CC BY
13
УДК 666.11.02-567.01
Юнусов М.Ю., Бабаев З.К., Хакимова Г.Н.
СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКЛОЭМАЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ АТМОСФЕРНЫХ ЯВЛЕНИЙ
Юнусов Миржалил Юсупович, д.т.н., профессор, кафедра «Технология силикатных материалов и редких благородных металлов», Ташкентский химико-технологический институт, Ташкент, Узбекистан Бабаев Забибулло Комилович, к.т.н., доцент, декан факультета «Химическая технология», Ургенчский государственный университет, Ургенч, Узбекистан
Хакимова Гулноз Нигмановна, к.т.н, доцент, кафедра «Технология силикатных материалов и редких благородных металлов»,Ташкентский химико-технологический институт, Ташкент, Узбекистан, 100011, ул. Навои, дом 32, e-mail: hakimova 67@mail.ru
В статье приведены результаты лабораторных исследований по изучению структурных особенностей отходов производства в качестве тугоплавкого наполнителя для синтеза стеклоэмалевых покрытий с целью защиты поверхности металлических изделий от воздействия внешних атмосферных явлений.
Ключевые слова: покровные стеклоэмали, защитно-технологические покрытия, металлическая заготовка.
STRUCTURAL FEATURES AND PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF GLASS-EMULATED COATINGS FOR PROTECTION OF SURFACE OF METALLIC PRODUCTS FROM EXPOSURE OF EXTERNAL ATMOSPHERIC PHENOMENA
Yunusov M.Yu. Babaev Z.K., Khakimova G.N.*
Urgench State University, Urgench, Uzbekistan
*Tashkent Chemical-Technological Institute, Tashkent, Uzbekistan
The article presents the results of laboratory studies on the structural features of industrial waste as a refractory filler for the synthesis of glass-enamel coatings in order to protect the surface of metal products from the effects of external atmospheric phenomena.
Keywords: cover glass enamels, protective technological coatings, metal blank.
Согласно анализу научно-технической литературы разработка и внедрение эффективных и ресурсосберегающих технологий, под которыми понимают экономию сырья, топлива, энергии, воды и применение отходов промышленных предприятий до сих пор является актуальной. Отходы промышленности во многих случаях могут служить ценным сырьевым источником для производства продукции использующейся в различных отраслях народного хозяйства.
Как известно, при изготовлении металлоизделий металл подвергается различным технологическим операциям, сопровождающимся термической обработкой, в процессе которой в структуре металла происходят изменения, приводящие к ухудшению качественных показателей изделий. Для предотвращения таких негативных явлений на практике металлообработки их поверхность покрывается защитно-технологическими покрытиями, состоящей в основном из эмалевых стекол, играющий функцию стеклосвязки. Сведения о защитно-
технологических покрытиях на основе
стеклообразных и других материалов подробно излагается в трудах С.С. Солнцева и др. [1-2]. Согласно мнению С.С.Солнцева, для повышения жаропрочности в состав стекломатрицы необходимо
вводить тугоплавкие наполнители, такие как Q"2O3, Al2O3 и др. В процессе термообработки защитно-технологическое стеклоэмалевое покрытия расплавляется на поверхности металла, растекаются и укрывает всю поверхность металлической подложки. Применение в составе шихт стеклоэмалиевых технологических покрытие
оксидных компонентов в виде реактивных оксидов - Q"2O3, Al2O3 приводить к удорожанию получаемых на их основе продуктов. В связи с этим в данной работе исследованы возможности использования глинозем содержащих отходов в качестве компонентов стеклоэмалиевых одновременно решая вопросы вторичных отходов. В
глиноземсодержащего отхода вторичное сырье, образующееся технологического процесса Шуртанского газохимического Республики Узбекистан.
