搪瓷用鋼金相組織

搪瓷鋼材金相組織直接影響著搪瓷的性能。一般搪瓷用鋼的金相組織要求晶粒大小均勻，成顆粒狀，無板條和晶帶。金相組織盡量為鐵素體結(jié)構(gòu)，晶粒度為7~8級，珠光體含量應(yīng)越少越好，即使存在少量的珠光體，珠光體應(yīng)均勻地分布在鐵素體晶粒周圍。由于珠光體為鐵素體和滲碳體的機械混合物，當(dāng)溫度較高時，滲碳體分解出游離碳。珠光體含量越高，搪燒時分解出的游離碳也越多，給搪瓷造成的危害也越大。鐵素體晶粒度和形態(tài)直接影響搪瓷鋼板的強度、韌性以及塑性。鐵素體應(yīng)呈等軸晶型，0.5mm以下鋼板的鐵素體應(yīng)是8~10級的等軸晶。如果鐵素體晶粒呈帶狀分布排列，冷加工變形時出現(xiàn)個爪紋皺，搪燒后易出現(xiàn)膨脹隆起。鐵素體晶粒變形還會影響搪瓷性能，當(dāng)鐵素體晶粒延伸度介于2~3級之間，搪瓷表面開始出現(xiàn)缺陷;當(dāng)晶粒延伸度大于2級將產(chǎn)生嚴(yán)重的冷爆、麻泡和泡孔缺陷。另外，冷加工過程中形成的變形鐵素體或亞微觀結(jié)構(gòu)等組織，搪燒后將出現(xiàn)魚鱗爆、麻泡等搪瓷缺陷。另外，晶粒度大小也會影響雜質(zhì)的偏析程度，晶粒粗大，則單位面積晶粒表面上的雜質(zhì)含量就高。鋼中晶粒長大還會使鋼塑性下降。

另外，搪瓷用鋼的金相組織中不能出現(xiàn)任何碳化物的聚集或硫化物、磷化物偏析，另外，鋼表面也不能有夾渣、氧化物、氣孔、疏松、脫皮等局部缺陷，否則會造成針孔、氣泡，特別是"鱗爆"。這是由于表面局部缺陷會成為鋼中氣體的聚集地，特別是氫的聚集地。另外金相的帶狀結(jié)構(gòu)對搪瓷也極為有害的。帶狀組織的出現(xiàn)使鋼板物理性能和機械性能的產(chǎn)生各向異性，導(dǎo)致搪瓷板冷卻過程中各個方向的收縮程度不同，從而造成爆瓷 "鱗爆"。因此通常不希望碳化物連續(xù)分布特別是網(wǎng)狀分布，而是越分散越好。

1、硬度達(dá)莫氏6.0，高于鋼鐵，低于寶石

2、耐刮擦、易于清潔、耐磨性強，遠(yuǎn)高于氟碳噴涂和粉末噴粉

3、不褪色，耐候性強，在陽光直射下，顏色不會改變

4、耐酸堿性，絕緣，不可燃在A級

5、安裝方便，采用干掛系統(tǒng)

6、使用壽命長達(dá)50年，理化性能不變

7、可在表面進行藝術(shù)表現(xiàn)，材料性能不改變

生產(chǎn)工藝流程主要工序說明如下:

設(shè)計:根據(jù)項目的技術(shù)要求進行裝飾立面的板塊分割、現(xiàn)場測量。

繪制產(chǎn)品圖紙下料:確定定制產(chǎn)品所需的材料形狀、數(shù)量或質(zhì)量后，對基體材料進行裁剪表面處理，通過脫脂、酸洗、中和、清洗等步驟除去成型鋼板坯體表面的油污、銹跡。

雜質(zhì)等靜電干法噴涂:根據(jù)靜電場對電荷的作用原理，應(yīng)用靜電感應(yīng)的物理現(xiàn)象使干法瓷釉靜電粉末噴涂于鋼板表面的工藝過程超細(xì)磨:將熔制好的釉料通過研磨機研磨成粉末，細(xì)度達(dá)到200 目以上。

