Введение. Нанесение покрытий, качество и характеристики которого играют немаловажную роль в получении изделия, является одним из распространенных способов декорирования [1–3]. Они позволяют придать особые эстетические свойства материалам, такие как художественная выразительность и целостность композиции [4–8].Колеманит является ценным природным промышленным источником нерастворимого бора [9, 10] и борной кислоты, которые применяются в самых различных областях промышленности: химической, фармацевтической и др. [11, 12].При введении колеманита ускоряются процессы силикато- и стеклообразования в шихте, существенно облегчается варка стёкол за счёт вовлечения в реакцию силикатообразования большего количества оксида бора, чем в шихте на основе борной кислоты. Образующиеся в ходе реакций боро- и алюмосиликаты кальция способствуют более быстрому переходу тугоплавких компонентов системы в расплав. Однако в процессе термообработки при температуре около 500 °С, шихта на основе колеманита увеличивается в объёме на 10–20 %, что вызвано дегидратацией Са2В6Оn·Н2О. Это следует принимать во внимание при производственных варках кальций-алюмоборосиликатного стекла на основе колеманита [9, 10, 13–15].Также при использовании колеманита сокращаются потери оксида бора при варке стёкол. Большая его часть в процессе стекло- и силикатообразования находится в химически связанном состоянии: колеманит переходит в борат кальция, а затем в боросиликат кальция. Снижение летучести борного ангидрида позволит повысить качество продукции, уменьшить вредное воздействие В2О3 на экологию в целом.Термостойкие керамические материалы обладают значительным водопоглощением. В настоящее время расширяется использование посудомоечных машин, поэтому стало важным получение материалов, обладающих плотной структурой, что обеспечит улучшение таких свойств изделий как прочность, термическая стойкость и др. [16].С целью регулирования структурно-технологических факторов производства керамики в состав исходной шихты вводят различные добавки, способные образовывать жидкую фазу в области температур обжига. Преимущество на рынке отдается соединениям бора, которые способны плавится при пониженных температурах, снижать вязкость и ТКЛР стеклофазы [16]. При этом материалы с их использованием обладают повышенной хим- и термостойкостью, а также механической прочностью [16].Материалы и методы. Для исследований были использованы стеклоэмали марок ЭСГ-26 и ЭСП-210.В качестве составных частей шликера для нанесения грунтовой эмали, помимо ЭСГ-26, применяли песок, буру и бентонитовую глину. Для приготовления экспериментальной покровной эмали использовали песок Кормиловского месторождения, полевошпатовый концентрат, поташ, соду кальцинированную, буру и колеманит следующего химического состава (таблица 1).Таблица 1Химический состав колеманитаХимический состав, мас. %SiO2Al2O3CaOB2O36,850,2735,352,49В качестве подложки использовали стальные пластины марки СТ-3. Стеклоэмали измельчали в фарфоровой ступке. Варка экспериментальной фритты производилась в электрической печи. Сушка и обжиг – в лабораторной муфельной печи СНОЛ–1,6.Основная часть. Поверхность любого изделия всегда имеет достаточное количество загрязнений, которые влияют на силу сцепления эмали с металлом, а это, в свою очередь, ведёт к появлению дефектов на эмалевом покрытии. Для исследований использовали следующие методы подготовки поверхности образцов: механическое удаление ржавчины и загрязнений с помощью наждачной бумаги, обезжиривание с использованием ацетона.Шликер наносили на зафиксированные и обработанные пластины методом полива по всей поверхности. Сушка эмали проходила в сушильном шкафу в течение 25 минут при температуре 150 °C. Чтобы избежать обогащения печной атмосферы парами воды, потому что это может повлиять на сцепление эмали с основой, была произведена тщательная сушка эмалевого покрытия.Наиболее ответственной операцией эмалирования является обжиг грунтовой эмали, в результате чего происходит сцепление покрытия с металлической основой. Для производства эмали по стали проводили расчёт шихты следующего химического состава (табл. 2).Таблица 2Химический состав эмалиХимический состав, мас. %SiO2Al2O3CaONa2OК2ОB2O349,010,57,017,02,514,0Для определения количества сырьевых материалов в шихте составляли систему уравнений, которую решали с использованием программы Shichta. Для приготовления брикетов все сырьевые компоненты смешивали в нужных пропорциях и увлажняли.Варка полученных образцов (рис. 1) проводилась в электрической печи с нагревом до 1300 °C в течение 5 часов, затем шла выдержка тиглей, которая длилась 2 часа. После выдержки следовала студка образцов при комнатной температуре (рис. 2).Рис. 1. Приготовленные брикетыРис. 2. Экспериментальная эмальС целью исследований экспериментальной покровной эмали и ЭСП-210, шликера из этих эмалей, наносили на пластины с грунтовой эмалью. Приготовление шликеров проходило путем измельчения в фарфоровой ступке и просеивания через сито 0071. Пропорции шликеров следующие: 100 % эмали, 10 % бентонитовой глины,50 % воды. Шликер в керамическом сосуде подвергся «старению» в течение 24 часов. На зафиксированные пластины, покрытые грунтовой эмалью, шликер наносили методом полива по всей поверхности, излишки с поверхности удаляли методом разгона массы шликера относительно подложки динамическими воздействиями.Для определения оптимального температурно-временного режима обжига покрытий, термообработка образцов велась в интервале температур от 825 до 950 °С с шагом 25, продолжительностью 5 мин. Получены следующие результаты по экспериментальной эмали (рисунок 3):при температуре 825 °С оплавления эмали не произошло;при температурах 850, 875, 900 и 925 °С покрытие оплавилось, но наблюдался недожог эмали;при температуре 950 °С получилось ровно оплавленное покрытие с хорошей силой сцепления.Получены следующие результаты по эмали ЭСП-210 (рис. 4):при температуре 825 °С на образце, покрытом эмалью ЭСП-210, получили ровно оплавленное покрытие с хорошей силой сцепления;при температурах 850, 875, 900, 925 и950 °С покрытие оплавилось, но наблюдался пережог эмали.Выводы. В ходе эксперимента выявлено, что колеманитом можно частично заменить буру при приготовлении шликера для покровной эмали. Установлено, что полученная экспериментальная эмаль более тугоплавкая, чем эмаль ЭСП-210. Подобранные температурно-временные условия позволили установить, что оптимальной температурой обжига для экспериментального покрытия является 950 °С, а для эмали ЭСП-210 – 825 °С. Источник финансирования. Программа развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова с использованием оборудования ЦВТ на базе БГТУ им. В.Г. Шухова.