پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
لعاب فلز
مقدمه
پیشرفت صنعت لعاب مرهون عوامل متعددی است که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
1 ) تولید ورق های سردنورد ویژه لعابکاری در دنیا و اخیراً در ایران .
2 ) استفاده از روش الکترواستاتیک و کاربرد لعاب به صورت لعاب ( خشک ) بدون نیاز به مراحل چربی زدایی .
3 ) کاربرد روز افزون تئوریهای علمی .
4 ) به ثمر نشستن تحقیقات محققین در واحدهای گوناگون و رو به گسترش لعابکاری .
5 ) تأسیس آکادمیهای مختلف آموزش لعابکاری و ایجاد زمینه های علمی آن در دانشگاه های مختلف دنیا و اخیراً در ایران .
علاوه بر موارد فوق الذکر ، تأثیر عوامل اقتصادی را نیز بر صنعت لعابکاری نمی توان نادیده انگاشت ، چرا که امروزه تهیه ورق های مخصوص لعابکاری نسبت به گذشته سریع تر و با هزینه نازلتری صورت می گیرد و همچنین میزان اتلاف پودر لعاب و درصد ضایعات محصول در روش الکترواستاتیک بسیار ناچیز بوده و از طرفی میزان مصرف پودر در این روش بسیار کمتر از لعاب مصرفی در سایر روش ها می باشد و در کنار آن خطاهای فردی نیز به حداقل ممکن می رسد .
در حال حاضر کشورهای آلمان ، انگلستان ، هلند ، بلژیک ، سوئیس و ترکیه از تولید کنندگان عمده پودرهای لعاب الکترواستاتیک می باشند . البته در ایران نیز تحقیقاتی در زمینه تولید پودر لعاب صورت گرفته که امید می رود در آینده ای نزدیک ، نیاز به سایر کشورها در این زمینه به حداقل میزان خود برسد .
قابل ذکر است که در خلال دهه های گذشته کاربرد لعاب به صورت مستقیم[1] ، یعنی بدون نیاز به لعابهای آستری [2] تنها بر سطوح کاملاً صاف و هموار امکان پذیر بوده ، اما امروزه به کمک روش های جدید استفاده از آن بی هیچ مشکلی بر قطعات فرم دار نیز رایج است .
از آنجایی که کیفیت محصولات لعابکاری شده به شدت تحت تأثیر نوع ورق و لعاب می باشند ، امروزه با تولید ورق هایی با درصد کربن ناچیز و لعابهای مرغوب گام مؤثری در جهت تولید محصولاتی با کیفیت بهتر برداشته شده است .
در حال حاضر لعابهای تولید شده از دوام ، استقامت و پایداری خوبی برخوردارند و همچنین میزان عناصر خارج شده از آنها در خلال عملیات پخت بسیار ناچیز است . این مسئله به ویژه در مورد موادی که کمتر در طبیعت یافت می شوند و از طرفی وجود و حفظ آنها در لعاب به منظور ایجاد خصوصیاتی ویژه ضروری است اهمیت خاصی پیدا می کند .
امروزه حفاظت سطوح فلزی به کمک لعابکاری به گونه ای وسیع جایگزین سایر روش های حفاظتی فلزات از جمله آبکاری1 ، رنگ زدن و … گردیده است ، چرا که لعابکاری سطوح فلزی نه تنها آنها را در مقابل عوامل مختلف فرسایش مانند خوردگی ، زنگ زدن و … . حفاظت می کند بلکه سبب جلا ، زیبایی و شفافیت خاص در این سطوح می گردد و علاوه بر آن مشکلات شستشو و نظافت محصول را به حداقل ممکن می رساند .
لعابها به واسطه عایق بودن از ایجاد پیل های الکتروشیمیایی موضعی در سطوح فلزی ممانعت نموده و در نتیجه مانع خوردگی فلز می گردند . از طرف دیگر پایداری و مقاومت زیاد لعاب در برابر اکسیداسیون ( ترکیب با اکسیژن ) سطح فلز را در مقابل زنگ زدن به خوبی حفظ می کند .
به غیر از موارد ذکر شده تلفیق صنعت لعابکاری با هنر ، انگیزه ، ذوق و سلیقه ، بشر قرن بیستم را به خلق آثاری بدیع که تحسین هر بیننده ای را بر می انگیزد واداشته که این عامل نیز سبب پیشرفت صنعت لعابکاری گردیده است .
تعاریف و سیر تکاملی لعاب
واژه لعاب ” ENAMEL ” ، ریشه لاتین داشته و از کلمه ” Smaltum ” مشتق شده است . این لغت بعدها در آلمان به صورت ” Smalzan ” در آمده و هنوز هم در ایتالیا به فرم ” Smalto ” وجود دارد . سرانجام در زبان فرانسه و همچنین با تلفظی مشابه در آلمان ، از لغت ” email ” برای بیان این واژه استفاده شد .
لعاب ، به جامدی شیشه گون که از ذوب یا گداختن مخلوطی از چندین ماده معدنی بدست می آید اطلاق می شود .
از نظر تاریخی برای اولین بار لعاب به منظور پوشش دادن فلزات طلا ، نقره و مس مورد استفاده واقع شد . این فلزات از زمان های قدیم شناخته شده بودند و به راحتی با لعاب دادن بر روی آنها جهت ساخت مدال ها و جواهرات سلطنتی به کار گرفته می شدند . باستان شناسان بر این باورند که اولین بار در سواحل مدیترانه و به طور دقیق تر در مصر و قبرس ، در طول دو قرن قبل از میلاد مسیح از لعاب استفاده می شده است .
