и вытеснил старый термин греческого происхождения – финифть (светлый, или блестящий, камень).
Термин "финифть" пришел на Русь в 19-12 веках из Византиии.
Византийские эмали отличались очень сложным составом и исключительными художественными достоинствами. Приготовление эмалевой массы было доведено до совершенства, как в отношении разнообразия и чистоты цветовой палитры, так и необыкновенного блеска, яркости, крепости, прочности, долговечности.
На Руси древнейшие изделия с применением эмали относятся к 3-5 векам н.э. Древнерусские перегородчатые эмали по золоту и серебру относятся ко второй половине 11-12 веков.
Промышленное производство эмалей в России началось со второй половины 19 века на бывшем Императорском фарфоровом заводе в Петербурге. В настоящее время выпускают изделия с расписной эмалью, с эмалью по скани, гравировке, чеканке и штампованному рельефу (броши, серьги, браслеты, пудреницы и др.).
Изготовляют эмали из специальных легкоплавких цветных стекол с добавлением в них различных пигментов и вспомогательных веществ, таких как двуокись марганца, закись кобальта или никеля, криолит и др.
Эмалирование относится к специальной технологии изготовления ювелирных изделий, тесно связанной с основными ювелирными работами. По химическому составу эмали являются солями кремниевой кислоты.
Важнейшей составной частью ювелирных эмалей является кремнезем – стеклообразующий окисел, который обеспечивает высокую химическую устойчивость, механическую прочность и термические качества эмали. Чем больше кремнезема содержится в составе, тем выше качество эмали. При большом содержании кремнезема значительно повышается вязкость эмали, поэтому в исходный состав вводится окись калия, которая снижает вязкость и склонность состава к кристаллизации, повышает растекаемость, улучшает блеск и чистоту эмали.
Художественные эмали должны удовлетворять ряду требований: быть легкоплавкими, так как применение эмалей с температурой растекания выше 850°С затрудняет процесс нанесения их на сплавы серебра и по паянным изделиям; иметь коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового линейного расширения золота, серебра и их сплавов; в расплавленном состоянии обладать хорошей растекаемостью, вязкостью, хорошей кроющей способностью, чистотой, высоким блеском, ярким насыщенным цветом.
Свинцово-силикатные эмали делятся на прозрачные и заглушенные. При изготовлении прозрачных эмалей используют примерно один и тот же состав (кроме золотого рубина), а при изготовлении заглушенных эмалей – к составу (после сплавления и размалывания) добавляют триоксидат мышьяка или оксид олова.
Глушителями могут служить соли фтористоводородной и фосфорной кислот. Но наилучшие результаты дает триоксид мышьяка, который при введении в шихту в малых количествах обеспечивает высокие оптические свойства прозрачных эмалей, а больших – позволяет получать прозрачные, яркоокрашенные эмали.
В условиях мастерской, при наличии исходных материалов, можно приготовить эмаль различного цвета.
Так, для приготовления эмали молочного цвета необходимо 10 г кварцевого песка, 20 г борной кислоты, 80 г свинцового сурика, 4 г окиси цинка, 10 г каолина; для приготовления эмали синего цвета необходимо 10 г кварцевого песка, 20 г борной кислоты, 70 г свинцового сурика, О,5 – 2 г (в зависимости от оттенка) – окиси кобальта; для приготовления эмали черного цвета необходимо 4,5 г кварцевого пека, 20 г борной кислоты, 70 г свинцового сурика, 6 – 12 г оксида кобальта; для приготовления эмали желтого цвета необходимо 10 г кварцевого песка, 20 г борной кислоты, 70 г свинцового сурика, 0,5 г двухромовокислого калия; для приготовления эмали зеленого цвета необходимо 10 г кварцевого песка, 20 г борной кислоты, 70 г свинцового сурика, 1 – 2 г оксида меди, 0,2 г двухромовокислого калия; для приготовления красной эмали необходимо 10 г кварцевого песка, 20 г борной кислоты, 70 г свинцового сурика, 0,5 – 2 г оксида кадмия; для приготовления прозрачной эмали необходимо 20 г кварцевого песка, 20 г борной кислоты, 70 г свинцового сурика.
Компоненты состава тщательно перемешать, поместить в фарфоровый тигель и нагреть в муфельной печи. При температуре 550 – 600°С смесь начинает плавиться. Когда состав превратиться в однородную стекловидную массу, тигель достать клещами и расплавленную эмаль вылить в металлический сосуд с холодной водой. При резком охлаждении эмаль затвердевает и растрескивается на мелкие кусочки, которые являются исходным материалом в данном случае для эмальерных работ.
Процесс эмалирования можно разделить на следующие этапы: подготовка изделия под эмаль; наложение эмали; обжиг эмали и отделка изделия.