По данным Шуртанского газохимического комплекса глинозем-содержащий отход в составе отработанного катализатора образуется в процессе полимеризации за счет адсорбции
алюминийсодержащим катализатором титановых и ванадиевых солей, летучих компонентов таких, как HCl, CH3COOH и некоторых других соединений
покрытии, утилизации качестве исследовано при введении в условиях комплекса
(полимеров и циклогексана) в адсорбере РЛ-2105А/В. Общий годовой объем отхода составляет около 600 т. Насыпная плотность- 500-700 кг/м3. По данным научно-технической литературы этот отход
Химический состав глиноземсодержащего отхода состоит из следующих компонентов ( масс.%) : №20 - 1,30-1,50 ( после прокалки - 1,72); СаО- 0,81-0,90 ( после прокалки - 1,10); Ы§0- 0,470,49 ( после прокалки - 0,59); Бе0 -0,14( после прокалки- 0,17); Бе203 -0,15- 0,17 ( после прокалки -0,19); АЬОз - 74,0-76,0 ( после прокалки - 92,36); ТЮ2- 0,13-0,15 ( после прокалки - 0,17), содержание прочих компонентов 2,70-3,70 масс.%, п.п.п. 18,8019,80 %. Данные дифференциально-термического анализа показывают, что в состав кристаллической решетки глиноземсодержащего катализатора входит вода, которая удаляется вместе с органическими соединениями в интервале температур 98-3400С. Анализ термических кривых нагревания исходного глиноземсодержащего отхода обнаруживают появление эндотермического эффекта при 98,60С, вызванного вероятно удалением физически связанной воды, что согласуется с данными авторов работы [3].
Появление экзотермического эффекта при 3400С, связано, видимо, сгоранием и удалением примесей органических соединений типа циклогексана и др., а экзоэффект при 5260С -возможно, за счет формирования низкотемпературных фаз А1203 (с Fe203). Появление размытого эндоэффекта при 8230С, по данным [4], связано за счет модификационных переходов у -АЬ03 в а - АЬ03.
Дифрактограмма исходного
глиноземсодержащего отхода обнаруживает дифракционные пики относящейся к кристаллическим фазам 0 - Л1203 и у -Л1203, при 1000°С выявлены рефлексы кристаллической фазы, характерные для безводной формы 0-Л1203 и у-Л1203. Дифрактограмма образца,
термообработанного при 12000С, показывает на формирование кристаллических фаз 0-Л1203, у-Л1203 и а-Л1203. При повышении температуры обжига до 14000С формируется кристаллическая фаза со значением межплоскостных расстояний,
характерных для фазы а - Л1203.
В работе также изучены миинералогические и химические составы глауконит-содержащего песка Крантауского месторождения как основного комплексного сырья, так и глиноземсодержащего компонента для разработки термостойких составов
может быть рекомендовано в качестве сырьевого компонента для получения некоторых видов огнеупорных изделий.
стеклоэмалевых и защитно-технологических покрытий. Выявлено возможность получения на их основе грунтовых и покровных стеклоэмалей. Выявлено, что содержащиеся в песке примеси благоприятно влияют на процессы
стеклообразования и свойства грунтового покрытия на их основе.
Закрепления стеклоэмалевого шликера (приготовленного на основе вышеописанных сырьевых материалов Республики Узбекистан) на поверхности металла осуществлялось термическим методом в электрической муфельной печи при температурах 700-8000С в течение 5-7 минут. Покровные стеклоэмалиевые покрытия для нанесения сверх грунтовых покрытии готовили также стандартным способам и методом облива наносилось на поверхность опытных образцов. Процесс облива повторялось 2-3 раза. Сушка подготовленных образцов осуществлялось в умеренном режиме при температуре 1000С в течение 4 часов. Высушенные образцы обжигались в силитовой печи при температуре 8000С в течение 4-6 мин. Качество покрытий определяли визуально. Некоторые свойства опытных образцов стеклоэмалей оптимального сотава и металлокомпозициий на их основе приведены в табл.2 и 3.
Таблица 2. Качественные характерстики оптимального состава покровной стеклоэмалей
Наименование показатели Оптимальный состав покровного стеклоэмали (ГП-4)
ТКЛР, а 10-7 , град 103,4
Растекаемость, мм 39
Температура начала размячения, С 480
Плотность, кг/м3 2401
Микротвердость, кг/мм 488
Термостойкость, количество теплосмен 6
Краевой угол смачивания, град 48,2
Блеск, % 73
Таблица 1.Технические характеристики глиноземсодержащего отхода ШГХК
Основные характеристики Окраска Свойства Минералогический состав
Отработанные катализаторы по виду гранулы в форме цилиндра или шарика, неогнеопасны От серого до белого со слегка темными точечными включениями Температура плавления- 20500 С ; Удельный вес 4 Н/м2 Кристаллические фазы - 0 - Л1203 , у - Л1203 и а - Л1203. После обжига при14000 С формируются кристаллическая модификация а - Л1203 (Корунд).
