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Die Technik der Zweischichtenemaillierung in einem Brand ist an sich bekannt, obwohl ihre Einführung in die Praxis Schwierigkeiten bereitet hat, weil entweder die Dicken der beiden Emailleschichten vor dem Brand sehr genau auf unterschiedliche Werte eingeregelt werden mußten oder ein selbsthärtender Grundemailleschlicker mit hohen Zusätzen an Aluminaten und Phosphaten verwendet werden mußte.
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In der DE-OS 25 38 601 wird daher empfohlen, im oder auf dem Grundemail ein Imprägniermittel auf Silciconbasis mitzuverwenden, um die Grundemailleschicht gegen eine Wasseraufnahme aus dem Deckemail zu schützen.
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Gemäß einer neueren Entwicklung verwendet man sogenannte selbstreinigende Emailleschichten für z. B. Kochapparaturen, wie Öfen, welche einen Katalysator enthalten. Diese Schichten müssen jedoch porös sein, um die beim Kochen und Backen entstehenden Produkte, wie Fettspritzer, mittels der Umgebungsluft katalytisch zu oxidieren.
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Das Aufbringen von Emailleschichten speziell auf aluminisierte Stahlbleche hat jedoch bisher große Schwierigkeiten bereitet, weil infolge der Aluminisierungsbehandlung eine Neigung zur Ausbildung von Schadstellen in der Emailleschicht auftritt, wobei sich Blasen oder Löcher in der letzteren bilden. Insbesondere macht sich dieser nachteilige Effekt störend bemerkbar, wenn eine Weichporzellanmasse verwendet wird, wie es für selbstreinigende Emailleschichten üblich ist, welche nur niedrige Einbrenntemperaturen benötigen.
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Man hat versucht, diesen Mangel durch ein Anlassen der aluminisierten Stahlbleche auf etwa 500 bis 600°C zu beheben, doch waren die Ergebnisse keinesfalls befriedigend.
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Aufgabe der Erfindung war es daher die Technik der Emaillierung von durch Tauchen aluminisierten Stahlblechen zu verbessern und die Herstellung von Emailleschichten zu gewährleisten, die weitgehend frei von Blasen und Löchern sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zweischichtenemaillierung von durch Tauchen aluminisiertem Stahlblech mittels Aufbringen eines ersten Überzugs einer ersten geschlämmten Tonmasse und eines zweiten Überzuges einer zweiten geschlämmten Tonmasse, Trocknen und Einbrennen der Überzüge, ist daher dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Aufbringen beide Überzüge in an sich bekannter Weise in einer einzigen Einbrennstufe einbrennt und dabei Temperaturen von 520 bis 600°C anwendet.
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Der Grund, warum die Fehler bezüglich Löchern und großer Blasen durch Anwendung des Verfahrens vorliegender Erfindung ausgeschaltet werden, ist folgender: das tauchaluminisierte Stahlblech wird durch Eintauchen eines dünnen Stahlblechs in eine Aluminium-Silicium-Schmelze mit einem Gehalt von 8 bis 10% Silicium und Durchlaufen mit hoher Geschwindigkeit hergestellt. Deshalb weist die plattierte Aluminiumschicht eine beträchtliche Anzahl mikroskopisch kleiner Poren auf, die Luft einschließen und die Erzeugung von Löchern und Blasen in der darauf gebildeten Emailleschicht erzeugen. Die nachteilige Wirkung derartiger Löcher und Blasen ist umso größer, je größer die Anzahl der Einbrennstufen ist. Durch Anwendung einer einzigen Einbrennstufe und durch Aufbringen einer geschlämmten Tonmasse unter Bildung von zwei Überzügen wachsen - obwohl die kleinen Bläschen und die kleinen Löcher in dem untersten Teil der Emailleschicht vorhanden sein können - derartige Fehlerstellen nicht zu großen Löchern und Blasen auf der Oberfläche der Emailleschicht an. Darüber hinaus werden einige Löcher und Bläschen durch die sie umgebende schmelzflüssige Porzellanemaille eingeschlossen. Demgemäß kann sich eine glatte Schicht ohne merkliche Bildung von Löchern und Blasen auf oder nahe der Oberfläche der Emailleschicht bilden, und deshalb ist sowohl das Aussehen als auch die Korrosionsbeständigkeit des erhaltenen emaillierten Blechs befriedigend. Im allgemeinen ist die Korrosionsbeständigkeit umso besser, je dicker die Emailleschicht ist.
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Der zweite Überzug der auf dem aluminisierten Stahlblech gebildeten doppelschichtigen Emailleschicht kann bekanntermaßen eine gefärbte Emailleschicht oder eine selbstreinigende Emailleschicht sein. Dieser zweite Überzug enthält Metalloxide zum Färben oder Katalysatoren; dadurch wird die Bindekraft an die erste Schicht wahrscheinlich geschwächt. Nach dem Verfahren vorliegender Erfindung wird aufgrund des einzigen Einbrennvorgangs der beiden Überzüge aus geschlämmter Tonmasse jedoch die Ausbildung einer Grenzschicht zwischen beiden Schichten begünstigt und eine ausreichende Bindekraft geschaffen.