بعد از این که شیشه کشف شد و بشر رنگ کردن و تزئین نمودن آن را آموخت به فکر استفاده از ماده ای شبیه به شیشه برای تزئین اشیایی که از فلز ساخته می شدند افتاد و بدین ترتیب لعاب تولد یافت 1. استفاده از لعاب این امکان را به بشر می داد تا رنگ طبیعی فلزات را درخشان تر جلوه دهد و بدین ترتیب به ارزش و زیبایی آنها بیفزاید .
برای اولین بار در قرن هیجدهم لعابکاری بر روی آهن به طور آزمایشی آغاز شد و با ظهور انقلاب صنعتی در اروپا و پس از آنکه آهن به گونه ای وسیع در دسترس قرار گرفت ، لعابکاری بر روی قطعات آهنی در مقیاس صنعتی از لعابکاری هنری که تا آن زمان وجود داشت متمایز گردید . شواهد موجود حاکی از آن است که در نیمه دوم همان قرن لعابکاری ظروف چدنی به طور موفقیت آمیزی در آلمان صورت گرفت و پس از دوره کوتاهی یعنی در سال 1764 ظروف چدنی در کارخانه های آلمانی Smelting Konigsbronn به وسیله لعاب پوشش داده می شدند . در سوئد لعاب دادن به صفحات فلزی در سال 1782 انجام شد و گزارشاتی از کارخانه روسی Lauchhammer Works بیانگر این مطلب است که قطعات چدنی در سال 1785 در آنجا لعاب داده می شدند .
در خلال دورانی که ذکر آن رفت ، لعابکاری تنها بر اساس دانش تجربی صورت می گرفته است و هر کارخانه لعابکاری مطابق با دستور العمل های محرمانه خود که فقط در دست استادکاران بود کار می کرد و حتی اغلب این دستور العمل ها برای صاحبان آنها نیز به طور کامل شناخته نشده بودند . امروزه اکثر کارخانجات لعابکاری ، لعابها را از کمپانیهای ویژه خریداری نموده و با استفاده از روش های از پیش تعیین شده از آنها استفاده می کنند .
آهن به عنوان فلزی پایه همواره در معرض خطر خوردگی و زنگ زدن قرار دارد . از این رو استفاده از لعاب به عنوان محافظی در برابر خوردگی به اندازه کاربرد تزئینی آن ، منطقی تلقی می شود . علاوه بر آن لعاب چنان سطح مقاومی بر ظروف آهنی ایجاد می نماید که حتی در مجاورت تنشهای حرارتی نیز ، فلز را حفظ می کند .
خواص و کیفیت لعاب به طور مداوم بهبود و توسعه داده می شد و روش های تعدیل شده ای در زمینه توسعه لعاب اشیاء آهنی و افزایش قدرت چسبندگی لعاب به فلز به کمک ناهموار نمودن سطح آن بر روش های قبلی چیره گشته اند . در اواخر قرن گذشته به اهمیت قدرت پیوندی بعضی از اکسیدهای معین از جمله اکسید کبالت و نیکل پی برده شد . این اکسید ها امکان ایجاد سیستمی تقریباً تفکیک ناپذیر بین لعاب و آهن را فراهم می ساختند .
بنابر اظهار نظر کارشناسان مختلف ذخیره مواد خام آلی مورد نیاز برای تولید رنگها و پلاستیکها در اعماق زمین رو به اتمام است . این مواد آلی شامل نفت ، ذغال سنگ و گاز می باشند . منبع مواد خام تمامی لعابها پوسته زمین است و معادن مختلف موجود در آن سرشار از مواد اولیه مورد نیاز لعاب می باشند و آخرین برآوردها حاکی از پایان ناپذیر بودن این معادن است .
پلاستیکها و رنگ ها به عنوان پوشش محافظ سطوح فلزی با لعاب در رقابت می باشند ، ولی با توجه به پایان یافتن ذخائر مواد آلی در آینده ای نه چندان دور ، نهایتاً لعاب نقش برتری را در حفاظت از سطوح فلزی خواهد داشت و صنایع مختلف اجباراً باید در توسعه صنعت لعاب جدیت بیشتری به خرج دهند . با توجه به بی نظیر بودن کیفیت ظاهری لعاب و همچنین امکان ایجاد نقصان در تقاضای مصرف کنندگان نسبت به عرضه ، بعید به نظر نمی رسد که تقاضا به سوی محصولاتی با عمر طولانی تر متمایل گردد و در آن هنگام محصولات و قطعات لعابی نقش برتری ایفا خواهند کرد .
استفاده از مواد خام برای تهیه لعاب
در بین مواد معدنی که برای تولید و ساخت لعابها مورد استفاده قرار می گیرند ترکیبات بور از بیشترین اهمیت برخوردار می باشند . لعابهای جدید حاوی بیش از %25 اسید بوریک می باشند . وجود این مقدار اکسید بور در لعابهای آستری و رویه این امکان را فراهم می سازد که دو لایه با یکدیگر و در درجه حرارت بین 800 تا 850 درجه سانتیگراد پخته شوند . از طرفی در درجه حرارت های پایین در لعابهای محتوی بور ، ایجاد پیوند مناسب بین سطح فلز و لعاب امکان پذیر است . چنین لعابهایی ایجاد سطوح سالم و بدون نقص را نیز ، تضمین می کنند . وجود بور در لعاب به طور قابل توجهی از بروز عیوبی که به گونه ای اجتناب ناپذیر در قطعات لعابکاری شده مشاهده می شوند ، از قبیل لکه های خال ماری 1 و تاول زدگی2 جلو گیری می کند .