Таблица 3. Некоторые характеристики металлокомпозиции на основе стеклоэмалиевых покрытий
В дальнейшим были проведены лабораторные исследования направленные для разработки защитно-технологических покрытий для металла в шихтовые составы которых также был введен вышеуказанный отход. При этом в качестве стеклосвязки использован следующий состав стеклоэмали (в масс.%): Si02-38,0; Б2йз-15,0; Al2O3-8,0; Р2О5ЧО; Ti02-16,0; Са0-2,0; Na2O-11,0; К20-5,0; Со20з-1,0; CaF2-5,5; Fе20з-1,85; Б0з-0,43. В качестве тугоплавкого наполнителя, повышающего показатель жаропрочности получаемых покрытий, в состав стекломатрицы был введен глинозем-содержащий отход Шуртанского газохимического комплекса. Составы разработанных опытных защитно-технологических покрытий приведены в табл.4.
Таблица 4. Составы опытных защитно-технологических покрытий, модифицированных глиноземсодержащим отходом
Для получения защитно-технологических покрытий смесь стекломатрицы и
глиноземсодержащего отхода согласно рецептуры, приведенной в табл. 3, подвергалась помолу в лабораторной шаровой мельнице до полного прохождения через сито 10 000 отв/см2. Шликер готовили по традиционному способу[5]. Нанесение стеклосвязки осуществлялось с помощью кисточки при её влажности 30%. В качестве увлажняющего реагента использовали СОЖ-7. В процессе термообработки СОЖ выгорает, а стеклосвязка под действием температуры расплавляется. Основным показателем стеклосвязки в этом процессе является жаропрочность, выносливость и возгорающая способность, выраженных в баллах, для определения значения которых в муфельной печи имитировали
процесс горячей штамповки по терморежиму, для чего изготовлены образцы-пластинки размером 50х50х3 мм и 10х130х4 мм. Поверхность этих пластинок покрывали стеклосвязкой состава ЗТП-З с помощью малярной кисти.
Испытания на жаропрочность образцов осуществлялось согласно [6]. При этом образцы размером 50х50х3 мм выдерживали в высокотемпературной среде (Т=450-7000С) в течении 8,16,24,48 часов и определяли потеря массы. Для определения выносливости покрытий на установке типа ВЭДС-100Б изготавливали образцы пластин размером 10х130х4 мм. Образцы испытывали в кислородсодержащей среде при повышенных температурах и давлениях. В результате испытаний образцов серии ЗТП-З установлено, что их жаропрочность составляет 4 балла, выносливость - 4 балла, возгорающая способность - 4 балла.
Результаты проведенных исследований показали, что отработанный катализатор производства полиэтилена Шуртанского газохимического комплекса (состоящий в основном из a-Al2O3), как по химическому составу, так и по изменениям, которое он претерпевает при воздействии высоких температур можно использовать как возможный источник глиназем-содержащего компонента в составе опытных шихт стеклоэмалей. Как показали результаты проведенных лабораторных экспериментов введение в составы стеклоэмалиевых шихт данного отхода в пределах 10-30% благоприятно влияет на термостойкость получаемых покрытий, а также повышает величину температуры размягчения, плотности и приводит к снижению плавкости и механической прочности в незначительных пределах.
Список литературы
1. Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. - М.: Машиностроение, 1984.- 256 с.
2. Солнцев С.С, В. А. Розененкова В.А., Миронова Н.А., и др. Защитные технологические покрытия для термической обработки высокопрочных сталей типа ВКС// Стекло и керамика, 2011. - №10. - С. 30-31.
3. Иванова В.П., Касаттов Б.К., Красавина Т.Н., Розина Е.Л. Термический анализ минералов и горных пород. - Л.: Недра, 1974. - 254 с.
4. Берг Л.Г. Введение в термографию. - М.: Наука, 1969. - 396 с.
5. Петцольд А., Пешманн Г. Эмаль и эмалирование. Справ. изд. пер. с нем. - М.: Металлургия, 1990. -576 с.
6. Горботенко В.Е., Гузий В.А., Зубехин А.П. и др. Методы и средства контроля в стеклоэмалировании. Уч. пособие. -Новочеркасск, 1995.-170с.
Наименование показателей качества На основе покровной стеклоэмали
(ГП-4БГ)
Температура обжига, 0С 800
Внешний вид, балл 3
Индекс прочности 95
сцепления, %
Наличие дефектов (булавочных уколов) количество на 1дм2 4
Обозначение составов Количество глиноземсодержащего отхода, масс. %
ЗТП-1 5 - - - - -
ЗТП-2 - 10 - - - -
ЗТП-З - - 15 - - -
ЗТП-4 - - - 20 - -
ЗТП-5 - - - - 25 -
ЗТП-6 - - - - - 30