При подготовке изделия под эмаль металл очищают от всевозможных загрязнений и оксидных пленок, обезжиривают и подвергают травлению в азотной кислоте или отбеливают в слабом растворе серной кислоты. Медное изделие после очистки нагревают в печи до появления тонкой пленки окисла, возникающей от соприкосновения горячего металла с кислородом воздуха, что способствует прочному соединению эмали с металлом.
При эмалировании изделий из драгоценных металлов производят предварительное "облагораживание" – многократный отжиг с последующим травлением и кварцеванием, что повышает процентное содержание драгоценного металла в поверхностном слое.
Перед наложением на изделие эмаль превращают в порошок: размалывают на шаровых мельницах или дробят в агатовых ступках.
Размер частиц должен быть не более 0,01 мм, а величина зерен – приблизительно одинакова, так как мелкие частицы плавятся гораздо быстрее и успевают выгореть, пока начнут плавиться наиболее крупные, что приводит к браку.
Для отделения мелких частиц размолотую эмаль неоднократно промывают в воде. В результате промывки крупные частицы оседают на дно, а мелкие удаляются вместе с водой.
Наносят эмаль на изделия двумя способами: ручным и машинным. При ручном способе нанесения, размолотую эмаль, размешанную с водой, в виде кашицы накладывают на изделие кистью или специальным шпателем. Это способ применяют в ювелирном деле.
При машинном способе – в хорошо просеянную, размешанную с водой эмаль добавляют крепители (декстрин, мочевину – 2 – 2,5 г на 1 л шликера) и специальным аэрографом равномерно наносят на поверхность изделия.
На другую сторону пластины наносят свой контрэмали, который служит для предотвращения коробления изделия. Этот способ применяется для эмалирования больших плоских поверхностей.
После наложения эмали изделие тщательно просушивают в муфельной печи или сушильном шкафу и приступают к обжигу (температура нагрева 600 – 800°С) в электрических печах с открытыми спиралями. Мелкие ювелирные изделия обжигают в электрических муфельных печах с закрытой обмоткой. Можно пользоваться и открытым пламенем газовой горелки, но пламя не должно соприкасаться с эмалевой поверхностью, так как копоть может испортить изделие, поэтому пламя направляют на его оборотную, левую, левую сторону. Изделие перед обжигом для равномерного прогрева устанавливают на специальной подставке из никеля, никелевых сплавов или жароустойчивой (хромоникелевой) стали.
Температура плавления эмалей неодинакова, поэтому прежде чем приступить к эмалированию, следует выполнить пробную плавку всех имеющихся эмалей на том же металле, из которого изготовлены изделия, и записать последовательность расплава.
При эмалировании вначале накладывают более тугоплавкие эмали и обжигают, затем добавляют недостающие цвета легкоплавких и вновь обжигают (при более низкой температуре). Как только на расплавленной эмали появляется блеск, нагрев прекращается и изделие постепенно остывает. Окончательную отделку – отбеливание металлических частей, свободных от эмалей, – производят в 15%-ном растворе серной кислоты.
Для эмалей с пониженной кислотоупорностью применяют щавелевую или лимонную кислоту. После промывки и просушки изделие шлифуют и полируют.
По технологическим и конструктивным особенностям эмали классифицируют на выемчатые, перегородные, оконные, живописные и др.
Для нанесения выемчатой эмали в изделиях сделаны углубления (выемки), выполненные граверной техникой, штамповкой или чеканкой (глубина 0,5 – 0,8 мм). Чем глубже выемка, тем темнее краска.
Для прозрачных эмалей дно углубления гладко зачищают (оно служит как бы рефлектором отражения лучей), для глухих – оставляют шероховатой. Выемчатая эмаль применяется для декорирования литых или обронных изделий, для изделий из листового металла, выполненных чеканкой.
Перегородчатыми эмалями заполняют углубления между перегородками, сделанными из вальцованной проволоки или филиграни, припаянных к основанию. Часть изделия, предназначенная для эмали, выполнена в виде низкой открытой сверху коробочки глубиной около 1 мм. Переплетение перегородок создает определенный рисунок, который заполняют эмалями.
Изделия под оконную, или прозрачную, эмаль должны иметь вырезанный в металле или выполненный филигранной техникой ажурный рисунок – узор, отверстия которого заполняются цветной прозрачной эмалью и обжигаются.
Эмаль сплавляется и превращается в стекло, вправленное в просветы металлического кружева. Цветные прозрачные эмали чистых цветов напоминают драгоценные камни – аметисты, рубины, сапфиры.