در حال حاضر از اکسید بور تنها در ترکیب لعابهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر اسیدها دارند ، مثل لعابهای مورد نیاز برای لوازم خانگی ، با نسبت های زیاد استفاده می شود.
از آنجایی که لازم است اشیاء لعابکاری شده دارای کیفیتی یکنواخت ، مناسب و پایدار باشند ، مواد خامی که برای ساخت لعابها مورد استفاده قرار می گیرند باید از خواص پایداری برخوردار باشند .
اکثر مواد خامی را که برای ساخت لعابها مورد استفاده قرار می دهند و مواد معدنی تشکیل داده اند .
تولید و ساخت لعاب
امروزه صنعت لعاب سازی پیشرفت قابل توجهی نموده و اکثر کارخانجات تولیدی با استفاده از دانش فنی ، تجهیزات و آزمایشگاه های مجهز قادر به تهیه و تدارک مواد اولیه مناسب خود هستند .
به طور کلی مواد اولیه مورد مصرف برای تولید لعاب فلز را می توان در دو دسته اصلی تقسیم بندی نمود :
دسته اول مواد معدنی هستند که بعد از استخراج ، عملیات شستشو و تغلیظ بر روی آنها انجام گرفته و پس از آرایش و دانه بندی با فرمول شیمیایی مشخص در اختیار سازندگان لعاب قرار می گیرند .
دسته دوم که سهم زیادی از مواد اولیه مورد مصرف لعاب را شامل می شوند ، مواد شیمیایی پروسس شده با فرمول شیمیایی دقیق هستند . این مواد معمولاً به صورت بسته بندی با ترکیب شیمیایی مشخص در اختیار سازندگان لعاب قرار می گیرند . در کارخانه های تولید لعاب ، مواد دقیقاً توزین شده و توسط مخلوط کن های مناسب و تا حد امکان به طور یکنواخت مخلوط می شوند .
نگهداری مواد اولیه لعاب به شکل گرانول در مقایسه با فرم پودری مناسب تر است .
معمولاً لعابها را در درجه حرارت هایی بین 1200 تا 1350 درجه سانتیگراد ذوب نموده تا مواد خام موجود در آنها تشکیل مخلوط یکنواختی بدهند . در صورت استفاده از کوره های دوار عملیات ذوب به صورت ناپیوسته صورت می گیرد . ( تصویر ( 3 ـ 1 ) نمونه ای از کوره های دوار را نشان می دهد . )
از ذوب مواد داخل کوره ، مواد مذاب را به مجرد خارج شدن وارد آب سرد نموده و در نتیجه به علت شوک حرارتی وارد شده مواد به شکل گرانولهایی در آمده که نهایتاً آنها را خشک می نمایند .
به منظور تولید لعاب به صورت انبوه از سیستمهای پیوسته استفاده می شود . در این روش مواد خام از یک طرف وارد کوره شده و از طرف دیگر مواد مذاب خارج شده را از بین غلطکهایی که در داخل آنها جریان آب سرد جاری است عبور می دهند . صفحات نازک ایجاد شده لعاب پس از خرد شدن به عنوان محصول عمل و تحت عنوان ” پولک لعاب1 ” به بازار می شوند . ( تصویر ( 3 ـ2) شمایی از کوره های پیوسته ذوب لعاب می باشد .)
سوخت مورد استفاده برای کوره های معمولاً نفت یا گاز می باشد . البته از آنجایی که لعابها در حالت مذاب هادی جریان الکتریسیته می باشند ، امروزه از کوره های الکتریکی نیز جهت ذوب لعابها استفاده می شود .
معمولاً جهت ذوب مقادیر کم تا متوسط لعابها از کوره های باکسی یا دوار که نوع ویژه ای از کوره ها می باشند استفاده می شود و برای تولید مقادیر بیشتر ، استفاده از کوره های ذوب پیوسته بهتر و مناسب تر از انواع دیگر است . با توجه به تماس مواد مذاب با جداره داخلی کوره ها ، انتخاب با کیفیت مناسب توصیه می گردد .
اصول چسبندگی لعاب به فلز
لعاب تحت شرایط مطلوب پخت با فلز پایه ترکیبی حقیقی ایجاد می کند و به گونه ای تفکیک ناپذیر به فلز می چسبد ، در نتیجه امکان خوردگی فلز تحت هر شرایط محیطی به حداقل ممکن می رسد . از آنجایی که پوشش های لعابی عایق جریان الکتریسیته هستند از تشکیل پیل های گالوانیک 1 در سطح فلز جلوگیری کرده و از این لحاظ نیز امکان خوردگی فلز وجود ندارد .
به سبب خواص ویژه لعاب در حفاظت از فلزات در مقابل خوردگی ، این ماده از سایر حفاظت کننده ها از جمله مواد صیقل دهنده ، پلاستیکها و پوشش های فلزی گالوانیک متمایز شده است .
