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第八章

搪瓷工艺及品质要求

　　搪瓷，它其实是将无机玻璃质材料经过熔融凝于基体金属上并和金属牢靠结合在一起一个复合材料。

它关键有两个组成部分：

搪瓷用金属材料和瓷釉（无机玻璃质材料）。

　　1、搪瓷用金属材料

　　搪瓷用金属材料关键有钢材、铸铁、铝材、铜材和不锈钢。

搪瓷用钢材（关键是钢板）通常是指低碳钢钢板，即含碳量较底钢板（通常≤0.08%），这是用于容积式热水器内胆关键材料。

因为它化学组成成份、内部微观组织结构（金相结构）、表面情况及力学性能对搪瓷质量起着关键作用，所以，现在市场上较大热水器生产厂家均采取宝钢或武钢生产搪瓷用钢板，以确保内胆搪瓷质量。

　　搪瓷用铸铁是指含碳量在2.11%以上铁碳合金（小于2.11%铁碳合金叫钢），它关键用于生产卫生洁具（浴缸）、化学器械、炊具、下水管道等。

　　用于搪瓷铝材关键是纯铝和铝镁合金。

用于搪瓷铜材关键有紫铜（即纯铜）、黄铜（铜-锌合金）和青铜（铜-锡合金），其中以紫铜和黄铜应用最为广泛，比较有代表性铜搪瓷制品—景泰蓝就是以紫铜为基材制成铜搪瓷制品。

不锈钢，通常全部能进行涂搪，但因为不锈钢抗氧化能力较强，所以需要用特殊搪瓷瓷釉，同时因加工成本较高，现在较少采取此种方案。

　　2、瓷釉（无机玻璃质材料）

　　用于搪瓷瓷釉原料中关键包含三大类：

矿物原料、化工原料和色素原料。

　　矿物原料，是瓷釉关键成份，占有较大比重含量（因中国外不一样生产厂家而不一样）。

它关键包含：

石英（关键成份是二氧化硅－SiO2）、长石（碱金属或碱土金属硅酸盐，常见钾长石－K2OAl2O36SiO2）、粘土（含水铝硅盐矿物，关键为Al2O36SiO2和结晶水）。

　　化工原料是瓷釉辅助组成部分，它关键包含：

硼砂（Na2B4O710H2O）、硝酸钠（NaNO3）、纯碱（Na2CO3）、碳酸锂（Li2CO3）、碳酸钙（CaCO3）、氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）、二氧化钛（TiO2）、氧化锑（Sb2O3）、二氧化锆（ZrO2）、氧化钴（CoO）、氧化镍（NiO）、二氧化锰（MnO2）、氧化铁（Fe2O3）等等。

