Анотація до роботи:

Саввова О.В. – Склокристалічні матові покриття в системі Na₂O – B₂O₃ – ZnO – TiO₂ – SiO₂ для виробів з маловуглецевих сталей. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю

05.17.11–технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.

Дисертація присвячена розробці наукових основ синтезу склокристалічних матових покриттів для захисту виробів з тонколистової сталі. За комплексною оцінкою способів одержання матових покриттів з використанням сучасних методів досліджень було встановлено перспективність застосування двофритного способу шляхом змішування двох несумісних фрит та однофритного способу шляхом направленої кристалізації. Встановлені загальні закономірності та особливості фазових перетворень в стеклах системи Na₂O – B₂O₃ – ZnO – TiO₂ – SiO₂, що дає можливість керувати процесом кристалізації та проектувати склокристалічні матові покриття з заданими фізико-хімічними та технологічними властивостями. Розроблено склади зазначених покриттів та запропоновано технологічні параметри новітньої ресурсо- і енергозберігаючої технологію за однофритним та двофритним способами. Отримані нові склокристалічні матові покриття з високими техніко-експлуатаційними (температура випалу 830-850 С впродовж лише 2-3 хвилин) та декоративними властивостями (блиск 9-12% , шорсткість 3,21-2,35 мкм). Дослідно-промислові випробування склокристалічних матових покриттів оптимальних складів показало можливість їх ефективного використання при емалюванні виробів побутового й архітектурно-будівельного призначення.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі розробки склокристалічних матових покриттів в системі Na₂О-B₂O₃-ТіО₂-ZnO-SiO₂ для виробів з маловуглецевих сталей, що дає змогу одержати нові склокристалічних покриття з регульованими оптико-механічними властивостями. Основні висновки:

1. Розроблено наукові основи синтезу склокристалічних матових покриттів в системі Na₂О-B₂O₃-ТіО₂-ZnO-SiO₂ для тонколистової маловуглецевої сталі, які полягають у регулюванні процесів фазоутворення завдяки ліквації та кристалізації сполук титану та цинку в стеклах цієї системи та покриттях на їх основі шляхом варіювання співвідношення модифікатору – Na₂О та склоутворювачів SiO₂ й B₂O₃. Досліджено склади зазначених покриттів та запропоновано технологічні параметри новітньої ресурсо- і енергозберігаючої технологію за однофритним та двофритним способами. Дослідно-промислове випробування результатів дослідження показало економічну ефективність використання розробленого склокристалічного матового покриття при емалюванні виробів побутового й архітектурно-будівельного призначення.

2. На основі відомостей про способи одержання матових склопокриттів на кераміці і металах та за результатами досліджень оптичних характеристик й поверхневої текстури експериментальних матових покриттів для досягнення їх блиску не більше за 19% та висоти нерівностей поверхні не більше за 2,4 мкм з відомих різноманітних способів як найбільш раціональними було обрано направлену кристалізацію однофритних склоемалей та ліквацію з послідуючою кристалізацією двофритної композиції.

3. Науково та експериментально обґрунтовано вибір склоутворюючої системи Na₂О-B₂O₃-ТіО₂-ZnO-SiO₂ для розробки складу вихідної скломатриці. З урахуванням сформульованих вимог до властивостей склокристалічних матових покриттів, що розробляються в цій системі, обрано область склоутворення і встановлено можливість синтезу стекол як основи зазначених покриттів у системі TiO₂+S-B₂O₃+S-ZnO+S, де S=40 SiО₂+ 15 Na₂O.

4. Виявлено залежність кристалізаційної здатності модельних стекол в умовах випалу покриттів з них від їх термічної передісторії та встановлено механізм одержання покриттів з різним ступенем блиску шляхом направленої кристалізації.

5. За даними ДТА встановлено позитивний вплив попередньої термообробки стекол в інтервалі склування на інтенсифікацію процесів кристалізації, результатом якої було зниження на 50 температури формування матових склокристалічних покриттів на сталевих виробах.

6. На основі дослідження особливостей фазового розподілу в стеклах системи Na₂O – B₂O₃–ZnO–TiO₂–SiO₂ з використанням електронної мікроскопії, ІЧ-спектроскопії та методу розсіювання рентгенівських променів під малими кутами встановлено, що ліквація як проміжний етап кристалізації не є обов’язковою умовою її протікання в зазначених стеклах. Однак спінодальна ліквація з наступною кристалізацією є більш вигідною з енергетичної точки зору, аніж стабільна кристалізація, і при SiO₂+B₂O₃>50 мол.% та при співвідношенні Na₂O/TiO₂1 забезпечує необхідний блиск матових покриттів (11-12 %) та висоту нерівностей поверхні в межах від 3,21 до 2,35 мкм і як результат- їх рівномірну шовковисту текстуру.

