Эмали

Эмаль известна с глубокой древности (Древний Египет), в Византии в 10–12 вв. использовалась при художественных работах по золоту, на Руси известна с 11 в. Для покрытия изделий технического назначения применяют с конца 17 в.

Технические эмали наносят на изделия из чугуна, стали, алюминия и сплавов лёгких металлов. Подразделяют на грунтовые и покровные. Грунтовые эмали, содержащие 50–60 % диоксида кремния SiO₂ , 2–8 % оксида алюминия Аl₂ О₃ , до 30 % оксида бора В₂ О₃ , 12–30 % оксида натрия Na₂ О, 4–10 % оксида кальция СаО и другие оксиды, наносят на изделия первым, грунтовым слоем, который хорошо сцепляется с металлом. Для усиления сцепления с металлом вводят т. н. оксиды сцепления – оксид кобальта Со₂ О₃ , оксид никеля Ni₂ O₃ , оксид молибдена MoO₃ .

Покровные эмали, наносимые на грунтовые, подразделяют на непрозрачные (белые, окрашенные) и прозрачные (бесцветные, окрашенные). Они содержат те же оксиды, что и грунтовые, и, кроме того, SnO₂ , Sb₂ O₅ , ZrO₂ , TiO₂ , фториды щелочных металлов, выполняющие роль глушителей (иногда эмали классифицируют именно по составу глушителей). В состав окрашенных эмалей входят также пигменты (оксиды Мn, Сu, Со, Сr, Ni), люминофоры и др.

Технология производства эмалей включает: составление шихты, содержащей различные стеклообразующие материалы (кварц, кварцевый песок, сода, поташ, мел, полевой шпат, глина, каолин, бура) и специальные добавки; плавление шихты [для фриттованных (предварительно сплавленных) эмалей] при температуре 1150–1450 °С до получения стеклянных гранул; размалывание гранул до получения пудры (помол без воды) или устойчивого шликера (помол с водой и смешивание со связующими компонентами). Устойчивый маловязкий шликер обычно содержит 30–40 % по массе воды, 5–10 % глины, 0,1–0,5 % электролитов (сода и др.), огнеупорные наполнители (при необходимости) – 3–8 % глушителей, 1–5 % пигментов и органических красителей. Нефтриттованные эмали получают размолом (без плавления) в воде исходных материалов.

Шликер или пудру наносят на предварительно подготовленную (обезжиренную, протравленную, очищенную песком) поверхность металла погружением, обливом, пульверизацией, электростатическим напылением, электрофорезом и другими способами; пудру часто наносят напылением с помощью виброси́т на поверхность, нагретую до 600–800 °С. Изделия, покрытые грунтовой эмалью, сушат в конвейерной сушилке при 150–180 °С, после чего в два слоя наносят покровную эмаль. Каждый слой эмали обжигают отдельно в камерных, туннельных и других печах.

В зависимости от исходного состава оксидов и температуры обжига эмали бывают легко- и тугоплавкими, в зависимости от фазового состава покрытия – стеклообразными и стеклокристаллическими (ситаллизированными). Оптимальные температуры обжига эмалей для изделий из чугуна и стали: грунтовых – 850–980 °С, покровных – 800–920 °С; из алюминия и его сплавов – 530–580 °С; из благородных и цветных металлов – 750–850 °С; из тугоплавких металлов и сплавов – до 1600 °С. Для получения качественных покрытий расплавленные эмали должны хорошо смачивать металл; при этом вязкость расплавленной эмали не должна превышать 100 Па·с, а величина её поверхностного натяжения – 300 Н/м.

На изделия, обработка которых при высокой температуре недопустима, эмали наносят дуговым или высокочастотным плазменным напылением (температура поверхности не более 200 °С).
Продолжительность обжига покрытия 3–4 мин для мелких изделий и до 30–40 мин для крупных; обычная толщина эмали 0,07–0,02 мм, в случае толстостенных изделий химической аппаратуры – до 1–2 мм (2–3 слоя грунтовой эмали и до 7 слоёв покровной). Наличие большого количества слоёв способствует релаксации возникающих при охлаждении напряжений, обусловленных различием температурного коэффициента линейного расширения эмали и металлов. Во избежание образования дефектов эти напряжения не должны превышать 50–100 МПа для стеклообразных эмалей и 150–200 МПа для стеклокристаллических. Готовые покрытия иногда расписывают красками на основе окрашенных оксидов или солей металлов.

Технические эмали предназначены для увеличения износостойкости различных аппаратов в химической, пищевой и фармацевтической промышленности, эксплуатирующихся в агрессивных средах. Их наносят также на изделия бытового назначения (посуду, холодильники, санитарно-техническую и электроосветительную аппаратуру), некоторые архитектурно-строительные облицовочные детали, дорожные знаки и пр.

Художественные эмали обычно наносят для украшения изделий из цветных и благородных металлов. Содержат обычно те же оксиды, что и технические эмали. Толщина эмалевого покрытия обычно не превышает 0,01 мм. На ювелирные изделия эмалевые составы, в том числе многоцветные, накладывают вручную. В зависимости от техники наложения и закрепления эмали называются выемчатыми, перегородчатыми, расписными, поливными, по рельефу, по скани и др.