　　色素原料是指用于装饰瓷釉颜色材料。

共分有：

黑色、蓝色、褐色、灰色、绿色、粉红色、白色、黄色等8种。

　　瓷釉制作是将上述三种原料根据一定百分比（伴随生产厂家不一样而不一样），经过1200℃左右高温熔融，并经过急剧冷却成粒状或片状硼硅酸盐玻璃质。

它依据工艺性能分为底釉、面釉、边釉和饰花釉；依据基体材质不一样分为钢板釉、铸铁釉、铜搪瓷釉、铝搪瓷釉、不锈钢瓷釉。

　　搪瓷

在金属表面涂覆一层或数层瓷釉，经过烧成，二者发生物理化学反应而牢靠结合一个复合材料。

旧称珐琅。

有金属固有机械强度和加工性能，又有涂层含有耐腐蚀、耐磨、耐热、无毒及可装饰性。

搪瓷起源于玻璃装饰金属。

古埃及最早出现，其次是希腊。

6世纪欧洲嵌丝珐琅、剔花珐琅、浮雕珐琅、透光珐琅、画珐琅相继问世。

8世纪中国开始发展珐琅，到14世纪末珐琅技艺日趋成熟，15世纪中期明代景泰年间制品尤为著称，故有景泰蓝之称。

19世纪初，欧洲研制出铸铁搪瓷，为搪瓷由工艺品走向日用具奠定了基础，但因为当初铸造技术落后，铸铁搪瓷应用受到限制。

19世纪中，各类工业发展，促进钢板搪瓷兴起，开创了现代搪瓷新纪元。

19世纪末～20世纪上半叶，多种不一样性能瓷釉问世，钢板及其它金属材料推广利用，耐火材料、窑炉、涂搪技术不停更新，加紧了搪瓷工业发展。

　　搪瓷种类繁多，按用途可分为艺术搪瓷、日用搪瓷、卫生搪瓷、建筑搪瓷、工业搪瓷、特种搪瓷等。

搪瓷生产关键有釉料制备、坯体制备、涂搪、干燥、烧成、检验等工序。

对于艺术搪瓷、日用搪瓷、卫生搪瓷、建筑搪瓷等，为了外观装饰和使用需要，还需经过彩饰和装配。

工业搪瓷设备则需经检测后再进行组装。

铁搪瓷

1．铸铁搪瓷发展历史介绍

搪瓷最早出现在公元前13至11世纪，搪瓷基体关键是青铜。

中国搪瓷大约出现在公元8世纪，基体也是铜。

到了公元15世纪（明代）有了著名景泰蓝。

世界上搪瓷工业化大约开始于18世纪末，在19世纪初有了搪瓷厂。

当初没有什麽密着剂，在比较粗糙铸铁表面上能够取得比在光滑其它金属表面愈加好搪瓷密着效果。

而且受冶金技术限制生产不出优质钢板，搪瓷工业（并非艺术品）以铸铁为基体是那个年代最好选择。

所以能够说搪瓷工业化生产是从铸铁搪瓷开始。

1990年以前中国搪瓷工业以钢板搪瓷为主，铸铁搪瓷也有部分，关键是撒粉法生产卫生洁具（如铸铁浴缸），而湿法搪瓷工艺生产铸铁搪瓷制品几乎没有。

所以，在以前出版几本搪瓷工艺书（包含《中国搪瓷手册》）中，能够看到相关铸铁搪瓷只是浴缸撒粉法工艺，湿法铸铁搪瓷工艺内容仅仅一带而过。

1990年以后伴随台湾铸铁搪瓷企业迁入大陆，湿法涂搪工艺铸铁搪瓷壁炉、炊具、盥洗器具形成了越来越大生产规模。

前后，广东地域开始向欧美大量出口烧烤炉，带动了黑色一次搪铸铁搪瓷烧烤用具快速发展。

和钢板搪瓷相比，铸铁搪瓷有其独特优点。

比如：

铸铁表面比钢板粗糙，能够和瓷釉形成愈加好密着；受到通常外力冲击时，坯体不会变形，故瓷层也就不会轻易脱落，比钢板搪瓷愈加耐用；和钢板相比，铸铁即使不涂装保护层也极少锈蚀，像浴缸、壁炉这么较大型器具只要单面搪瓷即可满足使用要求；铸铁搪瓷器皿热容量大，用铸铁搪瓷锅煲汤，上桌很久也不会凉，比钢板搪瓷锅更受欢迎。