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Nach dem Verfahren vorliegender Erfindung kann durch Anwendung des ersten Überzugs als Grundfarbschicht für den darüberliegenden zweiten Überzug eine gewünschte zarte oder klare Farbe durch ein einziges Einbrennen verwirklicht werden. Wenn der darüberliegende zweite Überzug ein Metalloxid zum Färben enthält, wirkt das Oxid in gewissem Sinne als Oxidationskatalysator auf das Metallsubstrat ein, wenn darin Löcher sind. Jedoch selbst in dem Fall vermag die darunterliegende erste Emailleschicht eine Korrosion des Metallsubstrats zu verhindern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet man ein aluminisiertes Stahlblech mit einer (Al, Fe, Si)- M-Schicht, die durch eine für eine Legierungsbildung niedrige Anlaßtemperatur gebildet worden ist. Es handelt sich dabei um ein Anlaßverfahren, bei dem der aluminisierte Stahl eine bestimmte Zeit lang auf eine Temperatur zwischen 450 und 500°C erhitzt wird. An der Grenzfläche zwischen dem Stahlblech und der Aluminiumschicht scheint sich dabei in Form einer (Al, Fe Si)M-Schicht eine ternäre intermetallische Verbindung auszubilden; es handelt sich um eine nicht-stöchiometrische Verbindung im festen Lösungszustand.
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Durch Bildung der (Al, Fe, Si)M-Schicht wird das aluminisierte Stahlblech hitzebeständiger. Da das aluminisierte Stahlblech auf eine Temperatur von 450 bis 500°C unter Bildung der (Al, Fe, Si)M-Schicht erhitzt wird, wird Luft aus der Aluminiumschicht freigesetzt und daher bestehen dann bei der Emaillierungsbehandlung weniger Nachteile hinsichtlich Fehlerstellen durch Löcher und Gasblasen als bei nicht-angelassenem aluminisiertem Stahl. Bei einem derartigen Stahlblech zeigt die rückseitige Oberfläche, die nicht mit einer Emailleschicht bedeckt ist, praktisch keine Verfärbung (nach grauschwarz) beim Einbrennen. Darüber hinaus ist die Rückseite hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit ebenfalls besser.
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Die Erfindung wird durch die Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine Ansicht im Schnitt einer doppelschichtigen Emailleschicht auf einem Metallsubstrat, die nach dem üblichen Doppeleinbrennverfahren gebildet worden ist;
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Fig. 2 ist eine Ansicht im Schnitt einer doppelschichtigen Emailleschicht auf einem Metallsubstrat, die nach einem Beispiel vorliegender Erfindung gebildet worden ist; und
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Fig. 3 ist eine Ansicht im Schnitt einer dreischichtigen Emailleschicht auf einem Metallsubstrat, die nach einem weiteren Beispiel vorliegender Erfindung gebildet worden ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung einer doppelschichtigen Emaille verringert nicht nur die Anzahl der Einbrennstufen, sondern erzeugt auch eine verbesserte Grenzschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Überzug. Dieser Unterschied wird durch Vergleich der Fig. 1, die eine schematische mikroskopische Ansicht im Schnitt nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik mit zwei Einbrennstufen zeigt, und Fig. 2, deutlich, die eine analoge Ansicht im Schnitt nach einer ersten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung zeigt. In den Figuren ist das Metallsubstrat mit 1, der erste Überzug, d. h. die Grundschicht, mit 2 und 2&min; und der darüberliegende zweite Überzug mit 3 bezeichnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Zwischenschicht zwischen den Überzügen 2 und 3 gemäß der Ausführungsform vorliegender Erfindung nicht glatt, sondern unregelmäßig, wodurch starke Bindekräfte zwischen den beiden Überzügen 2 und 3 geschaffen werden, während die Zwischenschicht zwischen der Grundschicht 2&min; und dem darüberliegenden zweiten Überzug 3 nach einem Verfahren des Standes der Technik glatt ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Dadurch fehlen ausreichende Bindekräfte zwischen den beiden Überzügen. Dieser Unterschied kann durch Versuche deutlich beobachtet werden, indem man die beiden Überzugsmassen mit unterschiedlichen Farben versieht. Die Beobachtung der jeweiligen Schnittstellen zeigt, daß die Ausführungsform nach vorliegender Erfindung eine deutliche Zwischenschicht eines Farbgemisches des ersten und des zweiten Überzugs aufweist. Diese Zwischenschicht dient daher zur festen Verankerung des zweiten Überzugs 3.
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Fig. 3 zeigt im Schnitt in vergrößertem Maßstab eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Glasur 32 als dritter Überzug auf dem zweiten Überzug 31 gebildet ist. In diesem Fall wird ein Bindemittel, das unterhalb 350°C wirksam ist, sowohl für den zweiten Überzug 31 als auch für den ersten Überzug 2 verwendet. Die geschlämmte Tonmasse des zweiten Überzugs 31 wird auf den ersten Überzug aufgesprüht und getrocknet, dann wird die geschlämmte Tonmasse für den dritten Überzug 32 aufgesprüht und das Ganze eingebrannt. Eine mehrschichtige Struktur, die aus mehr als drei Überzügen von geschlämmten Tonmassen gebildet worden ist, kann in gleicher Weise hergestellt werden.
