Наукові дослідження удк

Разработка состава функционального стекла в системе R
2
О – ZrO
2
 – SiO
2
. Для 
получения предварительных данных о практической возможности синтеза низкотемпературной 
бесфтористой и бескобальтовой грунтовой эмали с повышенными физико-химическими 
свойствами были исследованы стекла в системе R
2
О – ZrO
2
– SiO
2
при следующем изменении 
компонентов (мас.%): 
R
2
О от 20 до 40 через 2,5%, 
ZrO
2
от 0 до 8 через 2%, 
SiO
2
от 30 до 50 через 5%. 
Причем в качестве щелочных оксидов (R
2
О ) вводили Na
2
О, К
2
О и Li
2
О при 
соотношении Na
2
О: К
2
О от 4 : 1 до 6 : 1.
Указанные оксиды в таком соотношении обеспечивают полищелочной эффект. Всего было 
сварено 12 плавок при постоянном содержании Fe
2
О
3
, В
2
О
3
, МnО
2
. 
При определении химической устойчивости фритт на основе выбранной системы (R
2
O– 
ZrO
2
– SiO
2
) было установлено, что для дальнейшей работы представляет интерес область с 
более узким содержанием компонентов в системе (мас. %): 34–40 – SiO
2
; 20–30 – R
2
O ; 3–5 
– ZrO
2
, которые представляют систему соединений s-, p-, d-элементов. 
Выбранный из этой области системы состав (мас.%): SiO
2
– 36, R
2
О – 25, ZrO
2
– 5 
подвергался дальнейшему изучению его химических и физико-химических свойств в 
зависимости от изменения содержания в нем других ингредиентов ( В
2
O
3
, Fe
2
O
3
, NiO и МnО
2
). 
Из полученных экспериментальных данных следует, что при введении в состав эмали,
содержащей ZrO
2
– 5 мас. % таких оксидов как В
2
О
3
более 25 мас. %, снижается
химстойкость и повышается растекаемость; добавки Fe
2
О
3
, NiO и МnО
2
повышают
химстойкость и сцепление эмалевого покрытия к металлу при условии, что содержание NiO в 
составе эмали не менее 2 мас. %. 
Повышение химической устойчивости фритты при введении оксида d-элемента (ZrO
2
) в 
состав стелоэмали,
вероятно, объясняется возникновением структурных группировок, 
уменьшающих подвижность ионов щелочных металлов, т. е. соединений s-элементов. 
Ионы Zr
4+
присоединяют к своей координационной сфере легко поляризуемый ион 
кислорода, вносимый в стекло оксидом щелочного металла (R
2
О) для образования 
кислородного координационного тетраэдра, необходимого для вхождения циркония в 
кварцеподобную решетку, образуя Na
2
О
ZrО
2
2SiO
2
. Следовательно, ионы Na
+
, К
+
и Li
+
теряют 
подвижность, и, как следствие, химическая устойчивость стекла в щелочных средах 
повышается [4 – 6 ]. 
На основании экспериментальных данных были синтезированы низкотемпературные 
бесфтористые и бескобальтовые грунтовые эмали, отличающиеся друг от друга различным 
содержанием SiO
2
, В
2
О
3
, Na
2
О, К
2
О, Li
2
О, ZrO
2
, Fe
2
О
3
, МnО
2
, NiO в зависимости от
оптимальной и необходимой температуры плавления фритты. 
Химические составы разработанных стекол, а также свойства фритт представлены в 
таблице, где оптимальным составом является второй. Анализ этого состава показал, что вторая 
композиция бесфториста, щелочестойка и не содержит оксида сцепления в виде СоО.
Разработанная стеклоэмаль характеризуется относительно низкой температурой обжига, 
высокими адгезионными свойствами и, кроме того, при использовании ее в производстве 
сокращается время варки фритты и расход топлива, а также исключается необходимость в 
приобретении дорогостоящих оксидов кобальта, титана, магния, алюминия, что в конечном 
итоге приводит к снижению материальных и энергетических затрат при выпуске продукции 
общестроительного назначения с антикоррозионными характеристиками, обусловленными 
свойствами функциональных стекол. 

---

До 80 річчя ПДАБА 
№ 2 – 3 лютий – березень 2010 
12 
Т а б л и ц а 1. 
 
Химический состав и физико-химические свойства грунтовых эмалей 
 
Ингредиенты и 
свойства фритт 
Содержание ингредиентов, мас. % 
SiO
2 
34 36 38 
38 
В
2
О
3
24 
22 
24 
20 
Na
2
О 22 
20 
18 
22 
К
2
О 3 
4 
5 
4,5 
Li
2
O 1,5 
1 
1 2 
ZrO
2 
5 5 3 
4 
NiO 3,5 
3 
2 3 
Fe
2
O
3
6 
7 
5,5 
3,5 
MnO
2 
1 2 3,5 3 
Температура варки 
эмали, 
С 
1200 1250 1250 
1250 
Продолжительность 
варки, мин. 
50 60 80 
70 
Температура обжига 
фритты, 
С 
730 750 750 
750 
Выщелачиваемость 
(потеря веса в щелочном 
растворе), мг/см 
0,42 0,40 0,38 
0,38 
Угол изгиба до появле-
ния трещин, град. 
100 100 90 
90 
Растекаемость, мм 42 40 
40 
40 
Температурный 
коэффициент линейного 
расширения, 
10
0
-7
С
-1 
112,5 100,2 105,6 
115,3 
Проведенными экспериментами установлено (анализ данных таблицы) что температура 
варки, ее продолжительность находятся в пределах норм варки производственных стеклофритт. 
При этом выщелачиваемость, угол загиба опытных образцов до появления трещин на 
защитном стекловидном покрытии ниже, а температурный коэффициент линейного 
расширения находится в пределах 100,2 – 102,6 . 10
-7
С
-1
. 
Вывод. В результате теоретически экспериментальных исследований синтезирована 
низкотемпературная бескобальтовая стеклоэмаль, которая по защитным характеристикам 
соответствует уровню требований [7] и может быть использована для производства стальных 
изделий из тонколистового проката общестроительного назначения.