納米添加:在瓷釉粉末中加入一定量的納米材料，對搪瓷表面性能進行改進的方法絕緣包裹:使用不導(dǎo)電的物質(zhì)將瓷釉粉末隔離或包裹起來，進行固化反應(yīng)，使瓷釉粉末增加電阻率，增強覆蓋功能。

地鐵車站用裝飾墻板、建筑內(nèi)外墻、隧道用裝飾墻板、無菌手術(shù)室墻面、人行地下通道墻板、火電廠的空氣預(yù)熱器換熱元件等。

除化學(xué)成分和金相組織的要求之外, 搪瓷用鋼還必須有一定的物理性能和機械性能。

搪瓷用鋼應(yīng)具有表1所列的物理性能參數(shù)。

表1 搪瓷用鋼的物理性能

比重

比熱0~100℃

熱傳導(dǎo)率

體膨脹系數(shù)C.G.S

布氏硬度開關(guān)/mm2

7.8左右

0.102~0.108

0.10~0.135

360~420×10-7

80~100

表2 歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 10096規(guī)范的兩次涂搪用冷軋鋼板

名稱

屈服強度

N/mm2

抗拉強度

N/mm2

A80

%

最大含C量

wt%

DC01EK

270

270/390

30

0.08

DC04EK

220

270/350

36

0.08

DC06EK

190

270/350

38

1.6

0.02

DC03ED

240

270/350

34

DC04ED

210

270/350

38

DC06ED

190

270/350

38

1.6

0.02

搪瓷用鋼的體膨脹系數(shù)應(yīng)嚴(yán)格控制，鋼板體膨脹系數(shù)應(yīng)略大于瓷釉，以保證制品在搪燒后冷卻時，瓷面獲得均勻的壓應(yīng)力，除此鋼板應(yīng)具有良好的彈性，優(yōu)良的彈性能彌補膨脹系數(shù)之差造成的應(yīng)力。

為保證搪瓷制品的使用性能，實現(xiàn)常溫大變形加工和表面高溫涂搪雙重加工性能的要求，搪瓷鋼必須達(dá)到一定的性能指標(biāo)要求，如當(dāng)前國際市場上對兩次涂搪用鋼板的力學(xué)性能要求如表2所示歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 10096。

適用于化學(xué)工業(yè)的搪瓷。

底坯采用鋼板或鑄鐵。

坯體制備 將金屬材料加工成各種形狀的坯體。應(yīng)用較廣的金屬是鋼板和鑄鐵，還有鋁、金、銀、銅等。制坯的方法視坯材和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)而異。用鋼板制坯時，日用搪瓷通常用沖壓、電焊接法成型(圖2);工業(yè)搪瓷通常用鍛壓和氣(電)焊接法成型;藝術(shù)搪瓷可用機械加工和手工制作。鑄鐵搪瓷的坯體用鑄造方法制取。 制坯設(shè)備除金屬加工用的通用設(shè)備外，還有立式剪卷機等制坯專用機械。傳統(tǒng)搪瓷制坯是在幾臺機床上相繼完成裁料、沖壓成型和焊接?，F(xiàn)在已有自動完成上述機械加工程序的制坯生產(chǎn)聯(lián)動線。

表面潔凈 涂搪瓷釉前，要對坯體表面進行潔凈處理，以消除金屬坯體的油脂、污垢、鐵銹和加工時形成的內(nèi)應(yīng)力等。鑄鐵坯體和厚鋼板坯體的表面潔凈多采用噴砂法;薄鋼板坯體多采用脫脂法或酸洗法。為適應(yīng)特殊涂搪工藝和改善制品質(zhì)量要求，潔凈后，還要對坯體進行披膜(一般披鎳膜)處理。