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Prinzipiell weisen aluminisierte Stahlbleche bezüglich einer Emaillierungsbehandlung folgende Vorteile auf:
- 1) Durch Verwendung einer Weichporzellanmasse, die eine verhältnismäßig niedrige Einbrenntemperatur erfordert, wird eine Verformung der Stahlblechstrukturen, beispielsweise ein Rahmen oder ein Behältnis für Haushaltszwecke, auf ein Minimum herabgesetzt;
- 2) bei Anwendung einer Sprühbeschichtung einer geschlämmten Tonmasse auf nur eine Oberfläche des aluminisierten Stahlbleches ist es möglich, Emailleschichten nur auf einer einzigen Oberfläche des Stahlsubstrats zu bilden, während die andere Oberfläche keine Emaillebeschichtung aufweist, wodurch der Glanz der aluminisierten Oberfläche erhalten bleibt;
- 3) wegen der niedrigen Einbrenntemperatur kann der Emailleüberzug auch auf dünnen Stahlblechen angebracht werden;
- 4) durch Aufbringen von zwei Emailleschichten wird eine Korrosion des Metallsubstrats wirksam verhindert; und
- 5) durch Aufbringen von zwei oder mehr Emailleschichten kann die Oberfläche des emaillierten Blechs schöner gestaltet werden.
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Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden nachstehend näher erläutert. Die erste bevorzugte Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Doppelschicht, bestehend aus einer Grundemaille und einer darüberliegenden, einen Katalysator enthaltenden Schicht.
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Eine geschlämmte Tonmasse zur Bildung des Überzugs der Grundschicht enthält mindestens eine Weichporzellanmasse (Fritte). Der Ausdruck "geschlämmte Tonmasse" wird allgemein auf dem Emaillegebiet verwendet und bedeutet eine Aufschlämmung, die eine Weichporzellanmasse, ein Mattierungsmittel, einen Mahlzusatz und Wasser enthält. Der Überzug der geschlämmten Tonmasse wird durch Aufspritzen auf das Metallsubstrat oder durch Eintauchen des Metallsubstrats in ein Bad der geschlämmten Tonmasse gebildet. Nach dem Aufbringen wird der geschlämmte Tonmassenüberzug getrocknet. Die Weichporzellanmasse, die in der geschlämmten Tonmasse für den Grundüberzug enthalten ist, sollte vorzugsweise eine Erweichungstemperatur aufweisen, die unterhalb derjenigen für die Weichporzellanmasse der zweiten geschlämmten Tonmasse liegt, da hierdurch die Bindekraft zwischen beiden Emailleschichten beim Einbrennen der Überzüge günstig beeinflußt wird.
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Der Erweichungspunkt wird nicht nur durch die Art der Weichporzellanmasse bestimmt, sondern wird auch die Art und Menge eines Mahlzusatzes und des Mattierungsmittels beeinflußt.
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Der Erweichungspunkt der Weichporzellanmasse in der ersten geschlämmten Tonmasse liegt vorzugsweise niedriger als derjenige der Weichporzellanmasse in der zweiten geschlämmten Tonmasse. Jedoch kann der Erweichungspunkt der Weichporzellanmasse der ersten geschlämmten Tonmasse per se geringfügig höher als derjenige der Weichporzellanmasse der zweiten geschlämmten Tonmasse per se liegen, aber die Temperaturdifferenz muß unter 50°C liegen, um eine starke und glänzende Grundemailleschicht zu bilden.
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Die Weichporzellanmasse zur Verwendung bei der Herstellung der geschlämmten Tonmasse für eine selbstreinigende Schicht, d.h. den zweiten Überzug bei vorliegender Ausführungsform, kann durch Auflösen des Oxidationskatalysators darin oder durch Mischen des Katalysators mit der Weichporzellanmasse während des Mahlprozesses hergestellt werden. Der Oxidationskatalysator kann mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide von Mangan, Kupfer, Kobalt, Nickel, Chrom oder Eisen oder Mischoxide dieser Metalle sein. Außerdem kann ein fester Säurekatalysator aus der Gruppe der Zeolithe, saurer Japanton, aktivierter Ton oder dessen Derivate, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid- Verbindungen und Siliciumdioxid-Magnesiumoxid-Verbindungen als Oxidationskatalysator verwendet werden. Außerdem kann mindestens ein Mattierungsmittel, wie Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, ZnO&sub2; oder TiO&sub2;, oder mindestens ein anorganisches feuerbeständiges Material mit einem Gehalt an mindestens einer der vorgenannten Verbindungen zugegeben werden. Gegebenenfalls können Mahlhilfsmittel, wie Ton, Natriumnitrit, Harnstoff, Bentonit, Ammoniumcarbonat, Magnesiumcarbonat oder Natriumsilikat zugesetzt werden.
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Das Verfahren zur Bildung einer zweischichtigen Emaille nach vorliegender Erfindung wird nachstehend näher erläutert:
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Die aluminisierten Stahlbleche werden vor der Anwendung entfettet und gewaschen.
