ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Взаимодействие эмали с металлом в процессе обжига. Теории сцепления из "Металл для эмалирования Издание 2 " Процесс взаимодействия металла с эмалью начинается со смачивания окисной пленки, однако смачивание не может являться единственным критерием оценки прочности сцепления, так как на границе раздела происходит химическое взаимодействие эмали с металлом, приводящее к растворению пленки и изменению химического состава прилегающего слоя силикатного расплава, обогащаемого окислами металла. Поэтому при некотором снижении смачиваемости металла расплавом эмали может наблюдаться хорошее сцепление. По мере растворения окисной пленки начинается взаимодействие металла с теми компонентами жидкого эмалевого расплава, которые имеют более высокий электродный потенциал. К ним относятся ионы Со +, введенные в грунт в виде окислов СоО, NiO. [c.37] По вопросу сцепления металла с эмалью и роли сцепляющих агентов существуют различные точки зрения и теории. Некоторые из них потеряли самостоятельное значение и не могут быть противопоставлены современным представлениям. К ним относится теория механического сцепления, объясняющая сцепление металла с эмалью только в результате проникновения эмали в поверхностные поры и заклинивания ее на поверхности металла. Теперь, когда физикохимические процессы взаимодействия с металлом достаточно изучены, эта теория устарела, но не потеряла смысла, так как рельеф поверхности остается по-прежнему одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на прочность сцепления и качество эмалевого покрытия. [c.38] Важное значение имеют теории и точки зрения, основанные на принципах взаимодействия эмали с металлом и образовании сцепляющего промежуточного слоя. [c.38] По отношению к механизму протекающих реакций на границе эмаль—металл имеющиеся точки зрения можно рассматривать в виде следующих трех основных теоретических направлений физикохимического, электрохимического и электронного (электронно-до-норного). [c.38] Сущность этой теории заключается в том, что сцепляющий слой формируется в результате физико-химического взаимодействия эмали с окисной пленкой, имеющейся на поверхности металла. Вследствие различной интерпретации экспериментальных исследований возникли три следующих варианта этой теории 1) теория насыщения промежуточного слоя закисью железа 2) дендритная теория и 3) теория кислородных мостиков. [c.38] Роль сцепляющих окислов в грунте (СоО, NiO) сводится к усилению подвода кислорода к поверхности раздела, повышению температуры и интенсивности процесса образования промежуточного слоя. В дальнейшем дендритная теория получила широкое развитие в ряде работ [50—52 ], однако образование дендритов объясняется не реакцией термического разложения вюстита, а окислительно-восстановительными реакциями между железом и окислами сцепления Fe + + СоО FeO + Со, Fe -f NiO - FeO -f Ni. [c.39] Выделившиеся при этом металлические Со, Ni образуют твердый раствор с железом и прослойки в виде зернистой или дендритной формы залегают на границе раздела эмаль—металл. Доказательством этому служат результаты экспериментального исследования с применением химических, радиохимических, рентгеноструктурных, спектральных методов исследования. Анализ поверхности металла после удаления эмали, содержащей СоО и NiO, кипячением в 52% NaOH показывает, что количество Со и Ni в металле увеличивается по мере повышения температуры обжига и увеличения концентрации их окислов в грунте. [c.39] После обжига количество СоО, NiO в грунте уменьшается, а FeO— увеличивается. Рентгеноструктурным анализом установлено, что никель и кобальт выделяются на поверхности в виде металлической прослойки. При этом отмечается, что количество никеля, перешедшего из грунта на металл, в среднем составляет 13,5%, а кобальта —20% от количества, введенного в грунт. Этим объясняется более эффективное действие кобальта как агента сцепления по сравнению с никелем. [c.39] Наличие металлического кобальта в промежуточном слое подтверждено и радиотехническим методом в работе Харрисона и Ричмонда, где использован радиоактивный кобальт Со , введенный в эмаль в виде окисла. После обжига эмали при 950° С, 6 мин на границе раздела обнаружен радиоактивный кобальт, который почти не диффундировал в железо. Лишь после длительного нагрева эмалированного образца в течение 270 ч при 704° С граница раздела стала размытой вследствие диффузии Со . При нормальном режиме обжига эмали толщина прослойки, содержащей кобальт, очень мала. [c.39] Влияние добавок МпО и ZnO не обнаружено ни на структуре переходной зоны, ни на качестве сцепления эмали с металлом. Это свидетельствует об отсутствии взаимодействия указанных окислов с поверхностью стали. [c.39] Влияние uO на сцепление остается спорным. По данным некоторых исследователей, оно не обнаруживается, хотя и найдено обогащение сцепляющего слоя медью [51 ]. По мнению других, отмечается положительное влияние. Например, в работах Л. Д. Свирского показано, что положительное влияние uO достигается при более высокой его концентрации в грунте по сравнению с СоО и NiO. [c.40] Количественная оценка воздействия СоО, NiO и uO на химический состав пограничной зоны дана в работе Бейка и Янга. Она представляет собой прослойку между металлом и эмалью, состоящую из иглообразных кристаллов, проросших из окисного слоя в эмаль. Результаты изучения этой прослойки на рентгеноспектрографе с железным антикатодом приведены в табл. 4. [c.40] Из табл. 4 следует, что в пограничной зоне обнаруживается заметное количество меди, такое же, как и никеля. Однако влияние этих металлов на сцепление различно. [c.40] Таким образом, переходный слой, согласно изложенной теории, представляет собой гетерогенную смесь металлических дендритов и окислов железа с компонентами стекла. [c.40] Теория сцепления с помощью кислородных мостиков выдвинута в работах Дугласа и Цандера. [c.41] Сцепление эмали с металлом по их представлению происходит с помощью кислорода, переносимого окислами сцепления СоО и NiO. Между металлом и эмалью образуется цепочка Fe—О—Со вследствие протекания реакции Fe + СоО FeO + Со. [c.41] Все это свидетельствует о том, что в процессах взаимодействия эмалевого расплава с металлом главная роль принадлежит кислороду воздуха. [c.41] Учитывая электрохимическую природу силикатных расплавов и привлекая теорию коррозии локальных элементов, многие исследователи рассматривают процесс взаимодействия на границе раздела эмаль—металл с электрохимических позиций. Развитие этого направления получило в работах Стелли, Дитцеля, Свирского и др. [11, 5, с. 60—67]. [c.41] Источниками возникновения микроэлементов служат микронеоднородность исходной поверхности и расплава эмали, а также выделяющиеся в процессе окислительно-восстановительных реакций частицы Со, N1 на границе раздела. Вследствие выделения кобальта как более электроположительного металла на поверхности стали создается множество микрогальванических пар, усиливающих протекание реакций на границе раздела и разрыхляющих поверхность, что обеспечивает хорошее сцепление. В работах Л. Д. Свирского [5, с. 60—67 ] отмечается, что важное значение имеет электропроводность эмалевых расплавов прочность сцепления эмали с металлом достигается при некоторой оптимальной величине удельной электропроводности. [c.41] Вернуться к основной статье