لعابکاری مرسوم امروزی که لعاب در دو لایه آستری و رویه بر سطح فلز پوشش داده می شود استفاده از وان نیکل برای دستیابی به پیوندی خوب دیگر متداول نیست ، چرا که پوشش آستری نیکل لازم جهت پیوند لعاب به فلز را فراهم می کند . با این وجود همیشه استفاده از وان نیکل فواید زیادی برای لعابکاران در بر داشته و به همین علت برای مدت های طولانی استفاده از نیکل قسمتی از فرآیند شستشو بوده است .
استفاده از پوشش های نیکل به دو منظور صورت می گیرد :
اول : تشکیل پیوند بهتر بین لعاب آستری و فلز ، دوم : حذف گازهای نامطلوبی که در حین واکنش ها ایجاد می شوند .
لعابهای آستری
اولین لایه لعابی که سطح فلز را پوشش می دهد اصطلاحاً لعاب آستری2 نام دارد . این لعاب می بایستی از نظر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی دارای کیفیت استاندارد بوده تا ضمن ایجاد چسبندگی مناسب با سطح فلز هیچ گونه عیبی را در مراحل بعدی لعابکاری موجب نگردد ، چرا که نوع لعاب آستری به شدت کیفیت لعاب رویه تأثیر گذاشته و چه بسا بسیاری از عیوبی که در سطح لعاب رویه آشکار می شوند ناشی از عدم کاربرد صحیح لعاب آستری و یا نامرغوب بودن آن می باشد .
رنگ لعابهای آستری به دلیل وجود اکسید های کبالت و نیکل که برای ایجاد چسبندگی بین لعاب و فلز به آنها افزوده می شود عمدتاً تیره بوده و درجه حرارت پخت آنها نسبت به لعابهای رویه بیشتر می باشد . از این رو امکان ذوب مجدد لعاب آستری به هنگام پخت لعاب رویه وجود ندارد .
برای افزایش نقطه ذوب لعابهای آستری می توان به مخلوط آنها در آسیاب مواد دیر گداز اضافه نمود که معمول ترین آنها کوارتز1 می باشد .
لعابهای آستری مخصوص ورق های فولادی
این لعابها به منظور پوشش دادن ورق های فولادی مورد استفاده قرار می گیرند . یکی از ویژگی های این لعابها این است که اگر پیوند بین لعاب و فلز به طور کامل بر قرار گردد خروج تمامی گازهای حاصل از واکنش های ناشی از پخت ضروری نمی باشد .
به طور خلاصه می توان گفت که یک لعاب آستری خوب می بایستی دارای ویژگی های به شرح زیر باشد :
1 ـ ایجاد اتصال مناسب با سطح فلز
2 ـ گسترده بودن دامنه پخت
3 ـ هیچگونه عیبی از جمله تاول ، لکه های خال ماری ، پریدگی فلس مانند ، پارگی ، شکستگی لعاب و غیره ایجاد ننماید .
لعابهای آستری مخصوص برای قطعات اسید کاری نشده
اگر در تعداد معدودی از کارخانه ها بنا به دلایل اقتصادی و یا مشکلاتی که در زمینه خروج پساب و فاضلاب صنعتی وجود دارد عملیات شستشو بدون مرحله اسید شویی انجام شود و فرآیند شستشو تنها شامل چربی زدائی از قطعات باشد ، باید توجه داشت که قطعات کاملاً عاری از هر گونه زنگ شوند در غیر این صورت لکه های زنگ در خلال عملیات پخت لعاب آستری بی ضرر نخواهد بود . بنابراین در این گونه موارد توصیه می گردد از لعابهای آستری ویژه ای که حل نمودن اکسید های آهن و همزمان حمله سریع آنها به سطح فلز را تضمین نمایند استفاده شود .
لعابهای آستری مخصوص چدن
از آنجایی که عناصر تشکیل دهنده قطعات چدنی خود امکان ایجاد پیوند بین لعاب و چدن را فراهم می سازند ، در ترکیب لعابهای چدن نیازی به اکسیدهای پیوندی نمی باشد و تنها به منظور اطمینان از پخت کامل لعاب و همچنین خروج تمامی گازهای ناشی از ذوب باید از لعابهای آستری نوع سخت با درصد بالایی از اکسید سلیسیم به همراه نوعی آستری متخلخل استفاده نمود . معمولاً برای پخت لعاب قطعات چدنی و دستیابی به کیفیت مطلوب ، از کوره های باکسی استفاده می شود .
از آنجایی که برای ایجاد چسبندگی لازم بین فلز و لعاب وجود بعضی از اکسیدها از جمله نیکل و کبالت ضروری است و از طرفی وجود این اکسیدها سبب تیره شدن لعاب می گردد ، برای ایجاد رنگهای روشن لایه دومی از لعاب بر روی پوشش آستری اعمال می شود که این لایه تحت عنوان ” لعاب رویه ” قلمداد می گردد .
این لعابها از مدت ها پیش شناخته شده اند و به عنوان لعابهای رویه مورد استفاده قرار می گرفتند . امروزه تنها برای ساخت لعابهای رنگین استفاده می شوند .
لعابهای سفید تیتانیوم
این دسته از لعابها جزء مهم ترین لعابهای خود رنگ سفید یا اصطلاحاً اپک می باشند . در ترتیب اصلی این لعابها مقدار معینی اکسید تیتانیوم وجود دارد . ظرفیت حلالیت این اکسید در لعاب مذاب محدود بوده و بستگی به درجه حرارت ذوب دارد .