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Die erste geschlämmte Tonmasse zur Bildung des ersten Überzuges wird dadurch hergestellt, daß man die Bestandteile in einer Kugelmühle mahlt und die Korngröße reguliert. Der Überzug der geschlämmten Tonmasse wird durch Sprühen oder Tauchen aufgebracht. Gewöhnlich wird die Tauchmethode angewandt, um auf beiden Seiten Emailleschichten zu bilden. Andererseits wird die Sprühmethode bevorzugt, wenn die Rückseite als glänzende aluminisierte Fläche bestehen bleiben soll. Der Überzug aus der geschlämmten Tonmasse wird dann vorzugsweise bei niedriger Temperatur getrocknet. Die Bildung des zweiten Überzugs sollte erst nach dem Trocknen durchgeführt werden, um eine gute Bindung der geschlämmten Tonmassen an das Metallsubstrat zu erhalten. Die Trocknungstemperatur darf 350°C nicht übersteigen, denn wenn die Trocknung bei einer Temperatur oberhalb 350°C durchgeführt wird, wird die geschlämmte Tonmasse des ersten Überzugs schmelzflüssig, und es bildet sich eine glatte Oberfläche aus, wodurch die Bindungskraft zwischen dem zweiten Überzug und dem ersten Überzug geschwächt wird. Das Trocknen sollte in der Weise durchgeführt werden, daß der Feuchtigkeitsgehalt des ersten Überzugs 80% oder weniger beträgt. Der Feuchtigkeitsgehalt in Prozent ist definiert als: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;@W:Menge¤der¤Restfeuchtigkeit:Anfangsfeuchtigkeit¤im¤ýberzug&udf54;¤x¤100,&udf53;zl10&udf54;@W:Menge der Restfeuchtigkeit:Anfangsfeuchtigkeit im ýberzug&udf54;¤x¤100,&udf53;zl10&udf54;und stellt die Restfeuchtigkeit in der geschlämmten Tonmasse nach dem Trocknen dar. Der Wert 80% Feuchtigkeitsgehalt entspricht einem solchen Zustand, daß Wasser von der Oberfläche des geschlämmten Tonmasseüberzugs entfernt wird. Wenn sich der Überzug in einem solchen Zustand befindet, kann der zweite Überzug auf den ersten Überzug fest aufgebracht werden. Um noch bessere Ergebnisse zu erreichen, wird der erste Überzug der geschlämmten Tonerdmasse vorzugsweise durch Erhitzen während einer gewissen Zeit auf eine Temperatur unter 350°C getrocknet. Um eine starke Bindekraft im getrockneten Überzug aus der ersten geschlämmten Tonmasse zu erhalten, ist es besonders vorteilhaft, ein Bindemittel zu einer geschlämmten Tonmasse des ersten Überzugs zuzusetzen, das die geschlämmte Tonmasse bei einer Temperatur unterhalb 350°C verfestigt.
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Das Bindemittel besteht im wesentlichen aus einer geschlämmten Tonmasse mit einem Gehalt an mindestens einem Alkalisilicat, an kolloidalem Siliciumdioxid, kolloidalem Aluminiumoxid, siliciumhaltigen Harzen und/oder organischen Bindemitteln. Das Bindemittel verbleibt nach dem Trocknen in der geschlämmten Tonmasse und verleiht dem Überzug eine geeignete Bindekraft, wodurch dieser fest an das Substrat gebunden wird.
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Als Alkalisilicate geeignet sind Natriumsilicat und Kaliumsilicat.
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Kolloidales Siliciumdioxid und kolloidales Aluminiumoxid werden bevorzugt in Form eines Sols mit Teilchendurchmessern von 1 bis 100 µm eingesetzt.
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Die siliciumhaltigen Harze besitzen eine dreidimensional vernetzte Struktur und sind Organopolysiloxane mit dem Hauptbestandteil Dimethylpolysiloxan, wobei das Molverhältnis zwischen den organischen Resten und dem Siliciumatom (R/Si) variiert.
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Als organisches Bindemittel kann jedes beliebige Bindemittel, das in Wasser löslich ist und nach dem Trocknen Bindungskräfte liefert, verwendet werden. Bevorzugte Verbindungen sind Carboxymethylcellulose und Polyvinylalkohol.
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Die zweite geschlämmte Tonmasse, die aus einer Weichporzellanmasse und einem Oxidationskatalysator für den zweiten Überzug besteht, wird gewöhnlich durch Sprühen auf den ersten getrockneten Überzug aufgebracht. Der zweite geschlämmte Tonmasseüberzug wird ebenfalls getrocknet und anschließend werden beide Überzüge gleichzeitig eingebrannt.
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Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1 (erste Ausführungsform)
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Als Metallsubstrat wird eine aluminisierte Stahlplatte verwendet. Ein Probestück des Metallsubstrats weist eine Größe von 10 cm × 20 cm und eine Dicke von 0,6 mm auf. Das Probestück wird entfettet und gewaschen. Die Bestandteile der Weichporzellanmasse, die in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben sind, werden miteinander vermischt und eine Stunde bei 1250°C gebrannt. Tabelle 1 &udf53;vu10&udf54;&udf53;ta10,6:23,6:28,6&udf54;&udf53;tw,5&udf54;&udf53;tz4&udf54; &udf53;sg8&udf54;\Bestandteile\ Gewichtsprozent&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\SiOÊ\ 47&udf53;tz&udf54; \BÊOË\ 20&udf53;tz&udf54; \NaÊO\ 16&udf53;tz&udf54; \AlÊOË\ Æ8&udf53;tz&udf54; \LiÊO\ Æ4&udf53;tz&udf54; \KÊO\ Æ3&udf53;tz&udf54; \CaO\ Æ2&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;SB37,6&udf54;&udf53;EL1,6&udf54;
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Nach Abschrecken mit Wasser wird dann die gebrannte Substanz in einer Kugelmühle gemahlen und so eine Weichporzellanmasse für den ersten Überzug hergestellt. Die Erweichungstemperatur dieser Weichporzellanmasse liegt bei 530°C. Die Bestandteile der erhaltenen Weichporzellanmasse entsprechen im wesentlichen denjenigen der Tabelle 1.
