Нанесение и обжиг эмали

Емельянов А.Ю.

Нанесение и обжиг эмали

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 может наноситься на поверхность металла в виде порошка различными способами: насеиванием, напылением, в виде жидкого шликера, в виде мокрого порошка, ручным или машинным способом.

Однако, в случае перегородчатой эмали, целесообразнее всего наносить эмаль в виде порошка, смоченного водой с помощью 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 образовываться газовые пузыри, поры,недоливы и т.д. Вследствие спекания гранул эмалевого порошка происходит значительная усадка эмалевого слоя, что также может потребовать 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 [1].

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 [2] ).

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 B₂O₃ с образованием солей меди. В основном металле вследствие диффузии происходит внутреннее окисление: под слоем меди (CuO) образуется зона закиси меди (Cu₂O). 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.

Читать еще о художественном эмалировании

Литература: