تحقیق در مورد لعابکاری فلزات

بخشی از مقاله

کارخانه لعاب خراسان
زمستان1385
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 ، یعنی بدون نیاز به لعابهای آستری 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 پیدامی کند .

امروزه حفاظت سطوح فلزی به کمک لعابکاری به گونه ای وسیع جایگزین سایرروش 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

فصل اول
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 معروف به 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 .

فصل دوم
مواد اولیه مورد استفاده در ساخت لعاب فلز
بنابر اظهار نظرکارشناسان مختلف ذخیره مواد خام الی مورد نیاز برای تولید رنگها و پلاستیکها در اعماق زمین رو به اتمام است این موادالی شامل نفت.زغال سنگ وگاز استمنبع مواد خام اولیه تمامی لعابهاپوسته زمین استو معادن مختلف موجود در انسرشار از مواد اولیه مورد نیاز لعاب می باشندو اخرین براوردها حاکی از پایان ناپذیر بودن این معادن است

پلاستیکها و رنگها بعنوان پوشش محافظ سطوح فلزی بالعاب در رقابت می باشندولی با توجه به پایان یافتن ذخائرمواد الی در اینده اینه چندان دور نهایتالعاب نقش برتری را در حفاظت از سطوح فلزی خواهد داشت و صنایع مختلف اجبارا باید در توسعه صنعت لعاب جدیت بیشتری به خرج دهند با توجه به بی نظیر بودنکیفیت 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 ان 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.
مواد خام برای لعابها
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 .
عوامل موثر در کیفیت قیمت تمام شده لعاب
انتخاب مواد اولیه برای ساخت لعابها بر اساس تعدادی از عوامل مختلف پایه گذاری شده است از جمله این عوامل میتوان به قیمت .میزان دسترسی به مواد اولیه که بستگی به موقعیت محلی دارد و بالاخره خدمات معتبر به مصرف کنندگان اشاره کردجدولهای مهمترین مواد خام و همچنین عملکرد هر یک در لعاب که برای تولید لعاب استفاده می شود کمک شایانی به مصرف کنندگان در انتخاب مواد اولیه می نمایدکه در صفحه بعد امده است

فصل سوم
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 .
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 .