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Eine geschlämmte Tonmasse für den ersten Überzug wird unter Verwendung der in der nachstehenden Tabelle 2 angegebenen Bestandteile, einschließlich der Weichporzellanmasse, hergestellt. Tabelle 2 &udf53;vu10&udf54;&udf53;TA10,6:24,6:28,6&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bestandteile\ Gewichtsteile&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Weichporzellanmasse nach Tabelle 1\ 100&udf53;tz&udf54; \TiOÊ\ Æ10&udf53;tz&udf54; \AlÊOË\ ÆÆ5&udf53;tz&udf54; \NaÊO¤´¤2¤SiOÊ(NaÊSiÊOÍ)&udf50;(Natriumsilicat)&udf50;(SiOʤ:¤NaÊO¤:¤HÊO¤=¤36¤:¤18¤:¤46 Gew.-%)\ Æ12&udf53;tz&udf54; \Wasser\ Æ45&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;
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Die Bestandteile der Tabelle 2 werden miteinander vermischt, in einer Kugelmühle gemahlen und dann durch ein Sieb mit 0,15 mm Maschenweite filtriert, wodurch sich die geschlämmte Tonmasse bildet. Diese Tonmasse wird mit einer Spritzpistole auf ein Probestück der aluminisierten Stahlplatte gesprüht, so daß sich eine geschlämmte Tonmasseschicht von etwa 100 µm Dicke ausbildet. Dieser Überzug wird dann 30 Minuten bei 60°C getrocknet.
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Die Bestandteile der nachstehenden Tabelle 3 werden als Weichporzellanmasse für die geschlämmte Tonmasse des zweiten Überzugs verwendet. Diese Bestandteile entsprechen den Endbestandteilen in der erhaltenen Weichporzellanmasse. Tabelle 3 &udf53;vu10&udf54;&udf53;Ta10,6:23,6:28,6&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bestandteile\ Gewichtsprozent&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\SiOÊ\ 45&udf53;tz&udf54; \BÊOË\ 18&udf53;tz&udf54; \NaÊO\ 15&udf53;tz&udf54; \AlÊOË\ 10&udf53;tz&udf54; \LiÊO\ Æ3&udf53;tz&udf54; \KÊO\ Æ3&udf53;tz&udf54; \CaO\ Æ3&udf53;tz&udf54; \ZnO\ Æ3&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;
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Eine geschlämmte Zonmasse für den zweiten Übergang wird mit den in der nachstehenden Tabelle 4 angegebenen Bestandteilen hergestellt. Die Bestandteile werden in gleicher Weise wie bei Tabelle 1 angegeben verarbeitet und ergeben die zweite geschlämmte Tonmasse. Tabelle 4 &udf53;vu10&udf54;&udf53;ta10,6:23,6:28,6&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bestandteile\ Gewichtsprozent&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Weichporzellanmasse nach Tabelle 3\ 100&udf53;tz&udf54; \&udf57;°Kg&udf56;-MnOÊ\ Æ20&udf53;tz&udf54; \Ferrit&udf50;(MnFeÊOȤ+¤ZnFeÊOÈ)\ Æ10&udf53;tz&udf54; AlÊOË\ Æ30&udf53;tz&udf54; \Aluminosilicat\ ÆÆ5&udf53;tz&udf54; \NaÊO¤´¤2¤SiOÊ(NaÊSiÊOÍ)&udf50;(Natriumsilicat)&udf50;(SiOʤ:¤NaÊO¤:¤HÊO¤=¤36¤:¤18¤:¤46 Gew.-%)\ Æ10&udf53;tz&udf54; \Wasser\ Æ70&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;
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Die Weichporzellanmasse nach Tabelle 3 weist eine Erweichungstemperatur von 537°C auf. Die geschlämmte Tonmasse nach Tabelle 4 wird auf den ersten Überzug in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben aufgesprüht. Dann wird diese zweite geschlämmte Tonmasse 30 Minuten bei 65°C getrocknet. Anschließend wird das Probestück mit dem ersten und zweiten Überzug 5 Minuten bei 550°C eingebrannt. Das Probestück wird den folgenden Untersuchungen unterworfen.
(1) Abschältest (Test Nr.1)
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Das Probestück wird mit außenliegender Emailleschicht rund um eine Säule oder einen Schaft von 10 mm Durchmesser gewickelt, bis beide Enden des Probestückes einen Biegewinkel von 180°C aufweisen (der Biegewinkel ist definiert als derjenige Winkel, der von den geradlinigen Teilen an beiden Enden des Probestücks eine Abweichung von 180°C bildet, wenn die Innenoberfläche des Probestücks einem Biegemoment ausgesetzt ist). Beim Probestück wird beobachtet, ob es an der Außenseite des gebogenen Teils abgeblätterte Anteile aufweist. Das Testergebnis für den Abschältest wird als bestanden bezeichnet, wenn sowohl die erste als auch die zweite Emailleschicht am Metallsubstrat haften bleibt, und als nicht bestanden, wenn sich zumindest die zweite Schicht abschält.
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Bei den nachstehenden Beispielen werden die Testergebnisse wiedergegeben durch die Abkürzung "b." (Test bestanden) oder "n.b." (Test nicht bestanden).