Живописная эмаль (финифть) представляет собой тончайшую миниатюрную живопись эмалевыми красками на металлической основе. Это самый трудоемкий и кропотливый вид эмалирования.
Технологический процесс финифти состоит в изготовлении из тонкого серебряного, медного или золотого листа основы изделия, которая может быть любой формы. Лицевую поверхность после соответствующей подготовки покрывают тонким слоем эмали, которая должна служить фоном (светлые – белый, голубой или черные фоны). Операцию наложения фона повторяют в несколько этапов, пока поверхность не станет ровной и гладкой. Оборотную сторону покрывают контрэмалью. Затем приступают к живописи на эмали, учитывая изменения после обжига первоначального цвета эмалевых красок и их температуру плавления. Вначале пишут красками тугоплавкими, а после обжига легкоплавкими.
* * *
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Художественная обработка металла. Эмалирование и художественное чернение (Илья Мельников, 2013) предоставлен нашим книжным партнёром -
Эмалирование – вид декоративной отделки, связанный с покрытием участков изделия легкоплавкой стекловидной массой. В эмалированных изделиях удачно сочетаются механическая прочность металла с химической устойчивостью стекла с его декоративными характеристиками. Основой под эмаль служат: медь и её сплавы, драгоценные металлы и их сплавы.
Как и всех технологические процессы, эмалирование начинается с подготовительных операций. К этим операциям относятся: подготовка к нанесению самых эмалей и поверхности металла-основы.
Подготовка металла-основы. Хорошему сцеплению эмали с металлом-основой способствует– безукоризненное состояние металла-основы: гомогенная структура металла, отсутствие вредных примесей и внутренних напряжений, чистая поверхность металла.
При эмалировании следует избегать разнотолщинности металла, применения деталей и фрагментов со сложными пайками, длинных прямоугольников, абсолютно гладких плоскостей. Больше всего для эмалирования подходят слегка выпуклые формы, т.к. они не деформируются при обжиге. Выгнутая поверхность по сравнению с вогнутой увеличивает яркость эмали. Металл с раковинами и вздутиями непригоден для дальнейшей обработки, т.к. в большинстве случаев эти дефекты проявляются на заключительных этапах.
Подготовка металла-основы состоит из следующих этапов:
Отжиг. Изделие подвергают кратковременному нагреву до достижения цвета тёмно-красного каления (~0,65-0,7t 0 пл металла). Благодаря рекристаллизации металла, исчезают напряжения, образующиеся при обработке, сгорают все остатки клеёв, масел и жиров.
Отбеливание. После отжига изделие охлаждают в воде и травят в 10 %-ом растворе серной кислоты t 0 раствора 50-60°С. Золото, медь и томпак можно отбеливать в 10 %-ом растворе азотной кислоты, также можно травить в растворе лимонной кислоты. Нельзя погружать в кислоту горячие изделия, т.к. кислота проникает в поры и микротрещины на поверхности металла и в дальнейшем вызывает дефекты эмалей. В результате травления поверхность становится шероховатой, что улучшает сцепление эмали с основой.
Промывка. Промывку производят последовательно в горячей и холодной воде. Последнюю промывку необходимо произвести в дистиллированной воде.
Сушка.
Обезжиривание. Изделие обезжиривают, если его нельзя отжинать и протравливать. Производят с помощью трихлорэтилена, спирта, аммиака, раствора соды. После чего тщательно промывают под проточной водой.
Подготовка эмалей. Подготовка эмалей состоит из следующих этапов.
Дробление и размалывание. Этим этапом начинается подготовка эмалей, если они поступили в кусках. Для этого берут нужное количество кусков эмали, прокаливают в муфельной печи в течении 10 мин при температуре 400 о С и охлаждают в воде, для упрощения размалывания. Далее эти куски помещают в фарфоровую ступку с пестом и размалывают до нужного размера фракции.
Растирание. Эмаль растирают до нужного размера зерна в фарфоровой ступке с небольшим добавлением дистиллированной воды. Периодически мутную воду сливают и заменяют свежей. Важно помнить, что крупнозернистые эмали расплавляются легче и обладают большим блеском, чем мелкозернистые. Но размер зерна эмали также зависит от размера заполняемых ячеек.
Отмучивание. Растёртую эмаль помещают в фарфоровую чашу и тщательно перемешивают пластиковым шпателем, чтобы вода охватила всю эмалевую массу. Оставшуюся сверху мутную воду сливают и заменяют свежей. Этот процесс повторяют до тех пор, пока вода не станет совсем прозрачной.