2．搪瓷用铸铁

铸铁是含碳量在2.1％以上铁碳合金。

工业用铸铁通常含碳量为2.1％～4％。

碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。

2-1铸铁种类

a.灰口铸铁

含碳量较高（2.7％～4.0％），碳关键以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。

浇铸凝固时收缩量小，减震性好。

b.白口铸铁

碳、硅含量较低，碳关键以渗碳体（Fe3C）形态存在，断面呈银白色。

凝固时收缩大，易产生裂纹。

硬度高，脆性大。

c.其它铸铁

除了灰口铸铁、白口铸铁以外还有可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁。

这些种类铸铁极少用来搪瓷。

适宜搪瓷是灰口铸铁,不能搪瓷是白口铸铁。

铸铁是灰口还是白口不仅取决于碳含量，还和冷却速度有直接关系。

快速冷却，碳来不及石墨化，以化合态渗碳体（Fe3C）存在，就形成白口铸铁；慢速冷却，石墨化进行根本，碳以片状石墨形态存在，就形成灰口铸铁。

其规律是：

快速冷却慢速冷却

←—————————————————————————————————→

白口铸铁麻口铸铁珠光体灰铸铁铁素体-珠光体灰铸铁铁素体灰口铸铁

2-2搪瓷用铸铁关键化学成份

碳：

总碳量3～3.7,其中石墨2.5

猛：

0.4～0.6

硅：

2～2.6

硫：

＜0.1

磷：

0.1～0.5

2-3关键化学成份对铸铁和搪瓷影响

铸铁中合金元素分为阻碍石墨化元素（C、Si、P）和促进石墨化元素（Mn、S）两大类。

a.碳（C）

较高含量碳能增加铸铁强度，但搪瓷烧成时碳含量越高，分解出二氧化碳越多，造成瓷层气泡。

薄壁产品碳含量应合适高部分，以增加坯体强度；厚壁产品碳含量可合适低部分，以降低瓷层气泡或针孔。

b.硅（Si）

硅含量过高使铸铁变脆，过低则翻砂困难。

硅促进化合碳转变成石墨，可降低瓷层气泡或针孔。

c.磷（P）

磷增加铁水流动性，使薄壁或大型铸件合格率提升；磷含量过高，会降低铸件强度和韧性（变脆）。

铸铁中磷含量很小，对搪瓷质量无影响。

d.硫（S）

硫对铸造和搪瓷全部有害，硫增大收缩量并降低铁水流动性，使浇铸不良；硫阻碍石墨化过程，使铸铁硬脆，并增加瓷层气泡或针孔。

e.锰（Mn）

锰含量低于0.5%,使铸铁材质变软；高于2%使材质变硬。

锰和硫化合生成硫化锰进入熔渣，漂浮在铁水上面，从而降低铸铁中硫含量。

硫化锰还易于在铸件表面析出，所以对毛坯仔细打磨和抛丸，可降低瓷层气泡或针孔。

2-4．和搪瓷相关铸铁性能

2-4-1铸铁机械性能

布氏硬度143～229

抗拉强度＞100MPa

抗弯强度＞260MPa

抗压强度＞500MPa

制造搪瓷化工设备用铸铁还须检验抗弯强度。

2-4-2铸铁物理性能

2-4-2-1热膨胀

铸铁热膨胀不仅和其化学成份相关还和铸造工艺相关，型模湿度、浇铸后冷却速度和脱模时间早晚全部会影响铸件热膨胀。

所以搪瓷厂应要求铸造厂制订严格铸造工艺，以保持铸件尺寸一致。

铸件在搪瓷前处理和瓷釉烧成过程中，当温度超出600℃时，膨胀系数会发生突变，且热膨胀不可逆，通常伸长1～２％或更多。

搪瓷厂在按用户来样设计模具图时必需考虑到铸件受热伸长量。

灰口铸铁在高温热处理后膨胀系数，平均在400×10-7/℃左右。

2-4-2-2铸铁吸气性

在加热熔化过程中，金属不停吸收和其相接触气体性质，叫做“吸气性”。

铁水凝固过程中，金属吸收气体不停以气泡形式析出，若气泡留在铸件中则形成气孔称为“析出性气孔”。

这种气孔在铸件浇铸时上部或最终凝固部位最为密集，是造成瓷层气泡或针孔原因之一。

2-4-2-3铸铁内气体扩散

气泡和针孔是铸铁搪瓷最常见缺点。

除了瓷釉高温流动性等影响原因外，瓷层出现气泡或针孔和铸铁中气体饱和程度有直接关系。

铸铁吸入气体越多，瓷层产生气泡也越多。

有些人认为铸铁中溶解氢或烧成时吸收气体比在钢板中轻易扩散。

事实证实情况恰好相反。

比如，厚钢板单面搪瓷通常不会产生鳞爆，但单面铸铁搪瓷却能产生鳞爆。

气体在铸铁内部不易扩散还反应在铸铁烤网“耐烧试验”上，铸铁烤网在刚出炉最初二十四小时内，经过600℃下保温1小时瓷面能够不起泡，但出炉3天以后再做以上试验，则80%以上要起泡。

为避免以上问题出现，在铸铁搪瓷生产中要尽可能避免气体产生和吸入。

最大厚度6mm铸铁样板单面搪瓷上鳞爆样板后面

2-4-2-4铸造应力及减小变形方法

内力：

金属内原子间距离发生改变而产生吸力和斥力统称为“内力”。

应力：

单位面积上内力称为“应力”。

铸造应力：

铸件在凝固及冷却过程中，收缩受到阻碍时，在铸件内部产生应力称为“铸造应力”。

铸造应力按内力不一样可分为两种：

拉应力：

内力为吸力时称为“拉应力”；

压应力：

内力为斥力时称为“压应力”。

铸件各部位冷凝时冷却速度不一致，冷却较慢部分形成拉应力，冷却较快部分形成压应力。

铸造应力按产生原因分为“热应力”、“相变应力”和“机械阻碍应力”。

造成应力原因消除后，铸件中仍存在应力称为“残余应力”。

由热应力引发弯曲变形，凹面总是在铸件冷却较慢一边。

这一点能够作为生产中产品发生变形时判定变形原因是加热时铸件摆放不妥还是铸件本身造型有问题依据。

铸造应力过大，超出铸件强度时，就会使铸件损坏。

热应力形成过程T形梁

铸造过程降低铸件产生应力方法：

a.尽可能选择收缩系数小材料；

b.采取同时凝固标准；

c.缓慢冷却，以减小铸件各部位温差；

d.采取退让性好型砂；

e.事先做出反变形量（模具设计时，在铸件可能产生变形相反方向做出变形量，这种事先做出变形量叫做“反变形量”）。

消除铸件内应力方法：

a.自然时效：

将铸件平稳放置，长时间储存。

b.人工时效：

铸件退火。

c.震动时效：

经过震动能够消除应力。

2-5铸件关键缺点及在搪瓷生产中克服方法

2-5-1气孔

经典气孔分为“析出性气孔”和“侵入性气孔”。

后者是因为铁水和砂型发生化学反应产生气体未能逸出，造成常集中在铸件浇注部位上部体积较大气孔。

这两种气孔对搪瓷损害几乎无法克服。

由此能够总结出以下规律：

对于搪瓷质量来说，铸件浇铸时形成上表面比下表面轻易出针孔或气泡；最轻易出针孔或气泡位置是冒口。

其原因是在铁水中较轻炉渣、杂质和气泡更轻易向上漂浮。

这是生产中判定造成缺点罪魁祸首是搪瓷工艺还是铸件关键依据。

根据这一规律，铸件关键面应设计为浇铸时模具下面，次要面设计为上面，有利于提升铸件搪瓷合格率。

2-5-2砂眼

浇注时型砂脱落造成铸件上出现凹坑。

小于2mm砂眼可