لعابهای ماژولیکا 3
این نوع لعابها منحصراً توسط یونهایی که هر یک نمایانگر ویژگی های یک رنگ طبیعی می باشند رنگین شده اند و در واقع از خود هیچ رنگ مشخصی ندارند . خصلت ویژه این لعابها ایجاد رنگهایی با شدت های مختلف است و شدت رنگ در این لعابها تحت تأثیر ضخامت و رنگ لعاب زمینه قرار دارد .
لعابهای آنتیموان
امروزه استفاده از این لعابها به دلیل خطرات ناشی از سمی بودنشان به ندرت صورت می گیرد و فقط اشیایی را که در تماس مستقیم با مواد غذایی نیستند می توان توسط این لعابها پوشش داد .
لعابهای زیر کونیوم
این لعابها به طور موفقیت آمیزی در فرآیندهای پودری به ویژه برای لعابکاری لولزم بهداشتی مانند دستشوئی ها و وانهای حمام برای مدت های طولانی مورد استفاده قرار می گرفتند .
مقاومت این لعابها در برابر قلیاها و شوینده ها قابل توجه می باشد .
لعابهای بی واسطه ( مستقیم1 )
همانگونه که از نام این نوع لعابها استنباط می شود سطح ورق های فولادی مستقیماً توسط این لعابها پوشش داده شده و بعد از خشک شدن پخته می شوند . از این رو لعابهای بی واسطه باید دو وظیفه را ایفا نمایند : اولاً باید به عنوان لعاب آستری یک پیوند مناسب بین ورق فولاد و لعاب ایجاد کنند ، همچنین خروج آسان و سریع گازهای ناشی از واکنش های پخت را تضمین نمایند . ثانیاً باید تمامی خصوصیات لعاب رویه از جمله رنگ ، جلا و مقاومت شیمیایی را دارا باشند .
آماده سازی لعاب ـ آسیابها
اولین و اساسی ترین مرحله در لعابکاری ، آماده سازی لعاب می باشد . به این منظور عملیات خرد کردن ( ساییدن و نرم کردن ) دانه های لعاب برای ایجاد اندازه مناسب ذرات در آسیابهای گلوله ای 2 ویژه ، به دو روش صورت می گیرد : روش اول : عملیات آسیاب کردن ( آماده نمودن دو غاب لعاب ) به روش خیس ( تر ) . روش دوم : فرآیند آسیاب کردن ( آماده نمودن پودر لعاب ) به روش خشک . منحصراً عملکرد این گونه آسیاب ها بررسی می شود .
آسیاب های گلوله ای
این آسیاب ها معمولاً استوانه ای شکل می باشند و به کمک دو یاتاقان دو شاسی A شکل حول محور خود می چرخند . جداره خارجی این آسیاب ها از فولاد مقاوم ساخته شده و تابع طول ، قطر و تعداد دور خاص هستند .
( تصاویر( 6 ـ1 ) و (6 ـ2 ) )
با در نظر گرفتن حجم این آسیاب ها مقدار معینی گلوله با اندازه های متناسب به درون آنها ریخته می شود . عمدتاً جنس این گلوله ها از سنگ های سیلیسی یا چینی سخت می باشد1 .
مقدار گلوله ها باید 45 % و حداکثر 55 % از حجم آسیاب را اشغال نماید . معمولاً گلوله هایی که در آسیاب ها استفاده می شوند قطرهای متفاوت دارند . عموماً اندازه قطر گلوله ها با حجم آسیاب متناسب است .
آب
آب یکی از مهم ترین مواد کمکی در تهیه لعاب ( به روش خیس ) می باشد و در بین مواد کمکی بیشترین میزان را داراست ، از این رو براحتی بر کیفیت لعاب تأثیر می گذارد .
ورق فولادی
فولاد در واقع آهنی است که کمتر 8/1 درصد کربن دارد . البته ممکن است میزان کربن موجود در آن کمتر از این مقدار هم باشد . میزان کربن موجود در ورق های فولادی که برای لعابکاری استفاده می شوند کمتر از 1/0 درصد است .
چدن
قطعه چدنی مورد استفاده در فرآیند لعابکاری معمولاً از چدن خاکستری است . به طور نسبی چدن قسمت اعظمی از عناصر آلیاژی را در بردارد .
عملیات مقدماتی بر ورق های فولادی
ورق های فولادی که برای ساخت قطعات فلزی به کار گرفته می شوند معمولاً دارای یک لایه چربی می باشند . در کارخانه های ورق سازی هنگام فرآیند نورد سرد به منظور سهولت کار غلتکها و همچنین محافظت ورق از موقع تولید تا هنگام مصرف ، سطح ورق ها را با این چربی که ممکن است یکی از انواع روغن ها باشد آغشته می نمایند و قابل ذکر است که یکی از فرآیندهای ضروری در تولید این گونه ورق ها می باشد . ورق هایی که به این روش تولید می شوند اصطلاحاً به ورق های نورد سرد روغنی موسومند . همچنین قطعاتی که از این ورق ها ساخته می شوند در خلال عملیات تولید ممکن است نیاز به افزودنیهای روغنی مجازداشته باشند ضمن این که گرد و غبار و ضایعات محیط نیز امکان جذب در روغن موجود در سطح ورق را دارند ، علاوه بر آن بعضی از قطعات در فاصله بین فلزکاری تا زمان لعابکاری دچار زنگ زدگی نیز می شوند بنابراین قبل از انجام عملیات لعابکاری سطح قطعات باید عاری از تمامی آلوده کننده ها گردد .