Нанесение эмали. После подготовительных операций следует этап нанесения эмали . Эмаль наносят двумя основными способами: «сухим» и «мокрым». «Сухим» способом эмалевый порошок наносят с помощью сита, насеивая его на поверхность основы, или распылением с помощью пистолета-распылителя. Эмали при этом способе наносятся неотмученные, что может привести к помутнению прозрачных эмалей этот способ особенно хорош для нанесения глухих эмалей. «Мокрый» способ наиболее часто используется при изготовлении горячих эмалей. Увлажнённую эмаль наносят в подготовленные ячейки кистью или шпателем, выравнивают и уплотняют лёгкими постукиваниями по изделию сбоку. Отмученный порошок должен быть увлажнён, но без избытка влаги.
Сушка эмали. Сначала влагу из нанесённой эмалевой кашицы удаляют с помощью кисти, а затем изделий сушат при температуре 60-80 о С в течении ~30 мин. Время сушки зависит от толщины нанесённого слоя и от помола. В результате неполной просушки эмали возможны дефекты покрытия:
водяной пар взрывоподобно улетучивается, захватывая с собой частицы эмали, в результате чего образуются непрокрытые участки.
при вскипании воды частицы эмали смещаются в соседние иначе окрашенные поля, образуя инородные цветовые пятна.
у эмали тонкого помола образуются морщины и трещины
эмаль отслаивается с нижней стороны и с вертикальных плоскостей.
при обжиге могут появиться пузыри в эмалевом покрытии
Обжиг эмалей. Обжиг эмалей осуществляют в муфельной печи при температуре выше температуры плавления эмали на 20-40 о С. это уменьшает время обжига, улучшает цвет эмали, металл основы меньше окисляется. Температура плавления эмалей находится в диапазоне 600-900 о С, поэтому обжиг эмалей начинают с наиболее тугоплавкой с последующим понижением температуры плавления. Принцип последовательного понижения температуры плавления эмалей позволяет избежать дефектов эмалевого покрытия, но увеличивает трудоёмкость процесса. Поэтому необходимо подбирать эмали с пересекающимися температурными интервалами плавления, для снижения количества обжигов.
Охлаждение и правка после обжига. После обжига подставку с изделием достают из муфеля и дают намного остыть рядом с ним. После этого изделие снимают с подставки на теплоизоляционную плиту для дальнейшего охлаждения. Слишком медленное охлаждение приведёт к помутнению эмалей, а слишком быстрый отвод тепла – к повреждению (растрескиванию) эмалевого покрытия.
При обжиге изделия могут деформироваться. Правку производят, когда на эмали исчезнет цвет красного каления. В этот момент эмаль и металл ещё находятся в пластичном состоянии. Для правки плоских поверхностей используют деревянные пуансоны, покрытые асбестом, металлические правильные доски. Наиболее часто достаточно сильно прижать предмет к подставке двумя штапелями. Избежать деформации изделия при обжиге можно использованием правильно сконструированной отожжённой подставки, нанесением контрэмали, снятием внутренних напряжений в металле-основе.
Очистка изделий от окалины. Очистку эмалированных изделий производят химическим и механическим способом. Наиболее часто используется механический способ, т.к. травление в кислотах может привести к растрескиванию эмалей. Химическому травлению подвергают изделия с кислотоустойчивыми эмалями. На эмали, чувствительные к агрессивным средам наносят защитный слой из смеси парафина и канифоли в соотношении 1:1. Травление производят в растворах соляной, серной, азотной или лимонной кислот с малой их концентрацией. Травление кратковременно, травящий раствор и изделие д.б. холодными. Более устойчивы к травлению прозрачные эмали, особо чувствительны – глухие красных, светло-жёлто, зелёных, чёрных цветов.
Промывка и сушка. Промывка используется для удаления остатков травящих растворов и полировальных паст. Далее производится сушка при комнатной температуре.
Шлифование и полирование . Если на изделии эмали и металл должны иметь одну поверхность, изделие подвергают следующим операциям:
шлифование производят при помощи абразивных брусков и шкурки различной зернистости. Этот процесс проводят на шлифовально-полировальном станке и бормашине. Шлифование должно производиться с достаточной подачей воды, для удаления частиц абразива. После шлифования изделие необходимо промыть в мыльной воде с помощью щётки, затем промыть в дистиллированной воде и тщательно высушить.
горячее полирование – обжиг отшлифованного изделия до появления зеркального блеска на эмали. После изделие охлаждают, механически удаляют окалину. Этот этап часто исключают из процесса отделки эмалей, ограничиваясь только механической обработкой.
финишная полировка осуществляется на шлифовально-полировальном станке и бормашине с использованием мягких фетровых и войлочных кругов и полировальной пасты.
промывка. После полирования изделия очищают от остатков полировальных паст с помощью обезжиривания (сода, аммиак и др.). После этого изделие промывают в проточной воде и с помощью пароструйного генератора.