(2) Hafttest (Test Nr.2)
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Es wird eine Stahlkugel mit einem Durchmesser von 36,51 mm und einem Gewicht von 198,2 Gramm aus einem Kugellager verwendet. Die Kugel wird aus einer Höhe von 1 Meter auf die Oberfläche fallen gelassen. Die Bewertung beim Hafttest erfolgt danach, ob sich auf der Emailleoberfläche nur an dem Auftreffpunkt der Kugel eine Delle bildet. Der Test wird als nicht bestanden ("n.B.") bezeichnet, wenn sich die zweite Schicht zumindest rund um den Auftreffpunkt abschält. Wenn die zweite Schicht auf dem Substrat haften bleibt, wird der Test als bestanden ("b.") bezeichnet.
(3) Korrosionsbeständigkeitstest (Test Nr. 3)
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Bei diesem Verfahren wird das Probestück dem Salzsprühtest 10 Tage ununterbrochen ausgesetzt. Hierbei wird eine gesättigte Salzlösung einer 5prozentigen Salzkonzentration bei 35°C gegen das Teststück gesprüht. Nach dem Salzsprühtest wird das Probestück visuell betrachtet. Die Bewertung erfolgt danach, ob das Probestück auf der Oberfläche nach dem Salzsprühtest korrodierte Teile zeigt. Das Probestück wird mit nicht bestanden ("n.b.") bezeichnet, wenn sich auf der Oberfläche korrodierte Teile zeigen, und als bestanden ("b."), wenn sich keine korrodierten Teile finden.
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Die nach Beispiel 1 hergestellten Probestücke zeigen sämtlich befriedigende Ergebnisse, d. h. alle Probestücke haben sowohl den Abschältest, den Hafttest, als auch den Korrosionsbeständigkeitstest, d. h. die Tests Nr. 1 bis 3, bestanden.
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Zu Vergleichszwecken werden einige Prüfstücke nach der bekannten Art hergestellt, wobei die erste Schicht aufgesprüht, dann getrocknet und schließlich 5 Minuten bei 560°C eingebannt wird. Dann wird auf die erste Schicht des Prüfstücks eine zweite Schicht aufgebracht und eingebrannt. Die erhaltenen Prüfstücke haben nicht den Abschältest und den Hafttest sondern nur den Korrosionsbeständigkeitstest bestanden.
Beispiel 2 (erste Ausführungsform)
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Als Weichporzellanmasse für eine geschlämmte Tonmasse des ersten Überzugs werden die in Tabelle 5 aufgeführten Bestandteile verwendet. Tabelle 5 &udf53;vu10&udf54;&udf53;ta10,6:23,6:28,6&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bestandteile\ Gewichtsprozent&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\SiOÊ\ 49&udf53;tz&udf54; \BÊOË\ 20&udf53;tz&udf54; \NaÊO\ 16&udf53;tz&udf54; \AlÊOË\ Æ8&udf53;tz&udf54; \LiÊO\ Æ2&udf53;tz&udf54; \KÊO\ Æ3&udf53;tz&udf54; \CaO\ Æ2&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;
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Die vorgenannten Bestandteile werden in gleicher Weise wie bei der Herstellung der ersten Weichporzellanmasse in Beispiel 1 verarbeitet.
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Die Weichporzellanmasse nach Tabelle 5 weist eine Erweichungstemperatur von 545°C auf. Die geschlämmte Tonmasse des ersten Überzugs, die Weichporzellanmasse für den zweiten Überzug und die geschlämmte Tonmasse für den zweiten Überzug werden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Probestücke werden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Probestücke dieses Beispiels werden untersucht mit dem Ergebnis, daß alle Probestücke die Tests Nr. 1 bis 3 bestanden haben.
Beispiel 3 (zweite Ausführungsform)
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Als Metallsubstrat wird eine aluminisierte Stahlplatte von 50 mm × 90 mm und einer Dicke von 0,6 mm verwendet, wobei die Aluminiummenge 80 g/m² auf beiden Flächen beträgt. Die aluminisierte Stahlplatte wird mittels eines schwachbasischen Entfettungsmittels für Aluminium entfettet. Eine Weichporzellanmasse für den ersten Überzug wird aus den nachstehenden, in Tabelle 6 genannten Bestandteilen hergestellt. Diese Bestandteile werden in gleicher Weise wie bei der Herstellung der ersten Weichporzellanmasse in Beispiel 1 hergestellt, d. h. daß sie in einer Kugelmühle in üblicher Weise gemahlen werden, um eine Weichporzellanmasse mit einer Erweichungstemperatur von 480°C zu erhalten. Tabelle 6 &udf53;vu10&udf54;&udf53;ta:10,6:23,6:28,6&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;&udf53;SG9&udf54;\Bestandteile\ Gewichtsprozent&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;1&udf54;\SiOÊ\ 50&udf53;tz&udf54; \BÊOË\ 10&udf53;tz&udf54; \NaÊO\ 23&udf53;tz&udf54; \AlÊOË\ Æ5&udf53;tz&udf54; \LiÊO\ Æ8&udf53;tz&udf54; \KÊO\ Æ3&udf53;tz&udf54; \CaO\ Æ7&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;
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Eine geschlämmte Tonmasse für den ersten Überzug wird aus den nachstehenden, in der Tabelle 7 angegebenen Bestandteilen hergestellt. Tabelle 7 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz22&udf54; &udf53;vu10&udf54;
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Das in diesem Beispiel verwendete kolloidale Siliciumdioxid, kollodiale Aluminiumoxid und das siliciumhaltige Polymerisat sind Handelsprodukte.