عملیات مقدماتی که بر روی قطعات فلزی انجام می شود شامل چربی زدایی ، زنگ زدائی ( اسید شویی ) و برای لعابکاری های بی واسطه وان نیکل می باشد . البته در بین هر یک از مراحل آبکشی با آب هم وجود دارد . نهایتاً مرحله خنثی سازی و عملیات پیشگیری از زنگ زدن بر روی قطعات صورت می گیرد .
چربی زدایی 1
برای چربی زدائی از سطوح فلزی معمولاً از سه روش مختلف استفاده می شود که عبارتند از :
الف ) چربی زدائی با استفاده از سوزاندن لایه های چربی سطح ورق
ب ) استفاده از بخارات حلال های چربی گیر .
ج ) استفاده از چربی گیرهای قلیایی گرم .
روش متداول چربی زدائی در صنعت لعابکاری استفاده از یکسری وانهای حاوی چربی گیرهای قلیایی گرم می باشد . در این وانها محلول 5 درصد از یک چربی گیر تجارتی وجود دارد که عمدتاً شامل سیلیکاتهای سدیم ، سودااش ، کاستیک سودا و در بعضی موارد فسفات سدیم می باشد . علاوه بر آن در ترکیب چربی گیرها موادی وجود دارند که عامل فعال سازی سطح می باشند این مواد تحت عنوان surfactants شناخته شده اند 2. عوامل مرطوب کنندگی و امولسیون کننده ها از جمله این موادند که در ترکیب چربی گیرها مورد استفاده قرار می گیرند .
اساس عمل چربی زدائی بر مبنای یک سری فعل و انفعالات فیزیکی و شیمیایی می باشد . بسیاری از روغن ها و چربی ها به وسیله قلیاها تجزیه شده و صابونی 3 می گردند . روغن های معدنی به کمک مواد شیمیایی موجود در وانها از سطح فلز جدا شده و به صورت ذرات سوسپانسیون در محلول در می آیند .
در کارخانه های مدرن معمولاً از سه و یا حداقل دو وان چربی گیر استفاده می کنند . اگر مواد چربی گیر در اولین وان به اتمام برسد در مدت پر کردن مجدد آن تا هنگامی که وان اولیه پر شود از وان دوم به جای وان اول و از وان سوم به جای وان دوم جهت چربی زدائی قطعات استفاده می شود بدین ترتیب مصرف مواد شیمیایی کمتر می گردد .
همه وان های چربی گیر باید به طور مرتب ( حداقل یک بار در روز ) بازرسی گردند . آنالیز وان های چربی گیر بر روی مواد قلیایی موجود در آنها انجام می شود . معمولاً محدوده PH وان های چربی گیر بین 12 و 13 باید باشد .
بعد از مرحله چربی زدایی قطعات باید حداقل دو بار توسط آب شسته شود شوند . این عملیات می تواند به وسیله وان های آبکشی صورت گیرد . اولین آبکشی توسط آب گرم ( حداکثر 60 درجه سانتیگراد ) و دومی با آب سرد انجام می شود . آبکشی گرم چربی های امولیسیونی جامد رسوب داده بر سطح فلز و همچنین باقیمانده های مواد چربی گیر را از سطح فلز پاک می کند ، زیرا وجود این مواد در مرحله زنگ زدائی مسئله ساز می باشد .
زنگ زدائی1 ( اسید شویی )
شستشو با اسید ( زنگ زدائی ) به منظور زدودن زنگ زدگیهای موجود در سطح قطعات بعد از مرحله چربی زدائی و همزمان زبر نمودن سطح ورق صورت می گیرد . ناهمواری سطح ورق به ویژه برای لعابکاری آستری و لعابهای بی واسطه از اهمیت ویژه ای برخوردار است .
اسید سولفوریک
بیشتر تجهیزات اسید شویی جدید از اسید سولفوریک به منظور زنگ زدائی از قطعات استفاده می کنند .
مزیت برتر شستشو با اسید سولفوریک نسبت کلریدریک این است که زمان شستشو با اسید سولفوریک را می توان با افزودن میزان بیشتری از اسید و یا افزایش درجه حرارت تنظیم نمود .
وان نیکل
اگر لعابکاری با لعابهای سفید بی واسطه انجام شود بعد از مرحله اسید شویی عملیات دیگری به نام وان نیکل صورت می گیرد . در این مرحله از وانی استفاده می شود که حاوی محلول داغی از سولفات نیکل اسیدی شده ( عمدتاً با غلظت 6 تا 11 گرم بر لیتر ) می باشد .
خنثی سازی
پس از مرحله وان نیکل قبل از این که قطعات لعابکاری شوند نیاز به یک مرحله خنثی سازی می باشد .
آخرین مرحله عملیات آماده سازی قطعات ، خشک کردن آنها است که توسط جریان هوای گرم صورت می گیرد .
در کارخانه های مدرن برای عملیات مقدماتی بر ورق ها ، بیش از 8 کابین مختلف وجود دارد .