噴砂法 用壓縮空氣將磨料(硅砂、鋼珠及其他天然或人造磨料)噴射于已焙燒過的坯體表面，以清除鐵銹、鑄皮、石墨和粘附在坯體上的有害物質(zhì)。常用的噴砂裝置有室式、自動旋轉(zhuǎn)臺式和密封桶鼓式。

脫脂法 用于除去坯體表面的油脂和其他臟物的潔凈方法。常用于無銹坯體。脫脂法有3種:①燒油法,將坯體置于一定溫度下灼燒,除去油脂。②化學(xué)脫脂法,用堿性溶液或有機溶劑除去油脂。生產(chǎn)中多使用堿性溶液脫脂。堿性脫脂液常由堿類、乳化劑、濕潤劑和軟水劑配制而成。③電化脫脂法，又稱電解脫脂。將坯體浸漬于具有一定組成和一定溫度的堿液電解槽中，通以一定的電壓和電流，進行電解脫脂。

酸洗法 用酸液除去坯體表面的鐵銹和氧化皮的潔凈方法。用于銹蝕嚴(yán)重坯體的潔凈處理。常用的酸液有硫酸、鹽酸溶液，以硫酸居多。酸洗過程一般順序為浸熱酸、熱水洗、堿液中和、干燥和檢修等。

涂搪 在表面潔凈的坯體上涂覆瓷釉。分濕法涂搪和干法涂搪兩種。涂搪方式有手工涂搪、機械涂搪、電涂搪等。

濕法涂搪 用釉漿涂搪的統(tǒng)稱。有以下4種方法。①浸漬法:將坯體浸入釉漿的施釉方法。多用于日用搪瓷的小件和薄坯體產(chǎn)品。近年來發(fā)展的電泳涂搪是利用電泳現(xiàn)象使釉漿沉積在坯胎上而完成電涂搪過程。電泳涂搪能獲得優(yōu)質(zhì)搪瓷制品，且經(jīng)濟、有效。②噴搪法:將釉漿噴涂于坯體上的施釉方法。多用于大件搪瓷制品涂搪。③澆注法:將釉漿澆注在坯體上的施釉方法。適用于形狀復(fù)雜及內(nèi)外分搪的產(chǎn)品。④流動涂搪法:應(yīng)用釉漿流變性能，使釉漿自行均勻流淌的施釉方法。多用于大件薄坯產(chǎn)品。

濕法涂搪工藝中，一般要經(jīng)搪底釉、燒成、搪面釉、燒成等工序。有的在坯體上直接涂搪面釉，稱為一次搪或無底釉一次搪。也有采用兩搪或多搪一燒工藝的。二者均有利于提高生產(chǎn)效率和節(jié)省能源。

干法涂搪 用瓷釉干粉涂布于坯體上的涂搪方法。有以下3種方法。①浸漬法:將紅熱坯體沒入面釉干粉中。多用于小型鑄鐵產(chǎn)品面釉的涂搪。②噴搪法:將釉粉噴涂在坯體上的施釉方法。多用于扁平或大件搪瓷產(chǎn)品涂搪。近年來發(fā)展的靜電粉末涂搪是利用靜電效應(yīng)使瓷釉粉末通過噴粉槍、流化床成為帶電的粉霧，被接地的坯胎吸附，形成均勻的涂層。這種涂搪釉粉的控制、運行和回收可實現(xiàn)全自動化，并可節(jié)約能耗，提高原材料利用率。③灑搪法:將瓷釉粉灑在坯體上的施釉方法。主要用于鑄鐵產(chǎn)品的面釉涂搪。