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Die Ansätze Nr. 1 bis 10 der geschlämmten Tonmasse mit den vorgenannten Bestandteilen werden in einer Kugelmühle gemahlen und vermischt. Dann werden die Tonmassen jeweils mittels einer Sprühpistole auf entfettete aluminisierte Stahlplatten gesprüht. Die Tonmasseüberzüge werden jeweils 15 Minuten bei 120°C getrocknet.
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Für die geschlämmte Tonmasse des zweiten Überzuges werden die in der nachstehenden Tabelle 8 aufgeführten Bestandteile für eine gefärbte Emailleschicht auf alle Arten von Tonmassen gemäß den in Tabelle 7 angegebenen Ansätzen Nr. 1 bis 10 aufgebracht. Tabelle 8 &udf53;vu10&udf54;&udf53;ta10,6:24,6:28,6&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bestandteile\ Gewichtsteile&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Weichporzellanmasse nach Tabelle 6\ 100&udf53;tz&udf54; \Metalloxid fÝr Schwarzf¿rbung\ ÆÆ5&udf53;tz&udf54; \AlÊOË\ ÆÆ5&udf53;tz&udf54; \Ton\ ÆÆ2&udf53;tz&udf54; \Natriumsilicat\ ÆÆ5&udf53;tz&udf54; \Wasser\ Æ45&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;
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Die geschlämmte Tonmasse für den zweiten Überzug wird auf den getrockneten ersten Überzug aufgesprüht, so daß man eine Gesamtdicke von etwa 200 µm einschließlich der Dicke des ersten Überzugs erhält. Dann wird der zweite Überzug getrocknet, und das Ganze wird dann 5 Minuten bei 520°C gebrannt. Die Prüfmuster werden nach den folgenden Tests untersucht:
(1) Betrachtungstest (Test Nr. 4)
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Die Prüfmuster von 50 mm × 90 mm werden daraufhin betrachtet, ob sie Löcher auf der Oberfläche oder Blasen in unmittelbarer Nähe der Oberfläche aufweisen. Die Testergebnisse des Betrachtungstests werden als bestanden ("b") bezeichnet, wenn die Prüfmuster keine Löcher oder Blasen aufweisen. Wenn einige Löcher und/oder Blasen beobachtet werden, werden die Ergebnisse bei den Prüfmustern als nicht bestanden ("n. b.") bezeichnet.
(2) Hafttest (Test Nr. 5)
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Die Prüfmuster werden mit ihren außenliegenden Emailleschichten um eine Säule oder um einen Schaft von 10 mm Durchmesser gewickelt, bis beide Enden der Muster einen Biegewinkel von 180° aufweisen. Die Prüfmuster werden dann daraufhin beobachtet, ob sie auf der Außenfläche des gebogenen Teils Abblätterungen aufzeigen. Das Testergebnis für den Hafttest wird als bestanden ("b") bewertet, wenn sowohl die erste als auch die zweite Schicht auf dem Metallsubstrat haften bleibt, und als nicht bestanden ("n. b.") angesehen, wenn zumindest die zweite Schicht abblättert.
(3) Korrosionsbeständigkeitstest (Test Nr. 6)
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Die Prüfmuster werden dem Salzsprühtest ausgesetzt, wobei 10 Tage lang eine Salzlösung einer 3prozentigen Salzkonzentration von einer Temperatur von 50°C in einer Salzsprühvorrichtung auf die Prüfmuster aufgesprüht wird. Die Testergebnisse werden in der gleichen Weise wie bei Korrosionsbeständigkeitstest Nr. 3 bewertet.
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Alle Prüfmuster, die gemäß den Ansätzen Nr. 1 bis 10 mit den in der Tabelle 7 genannten Bestandteilen hergestellt worden sind, haben sowohl den Betrachtungstest Nr. 4 als auch den Hafttest Nr. 5 sowie den Korrosionsbeständigkeitstest Nr. 6 bestanden.
Beispiel 4 (erste Ausführungsform)
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Für den ersten Überzug wird eine geschlämmte Tonmasse in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 angegeben hergestellt. Die geschlämmte Tonmasse wird auf ein Prüfmuster aufgesprüht und 15 Minuten bei 120°C getrocknet. Dann wird eine geschlämmte Tonmasse für den zweiten Überzug, in diesem Falle eine selbstreinigende Überzugsschicht, mit den in der nachstehenden Tabelle 9 angegebenen Bestandteilen hergestellt. Tabelle 9 &udf53;vu10&udf54;&udf53;ta10,6:24,6:28,6&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bestandteile fÝr eine Emaille&udf50;einer selbstreinigenden ýberzugsschicht\ Gewichtsteile&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Weichporzellanmasse nach Beispiel 3\ 100&udf53;tz&udf54; \&udf57;°Kg&udf56;-MnOÊ\ Æ20&udf53;tz&udf54; \CuCOˤ´¤Cu(OH)ʤ´¤°Kn°k¤HÊO\ Æ10&udf53;tz&udf54; \AlÊOË\ Æ30&udf53;tz&udf54; \Wasserglas (Natriumsilicat)&udf50;(SiOʤ:¤NaÊO¤:¤HÊO¤=¤36¤:¤18¤:46 Gew.-%)\ Æ10&udf53;tz&udf54; \Wasser\ Æ60&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;
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Die mit den Bestandteilen der Tabelle 9 hergestellte geschlämmte Tonmasse wird auf den getrockneten ersten Überzug aufgesprüht, so daß man eine Gesamtdicke von etwa 200 µm erhält. Dann wird der zweite Überzug 15 Minuten bei 80°C getrocknet. Anschließend wird das Ganze 5 Minuten bei 540°C gebrannt. Die Prüfmuster werden in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 angegeben untersucht. Es wird festgestellt, daß alle Prüfmuster den Betrachtungstest Nr. 4, den Hafttest Nr. 5 und den Korrosionsbeständigkeitstest Nr. 6 bestanden haben.