لعابکاری به روش خیس 1
امروزه لعابکاری خیس معمولاً به پنج روش غوطه وری ( دیپ کاری ) ، پیستوله کاری ، الکترواستاتیک ، الکتروفورتیک ونیز استفاده از خلاء صورت می گیرد . هر یک از این روش ها کاربرد ویژه ای داشته و معایب و فواید مخصوص به خود را در بر دارند .
برای لعاب دادن قطعات بزرگتر مانند اجاقهای خوراک پزی نیز ، استفاده از روش دیپ توصیه شده است .
امروزه در مخازن دیپ الکترو پمپهایی نصب می گردد که به طور مداوم لعاب را در مخزن به گردش در می آورد و در نتیجه از ته نشین شدن ذرات آن جلوگیری می نماید . از آنجایی که ضایعات لعاب در روش دیپ بسیار پایین می باشد در صورتی که استفاده از آن میسر باشد نسبت به سایر روش های لعابکاری مقرون به صرفه تر است و استفاده از آن بر سایرین ترجیح داده می شود .
استفاده از خلاء در روش غوطه وری
این تکنیک در واقع روشی است که با تغییر در کاربرد روش دیپ حاصل شده و اصطلاحاً به روش تکنیک خلاء موسوم می باشد و معمولاً برای لعاب کردن قسمت های داخلی ظروف تو خالی با حجمهای بزرگ ( مثلاً دیگ های بخار ) به کار گرفته می شود .
پیستوله کاری
از آنجایی که در بعضی از قطعات دیپ شده اشکالاتی مشاهده می شود توصیه می گردد که برای لعابکاری قطعات مسطح و بدون خلل و فرج از روش پیستوله کاری ، استفاده شود . در روش های متداول پیستوله کاری لعاب را به کمک هوای فشرده و پیستوله در سطح قطعه اسپری می نمایند . معمولاً پیستوله ها به دو دسته مخزن دار و بدون مخزن تقسیم بندی می شوند . پیستوله های مخزن دار جهت مقادیر کم لعاب و پیستوله های بدون مخزن که با شیلنگ های مخصوص از مخازن بزرگتر تغذیه می شوند ، جهت مقادیر زیاد لعاب مورد استفاده قرار می گیرند . این تجهیزات به منظور تقویت اسپری کردن قطعاتی که لبه های قائم آن قبل و یا بعد اسپری شوند ـ در جائی که سطوح اصلی به طور اتوماتیک پوشش داده شده اند ـ مورد استفاده واقع می شوند . یک پیستوله اتوماتیک افقی دستگاهی است که یک یا چند پیستوله به آن متصل شده و برای اسپری کردن سطح افقی قطعات لعاب را به طور عمودی از بالا بر روی قطعات اسپری می نماید و به کمک حرکات رفت و برگشتی پوشش یکنواختی ایجاد می کند . البته سطوحی که دارای زوایای قائمه هستند باید به طور جداگانه قبل و یا بعد از اسپری کردن قطعه پوشش داده شوند .
برای اجسام تو خالی مانند وسایل آشپزی ، دستگاه های اتوماتیکی وجود دارند که قسمت های داخلی و خارجی قطعات را در حالی که بر روی سینیهای چرخان قرار گرفته اند لعاب می کنند .
الکترواستاتیک به روش خیس
تلاش های انجام شده در زمینه کاهش ضایعات روش پیستوله کاری منجر به توسعه روش الکترواستاتیک1 گردید .
الکتروفورتیک2
یکی دیگر از کاربردهای لعابکاری به روش فرایند الکتروفورتیک می باشد . در این قطعات به ویژه قطعات تخت ، بدون عبور از مرحله چربی زدایی مستقیماً وارد کوره شده و فقط نیاز به یک کانویر برای انتقال به کوره می باشد .
لعابکاری به روش خشک 3
لعاب دادن به روش خشک تنها برای قطعات کوچکی که قبلاً توسط لعاب آستری پوشش داده شده اند مورد استفاده قرار می گیرد . در این روش قطعه را در یک کوره کوچک حرارت داده و سپس با انبر های مخصوصی آن را خارج می نمایند و در حالی که هنوز گداخته است توده ای از پودر لعاب را به سطح قطعه می پاشند . در این حالت لعاب به سرعت ذوب می گردد و بعد از چند ثانیه لایه ای نرم و درخشان بر قطعه ایجاد می شود .
پخت لعاب
پخت لعاب آخرین مرحله عملیات لعابکاری می باشد . در خلال فرایند پخت ، لعاب پوشش داده شده بر روی ورق با ایجاد یک پیوند قوی به سطح فلز چسبیده و ایجاد یک لایه کاملاً صاف و هموار می نماید . دما و زمان پخت از خصوصیات ویژه هر لعاب می باشد . علاوه بر این ها نوع کوره ، سرعت حرارت دهی ، شرایط طبیعی و نوع ورق فولادی مورد استفاده از جمله عوامل مؤثر بر شرایط پخت لعاب می باشند .
بر اساس روش کار دو گروه کوره شناخته شده اند :
1 ـ کوره های شارژی1 ،
2 ـ کوره های پیوسته ،
بر اساس سوخت مصرفی نیز ، سه نوع کوره وجود دارد :
1 ـ کوره های گاز سوز ،
2 ـ کوره های نفت سوز ،
3 ـ کوره های الکتریکی ،
کوره های شارژی
کوره های شارژی فرم ساده ای از کوره های باکسی بوده که در آنها تعداد مشخصی از قطعات به منظور پخت لعاب وترد کوره شده و تا کامل شدن فرایند پخت در داخل کوره باقی می مانند .