7. Встановлено, що для досягнення матовості покриттів, яка забезпечується кристалізацією стекол заданого фазового складу, і реалізації високих експлуатаційних властивостей необхідною умовою є стехіометричне співвідношення в стеклах TiO₂ до ZnO для утворення Zn₂TiO₄, а також TiO₂ (рутил) та Zn₂SiO₄. Результати петрографічного, ренгенофазового та градієнтно-термічного аналізів показали, що в покриттях на основі стекол, у яких реалізується співвідношення TiO₂/ZnO=1;0,4;0,6, можна одержати стекла з висотою нерівностей поверхні 2,4 мкм і блиском 9-10 %, що пов’язано з інтенсивною кристалізацією переважно віллеміту у кількості 15-20 % з розміром кристалів 90-120 мкм. При забезпеченні в стеклах співвідношення TiO₂/ZnO=1;1,33 має місце кристалізація переважно рутилу з рівномірним розподілом кристалічної фази у кількості 15-20 % з розміром кристалів 30-60 мкм, що сприяє формуванню дрібнодисперсної шовковистої текстури покриттів з блиском 11-12 %.

8. На підставі проведених досліджень був оптимізований склад скломатриці для одержання за однофритним способом склокристалічного матового покриття за оптичними характеристиками одержаного покриття (мас.%): SiО₂–40,0; B₂O₃–10,0; Na₂O–15,0; ZnO–20,0; TiO₂–15,0 з високими техніко-експлуатаційними показниками: мікротвердість 4250 МПа, хімічна стійкість клас А та декоративними властивостями: блиск 11 %, шорсткість 2,35 мкм при температурі випалу 830 С впродовж лише 2-3 хвилин.

9. В умовах АТЗТ ТД «Емальзавод» (м.Харків) та ТПК “Прімекс” (м.Запоріжжя) були проведені дослідно-промислові випробування матових покриттів МП-8 та К-1, розроблених відповідно за одно- та двофритним способами. Ці випробування показали, що застосування розроблених фрит для захисту виробів побутового та архітектурно-будівельного призначення дозволило одержати економічний ефект відповідно 1,788 та 0,88 грн. на 1м² покриття. Отримані результати створюють передумови для застосування розроблених покриттів на емалювальних підприємствах України і країн СНД, що випускають аналогічну продукцію.

10. Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес при підготовці фахівців і магістрів за фахом 091606 «Хімічна технологія тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів».

Публікації автора:

1. Брагіна Л.Л., Саввова О.В., Шалигіна О.О., Городнічева І.В Особливості синтезу емалевих покриттів з регульованим світловідбиттям // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2001. - №19. – С.19-22.

Здобувачем встановлено особливості синтезу емалевих покриттів з регульованим світловідбиттям.

2. Саввова О.В., Брагіна Л.Л. Вплив ступеня і характеру кристалізації силікатних покриттів на їх оптичні характеристики // Сборник трудов ОАО “УкрНИИогнеупоров им.А.С.Бережного”. – Харьков:Каравела, 2001. - №101. – С.169-174.

Здобувачем досліджено взаємозв’язок між характером кристалічної фази після варіння і випалу та оптичними характеристиками одержаних покриттів

3.Саввова О.В. Наукові основи синтезу склопокриття з дифузним світловідбиттям // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2002. – Вып.6. – Том 2. – С.

4. Саввова О.В., Брагіна Л.Л., Соболь Н.П., Бурлаков.Р.Н. Система Na₂O-B₂O₃-TiO₂-ZnO-SiO₂ як основа закристалізованих матових покриттів / // Сборник трудов ОАО “УкрНИИогнеупоров им.А.С.Бережного”. – Харьков:Каравела, 2002. - №102. – С.126-129.

Здобувачем досліджено систему Na₂O-B₂O₃-TiO₂-ZnO-SiO₂ та встановлено процеси формування покриття, які відбуваються в даній системі у результаті кристалізації

5. Саввова О.В., Брагіна Л.Л. Фазоутворення при випалі склокристалічних матових покриттів // Сборник трудов ОАО “УкрНИИогнеупоров им.А.С.Бережного”. – Харьков:Каравела, 2003. - №103. – С.146-150.

Здобувачем встановлено вплив процесів фазоутворення на характер поверхні матових склопокриттів.