Beispiel 5 (für die zweite Ausführungsform)
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Bei diesem Beispiel werden für die Prüfmuster aluminisierte Stahlplatten verwendet. Es wird eine geschlämmte Tonmasse mit den Bestandteilen des Ansatzes Nr. 1 der Tabelle 7 (vgl. Beispiel 3) hergestellt. Die Aufschlämmung wird auf die aluminisierten Stahlplatten gesprüht und zur Bildung des ersten Überzugs 15 Minuten lang bei verschiedenen Temperaturen getrocknet. Dann wird ein zweiter Überzug gemäß der in Beispiel 3 angegebenen Zusammensetzung hergestellt und das Ganze wird 5 Minuten bei 520°C eingebrannt.
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In der nachstehenden Tabelle 10 sind die Testergebnisse für die Prüfmuster angegeben, wobei die erste geschlämmte Tonmasseschicht bei verschiedenen Temperaturen getrocknet worden ist. Tabelle 10 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz17&udf54; &udf53;vu10&udf54;
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Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die Trocknungstemperatur zur Bildung des ersten Überzugs unterhalb 350°C liegen sollte.
Beispiel 6
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Eine aluminisierte Stahlplatte, die gleich der in Beispiel 3 als Metallsubstrat verwendeten ist, wird 30 Minuten bei 480°C einem Niedertemperaturanlassen zur Legierungsbildung unterworfen, so daß sich eine (Al, Fe, Si)M-Schicht an der Zwischenschicht zwischen der Stahlplatte und der Aluminiumschicht ausbildet. Der erste und der zweite Überzug werden mittels der gleichen, in Beispiel 5 genannten Bestandteile und unter den gleichen Verarbeitungsbedingungen, d. h. Trockentemperatur für den ersten Überzug bei 120°C, gebildet. Die Prüfmuster werden dann untersucht, und es wurde gefunden, daß sie sowohl den Betrachtungstest Nr. 4 als auch den Hafttest Nr. 5 und den Korrosionsbeständigkeitstest Nr. 6 bestanden haben. Außerdem zeigt die Rückseite, die nicht mit Emailleschichten bedeckt ist, keine Verfärbung.
Beispiel 7 (modifizierte zweite Ausführungsform)
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Mit den in Beispiel 3 genannten Bestandteilen wird eine geschlämmte Tonmasse für den ersten Überzug hergestellt. Die geschlämmte Tonmasse wird auf die Prüfmuster aufgesprüht und 15 Minuten bei 120°C getrocknet. Dann wird eine geschlämmte Tonmasse für den zweiten Überzug und einen dritten Überzug mit den nachstehenden, in Tabelle 11 genannten Bestandteilen hergestellt. Tabelle 11 &udf53;vu10&udf54;&udf53;ta10,6:24,6:28,6&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bestandteile\ Gewichtsteile&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Weichporzellanmasse nach Beispiel 3\ 100&udf53;tz&udf54; \Metalloxid fÝr eine Rotf¿rbung\ ÆÆ5&udf53;tz&udf54; \AlÊOË\ ÆÆ5&udf53;tz&udf54; \Natriumsilicat\ Æ12&udf53;tz&udf54; \Ton\ ÆÆ2&udf53;tz&udf54; \Wasser\ Æ47&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;
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Die geschlämmte Tonmasse der Tabelle 11 wird auf den ersten Überzug aufgesprüht und 15 Minuten bei 120°C zur Bildung des zweiten Überzugs getrocknet. Auf letzteren wird wiederum eine geschlämmte Tonmasse gemäß Tabelle 11 aufgesprüht und 15 Minuten bei 120°C getrocknet. Die drei Überzüge weisen eine Dicke von 100 µm auf. Danach werden die Prüfmuster mit den drei Überzügen 7 Minuten lang bei 520°C eingebrannt. Anschließend untersucht man die Prüfmuster und hat gefunden, daß alle Prüfmuster sowohl den Betrachtungstest Nr. 4 als auch den Hafttest Nr. 5 und auch den Korrosionsbeständigkeitstest Nr. 6 bestanden haben.
Beispiel 8
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Wenn ein elektrischer Ofen unter Verwendung von dünnen aluminisierten Stahlplatten hergestellt wird, wobei eine Oberfläche des Metallsubstrats mit einer selbstreinigenden katalytischen Emailleschicht nach dem Verfahren vorliegender Erfindung gebildet worden ist, während die andere Oberfläche als glänzende aluminisierte Fläche unverändert bleibt, können befriedigende Ergebnisse für eine Selbstreinigung erhalten werden, sogar wenn die Ausgangsleitung des Ofens unter 1,2 kW liegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß das aluminisierte Stahlblech hinsichtlich der thermischen Abschirmung überlegen ist und deshalb keine Wärme von der Rückseite abgestrahlt wird. Weil außerdem die Innenwände des Ofens aus dünnen aluminisierten Stahlplatten hergestellt sind, kann die Temperatur der Innenwand ohne weiteres auf etwa 300°C erhöht werden, was für eine selbstreinigende katalytische Wirkung in kurzer Zeit erforderlich ist.