در عمل کوره های باکسی با وجود پر هزینه بودن هنوز هم بهترین نوع کوره های پخت لعاب می باشند .
کوره های پیوسته
خصوصیت ویژه این کوره دارا بودن یک منطقه پخت است که دو انتهای آن باز بوده و قطعه با سرعت ثابت از میان آن می گذرد .
دو فرم کلی از کوره های پیوسته وجود دارد : کوره های مستقیم و کوره های U شکل .
کوره های پیوسته مستقیم
این کوره ها دارای یک کانویر افقی بوده و بیشتر برای قطعاتی که دارای سطح زیادی می باشند مانند تخته سیاه مدارس و یا پانلهای ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند .
کوره های پیوسته U شکل
امروزه کوره های U شکل که دارای منطقه پخت به شکل U می باشند . نوع استاندارد کوره ها برای پخت لعاب می باشند .
کنترل کیفی محصول نهایی
معمولاً بازرسی نهایی قطعات لعاب شده به صورت چشمی انجام می پذیرد . این بازرسی ها در آزمایشگاه های ویژه ای که به همین منظور در واحدهای سازنده لعاب ( و بعضاً در کارخانه های لعابکاری ) در نظر گرفته شده اند انجام می شود .
رنگ و درخشندگی
بررسی عیوب قطعات لعاب شده
علت بسیاری از عیوبی که در قطعات لعابکاری شده مشاهده می شوند تشکیل ناخواسته و بیش از حد بعضی گازها می باشد .
معایبی که به خاطر کاربرد نادرست آشکار می شوند به راحتی تشخیص داده شده و بر طرف می گردند ، ولی تعیین و بررسی علت عیوبی که به خاطر ناخالصیها به وجود آمده اند بسیار مشکل تر می باشد . در هر حال در صورت تشخیص علت عمل اصلاحی می تواند انجام شود . بسیاری از عیوب نیز ، مربوط به خود ورق فولادی مورد استفاده می باشد که در این زمینه با انجام آزمایشات متالوگرافی به راحتی می توان علت ایجاد عیوب را تشخیص داد . ورق فولادی مورد استفاده ممکن است دارای رگه ها و یا پوسته هایی باشد . همچنین وجود تاول ها و یا خم شدگی ها و فرورفتگی و … نیز دور از انتظار نمی باشد .
تاول زدگی ، جوش زدگی ، سوراخ های نیش سوزنی ، فرو رفتگی ها ، سوختگی ، پریدگیهای فلس مانند ، پریدگیهای براق ، پریدگی ، لکه های خال ماری ، ترک خوردگی ، پوست پرتغالی ،خطوط ساحلی ،خطوط مومانند،خطوط لودر،رسوب سولفات، ترکهای مو مانند
[1]ـ Direct on
[2] Ground Coat
1 ـ در آبکاری یا حفاظت کاتدی سطوح فلزی با ایجاد پیل های الکتروشیمیایی از خوردگی سطوح جلو گیری به عمل می آورند . این روش به ویژه در حفاظت لوله های فلزی که در داخل زمین قرار دارند ، بسیار مفید است .
1 ـ سیلیس ، یکی از مواد معدنی است که در طبیعت به وفور یافت می شود و از مواد اصلی سازنده شبکه شیشه ای لعاب می باشد . در واقع شیشه و لعاب دارای شبکه و لعاب دارای شبکه نا منظم آمورف بوده که نظم مولکولی در این شبکه تنها در فواصل بسیار کوتاهی ( Short Range Order ) وجود دارد . تکنولوژی ساخت شیشه و لعاب از لحاظ مواد اولیه و تولید بسیار شبیه به هم است و تنها در میزان به کارگیری مواد کمک ذوب و نحوه اختلاف دارند و این عامل سبب می شود که یکی به شیشه و دیگری به لعاب تبدیل گردد .
1copperheads
2ـ این اصطلاح به حباب های بسیار ریز که تعدادشان خیلی زیاد باشد اطلاق می شود . Bister
1enamel flake
1 ـ اگر آهن با فلز دیگری که در سری الکتروشیمیایی از لحاظ اکسید شدن ضعیف تر از خودش می باشد تماس داشته باشد ، تحت شرایط مساعد طبیعی مانند رطوبت و دما پیل های گالوانیک موضعی تشکیل می گردد که نتیجه آن خوردگی فلز آهن است . مثلاً مس در سری الکتروشیمیایی ضعیف تر از آهن است و در صورت تشکیل پیل گالوانیک بین این دو فلز ، آهن تحت واکنش Fe2+ + 2e-Fe خورده می شود .
2 ـ پوشش های آستری معمولاً نقش واسطه بین لعاب رویه و فلز را ایفا می کنند .
1ـ قسمت عمده ساختمان کوارتز راسیلیس تشکیل داده که از جمله دیر گدازها می باشد .
1 Transparent Frits
1 باید توجه داشت که گلوله های مصرفی در آسیاب می بایستی از نظر جنس مشابه پوشش و جداره داخلی باشند . به عبارت دیگر چنانچه جنس جداره از چینی سخت ، چینی استاتیت ( Steatite ) و یا اکسید آلومینیم باشد گلوله ها نیز باید از همان ترکیب باشند .
1 Degreasing
2 ـ واژه surfactants از سه لغت surface active agent مشتق شده است .
1 Pickling