6. Саввова О.В., Брагіна Л.Л., Рєзнікова В.В., Шалигіна О.В., Соболь Н.П. Вплив попередньої термообробки стекол системи Na₂O-B₂O₃-TiO₂-ZnO-SiO₂ на їх кристалізаційну здатність // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2004. - №15. – С.69-74.

Здобувачем визначено вплив попередньої термообробки стекол на характер кристалізації матових склопокриттів.

7. Саввова О.В. Вплив кристалізації на характер поверхні матових покриттів // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2004. - №34. – С.46-49.

8. Саввова О.В., Брагіна Л.Л. Роль ліквації в процесі кристалізації титанвміщуючих захисних покриттів // Сборник трудов ОАО “УкрНИИогнеупоров им.А.С.Бережного”. – Харьков: Каравела,2004. - №104. – С.148-154.

Здобувачем досліджено теоретичні основи стадій процесу фазового розділення в умовах метастабільної лівкації. За результатами електронної мікроскопії визначено концентраційні області в системі Na₂O-B₂O₃-ZnO-TiO₂-SiO₂ з різним механізмом розшарування.

9. Шалыгина О.В., Брагина Л.Л., Резникова В.В., Саввова О.В. Легкоплавкие грунтовые стеклоэмали для электростатического нанесения на сталь // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: УДХТУ – 2004 г. – № 5. - С. 48-51.

Здобувачем визначено значення топкісних і фізико-хімічних властивостей емалевих фрит та співвідношення цих характеристик при сумісному випалі грунтового та покривного емалевих шарів.

10. Деклараційний патент 52075 А Україна, МКІ⁶ С03С8/20 Матове емалеве покриття/ Л.Л.Брагіна, О.В.Саввова, О.В.Шалигіна, Н.П.Соболь, І.В.Городнічева (Україна). - №2002021044; Заявлено 08.02.2002; Видано 16.12.2002. Бюл.№12. – 3с.

Здобувачем проведено оцінку можливості використання матових покриттів при емалюванні архітектурно-будівельних деталей.

11. Саввова О.В., Бурлаков Р.Н. Особенности кристаллизации в системе Na₂O-B₂O₃-TiO₂-ZnO-SiO₂ // Сборник тезисов докладов международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла. – 2002. –61 с.

Здобувачем встановлено особливість кристалізації в системі Na₂O-B₂O₃-TiO₂-ZnO-SiO₂.

12. Саввова О.В., Брагіна Л.Л., Соболь Н.П., Калінін Є.В. Вплив цинку на кристалізацію титанвміщуючих сполук в системі Na₂O-B₂O₃-TiO₂-ZnO-SiO₂ // Сборник тезисов докладов международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла. – 2003. – 44 с.

Здобувачем досліджено характер впливу цинку на кристалізацію титанвміщуючих сполук.

13. Брагина Л.Л., Саввова О.В. Роль координационного состояния Ti⁴⁺ в образовании матовых стеклопокрытий // Весник БГТУ имени В.Г.Шухова. – Белгород. – 2003. - №5. – Ч.2. – С.48-51.

Здобувачем досліджено влив координаційного стану Ti⁴⁺ на характер процесу кристалізації титанатних стекол.

14. Саввова О.В., Брагіна Л.Л. Принципи синтезу матових склоемалевих покриттів // Збірник тез доповідей науково-технічної конференції “Перспективні напрямки розвитку науки і технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів”. – Дніпропетровськ. - 2003. – 64с.

Здобувачем розглянуто основні принципи синтезу матових склоемалевих покриттів.

15. Брагіна Л.Л., Саввова О.В., Соболь Н.П. Формування склокристалічних матових покриттів по сталі // Сборник докладов 4-й Международной конференции “Оборудование и технологи термической обработки металлов и сплавов”. – Харьков: ИПЦ “Контраст”. – 2003. – Ч.2. – С.216-219.

Здобувачем встановлено характер формування склокристалічних матових покриттів по сталі.

16. Саввова О.В., Брагіна Л.Л., Соболь Н.П., Калінін Є.В. Фактори, які сприяють формуванню структури склокристалічних матеріалів // Сборник тезисов докладов международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла. – 2004. – 76 с.

Здобувачем з’ясовано роль факторів в процесі формуванню структури склокристалічних матеріалів.

17. L. Bragina, G. Voronov, O. Savova, N. Sobol Ground enamels based on technogenius raw material basis and matte enamels for architectural-building purposes // Innovative trends in enamelling technology. – Ostrava: VSB – Technical University of Ostrava, 2004. – P. 20-25.

Здобувачем розглянуто особливості синтезу матових емалевих покриттів для виробів архітектурно-будівельного призначення.