烘干和燒成 采用濕法涂搪的制品坯件必須烘干才能燒成。干法涂搪的制品坯件不烘干即可進行燒成。燒成是瓷釉粒子同坯體牢固結(jié)合，形成完整瓷面的工藝過程。

烘干 用干燥流通的熱氣體除去涂搪在坯件上的釉漿中的水分。既有利于增強燒成前釉層強度及其同坯體結(jié)合的強度，又防止了在燒成過程中水分急劇蒸發(fā)使釉面開裂和起泡。搪瓷生產(chǎn)中通常利用廢煙氣余熱、燒成窯逸散的余熱進行烘干。也有用電加熱或電遠(yuǎn)紅外輻射加熱進行烘干的。烘干在烘房中或者烘床上進行。依結(jié)構(gòu)分為4種:①炕床式烘床,常用于小批量生產(chǎn)。②室式烘房，常用于大件產(chǎn)品生產(chǎn)。③隧道鏈傳動式烘房，適用于大批量生產(chǎn)。④橋式鏈動式烘房，整個烘干房及傳動裝置跨越爐窯兩側(cè)及窯頂，適用于大批量烘干。

燒成 完成涂搪瓷釉的制品坯件，通過燒成使瓷釉粒子熔融，以便瓷釉同坯件牢固粘結(jié)。搪瓷燒成在燒成窯中進行。為避免制品受直接火焰中有害氣體和塵埃的污染，通常采用隔焰燒成室。室內(nèi)要求溫度分布均勻和穩(wěn)定。

搪瓷燒成窯分間歇作業(yè)和連續(xù)作業(yè)兩大類。間歇式窯有箱式、室式等形式;連續(xù)式窯有轉(zhuǎn)盤式和隧道式等。按熱源分，有火焰窯和電熱窯兩類。近年來發(fā)展了感應(yīng)加熱和輻射管加熱等新型窯。

①間歇式燒成窯:是一種間歇裝入和取出制品的窯爐。結(jié)構(gòu)簡單，適宜于產(chǎn)量小、品種多、形狀復(fù)雜以及工業(yè)大件搪瓷產(chǎn)品的燒成。熱源可用煤、石油、煤氣和電等。

②連續(xù)式燒成窯:開始采用轉(zhuǎn)盤式，后發(fā)展成窯身呈直型、 U型(馬蹄型)、彎折型隧道式結(jié)構(gòu)。制品依傳送帶通過隧道中預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶而實現(xiàn)燒成。這種窯產(chǎn)量大，連續(xù)機械化操作。適宜品種少、產(chǎn)量大的產(chǎn)品生產(chǎn)。熱源可用煤、石油、煤氣和電等。

③感應(yīng)加熱裝置:利用具有一定頻率的感應(yīng)電在鐵坯內(nèi)產(chǎn)生的渦流實現(xiàn)加熱的燒成裝置。產(chǎn)生熱能的核心部件是感應(yīng)圈。其結(jié)構(gòu)依產(chǎn)品形狀、大小而異。多用于管道搪瓷加熱。

④組裝式陶纖輻射管燒成窯:用多支鋼質(zhì)雙層管(稱輻射管)圈成燒成室壁,再于壁外包裹陶瓷纖維以保溫隔熱，產(chǎn)品在燒成室內(nèi)燒成。熱源為氣體燃料。燃燒氣體由內(nèi)層管進入、外層管排出，產(chǎn)生的熱能藉管壁向燒成室輻射以加熱產(chǎn)品。窯身大小決定于組裝輻射管的多少。這種窯熱效率高，是一種新型的高效率燒成窯。

彩飾 用彩色瓷釉對搪瓷制品進行裝飾。彩飾的方法有噴花、貼花、印花、刷花、堆花以及紋樣等工藝(見搪瓷彩飾)。

參考書目

邵規(guī)賢、茍文彬、聞瑞昌等編著:《搪瓷學(xué)》，輕工業(yè)出版社，北京，1983。

鄭慶海、聞瑞昌、楊慶貞、肖明等編譯:《瓷釉制造與搪瓷工藝》，中國財政經(jīng)濟出版社，北京，1963。