Диэлектрическое покрытие для изделий из нержавеющей стали

 

Изобретение относится к эмалированию металлических изделий из нержавеющей стали, в частности к составам силикатных эмалей, используемых в качестве диэлектрического барьера в приборах, а также электродов генераторов озона. Сущность: диэлектрическое покрытие для изделий из нержавеющей стали содержит следующие компоненты мас. %:оксид кремния 42,0-62,7, оксид лития 2,0-8,0, оксид натрия 7,0-16, оксид калия 2,0-8,0, оксид бария 3,0-11,0, оксид стронция 3,0-7,0, оксид бора 1,0-6,0, оксид свинца 3,0-10,0, оксид кобальта 0,2-2,0, оксид никеля 0,1-1,0, кремнефтористый натрий 1,0-4,0. Свойства покрытия: температура начала размягчения 405-411^oС, диэлектрическая проницаемость 8,2-9,5, ТКЛР (119-130) 10^-7 1/град, тангенс угла диэлектрических потерь 0,05-0,08, электрическая прочность 25-30 кВ/мм. 3 табл.

Изобретение относится к эмалированию металлических изделий из нержавеющей стали, в частности к составам силикатных изделий-эмалей, используемых в качестве диэлектрического барьера деталей в приборах, а также электродов генераторов озона.

Известен состав эмали, представленный следующим соотношением компонентов, мол. SiO₂ 15,5-24,9 Al₂O₃ 0-17,0 B₂O₃ 27,9-37,4 Na₂O 2,4-6,8 К₂О 0-2,3 PbO 1,6-4,0 BaO 14,6-29,3 при этом (SiO₂+Al₂O₃+B₂O₃)=54,5-66,1 (Na₂O+K₂O)=2,4-6,8 Кроме этого, в состав эмали может входить по меньшей мере одна из следующих добавок в указанных количествах, мол. TiO₂ 0-7,6 СаО 0-7,6 CaF₂ 0,76 NiO 0-1,2 MnO₂ 0-4,3 СоО 0-1,5 Свойства (согласно описанию заявки) представлены в табл. 1.

Анализ представленных в табл.1 свойств показывает, что эта эмаль в качестве диэлектрического покрытия электродов озонатора из нержавеющей стали не может обеспечить его работоспособность в условиях электросинтеза озона. Целостность покрытия и его работоспособность в значительной степени определяются оптимальным соотношением дилатометрических свойств покрытия и подложки, уровнем и характером напряжений в системе "Металл-эмаль", прочностными свойствами покрытия. Для достижения согласованности теплового расширения нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т с диэлектрической эмалью последняя должна иметь ТКЛР, превышающий 115-120 10^-7 град^-1.

Кроме того эмалирование наружной выпуклой стороны электродов требует еще большего увеличения значения ТКЛР наносимой эмали. В выбранной в качестве прототипа заявке эмали всех представленных составов имеют ТКЛР 104 10^-7 град^-1 и ниже, что приводит к увеличению растягивающих напряжений в покрытии и, как следствие этого, к снижению механической и термической прочности и качества покрытия.

При эксплуатации изделий с этими покрытиями могут появиться сколы, микротрещины.

К диэлектрическим свойствам диэлектрического барьера электродов озонаторов предъявляют очень высокие требования. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери при этом являются важнейшими, так как в данном случае при использовании токов высокой частоты высокого напряжения величина потерь пропорциональна квадрату напряжения и частоте тока. Приведенные значения диэлектрических потерь эмали прототипа также недостаточны для диэлектрического барьера электродов высокочастотного озонатора. Достигаемым техническим результатом является повышение ТКЛР и электрической прочности и снижение угла диэлектрических потерь.

Указанный технический результат достигается тем, что диэлектрическое покрытие для изделий из нержавеющей стали имеет следующий состав, мас. SiO₂ 42,0-62,7 Li₂O 2,0-8,0 Na₂O 7,0-16,0 K₂O 2,0-8,0 ВаО 3,0-11,0 SrO 3,0-7,0 В₂О₃ 1,0-6,0 РbO 3,0-10,0 СоО 0,2-2,0 NiO 0,1-1,0 Na₂SiF₆ 0,1-4,0 Предлагаемый состав эмали отличается от известного дополнительным наличием компонентов Li₂O, SrO, Na₂SiF₆, а компоненты SiO₂, Na₂O, B₂O₃, K₂O, ВаО, PbO, CoO, NiO общие для обоих составов, имеют отличительные пределы содержания, мас. SiO₂ 42,0-62,7 Li₂O 2,0-8,0 Na₂O 7,0-16,0 К₂О 2,0-8,0 ВаО 3,0-11,0 SrO 3,0-7,0 В₂О₃ 1,0-6,0 PbO 3,0-10,0 CoO 0,2-2,0 NiO 0,1-1,0 Na₂SiF₆ 1,0-4,0 Совместное введение Li₂O, SrO, Na₂SiF₆ при выбранном соотношении компонентов в предлагаемом покрытии позволило повысить ТКЛР и электрическую прочность и снизить угол диэлектрических потерь.

Ниже приведены конкретные составы предлагаемого изобретения и пределы содержания компонентов прототипа (табл. 2).

Варку эмали проводили при температуре 1250^оС с течение 90-100 мин, после чего расплав выливали в воду и получали фритту. Затем фритту размалывали с добавлением воды, глины, буры в шаровых мельницах и получали шликер.

Подготовка поверхности изделий под эмалирование включает образование окисной пленки путем термического обжига в окислительной атмосфере.

Покрытие на изделие наносят послойно до толщины 0,9-1 мм. Обжиг каждого слоя покрытия производят при температуре 740^оС. Толщина одного слоя покрытия после обжига составляет 0,15 мм.

Результаты определения свойств предлагаемого покрытия представлены в табл. 3.

Из табл. 3 следует, что предлагаемое покрытие обладает более стабильными значениями диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в сравнении с прототипом. Тангенс угла диэлектрических потеpь при этом на порядок ниже, чем для прототипа, что обеспечивает повышение электрической прочности и надежности. Это свидетельствует о преимуществах предлагаемого покрытия в качестве диэлектрического барьера электродов высокочастотных озонаторов.

Формула изобретения

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ, включающее SiO₂, Na₂O, K₂O, BaO, B₂O₃, PbO, CoO, NiO, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Li₂O, SrO, Na₂SiF₆ при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 42,0 62,7 Na₂O 7 16 К₂О 2 8 ВаО 3 11
В₂О₃ 1 6
PbO 3 10
CoO 0,2 2,0
NiO 0,1 1,0
Li₂O 2 8
SrO 3 7
Na₂SiF₆ 1 4

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2