Эмалирование

Эмалирование — это технологический процесс нанесения на поверхность изделий (преимущественно металлических) стекловидного или стеклокерамического покрытия (эмали) с последующим его закреплением путём высокотемпературного обжига. Цель эмалирования — придание изделию декоративных свойств, защита от коррозии, агрессивных сред, механических повреждений и высоких температур, а также создание гигиеничной, легко очищаемой поверхности. Эмалирование является одним из старейших и наиболее распространённых методов финишной обработки металлов.

История

Древний мир и Средневековье

Техника эмалирования известна с глубокой древности. Первые образцы эмалированных изделий, датируемые II тысячелетием до н. э., были найдены в Египте, Месопотамии и Микенах. Древние мастера использовали цветные стекловидные пасты для инкрустации ювелирных украшений, амулетов и предметов культа. В античную эпоху эмалирование получило развитие в Древней Греции и Риме, где применялось для украшения фибул, сосудов и оружия.

Наибольшего расцвета искусство эмалирования достигло в Византии (IV–XV века). Византийские мастера разработали технику перегородчатой эмали (клуазоне), при которой тонкие металлические перегородки, припаянные к основе, образовывали ячейки, заполняемые разноцветной эмалью. Эта техника использовалась для создания икон, окладов книг, церковной утвари и ювелирных изделий. Из Византии эмальерное искусство распространилось в Западную Европу, на Русь и в страны Востока.

В средневековой Европе эмалирование активно применялось в романском и готическом искусстве. Знаменитыми центрами стали Лимож (Франция), где с XII века производились эмалированные изделия в технике выемчатой эмали (шамплеве), а также города Германии и Италии. На Руси эмалирование (финифть) получило распространение с X века, особенно в Новгороде, Киеве и Москве. Русские мастера создавали высокохудожественные оклады икон, кресты, панагии и украшения.

Новое и Новейшее время

С XVII века эмалирование стало применяться не только в ювелирном деле, но и для защиты бытовых металлических изделий: посуды, котлов, печных приборов. В XVIII–XIX веках с развитием промышленности возникла потребность в коррозионно-стойких покрытиях для химического оборудования, трубопроводов и резервуаров. В 1830-х годах в Германии и Франции были разработаны первые промышленные технологии нанесения эмали на чугун и сталь. В России промышленное эмалирование начало развиваться в конце XIX века, в частности на заводах по производству эмалированной посуды (например, завод «Эмальпосуда» в Санкт-Петербурге).

В XX веке эмалирование получило широкое распространение в производстве бытовой техники (газовые и электрические плиты, холодильники, стиральные машины), сантехники (ванны, раковины), химической и пищевой промышленности. Были разработаны новые виды эмалей — жаростойкие, кислотостойкие, электроизоляционные. В СССР эмалирование было важной отраслью промышленности, выпускавшей эмалированную посуду, ванны, резервуары для агрессивных сред.

Классификация

Эмалирование классифицируется по нескольким признакам:

По типу основы

• Эмалирование чёрных металлов (чугуна, стали) — наиболее распространённый вид, используемый для посуды, сантехники, химической аппаратуры.
• Эмалирование цветных металлов (меди, латуни, бронзы, алюминия, серебра, золота) — применяется в ювелирном деле, декоративно-прикладном искусстве и электротехнике.

По технологии нанесения

• Мокрое эмалирование — нанесение эмалевого шликера (суспензии) на поверхность изделия методом окунания, облива или пульверизации.
• Сухое эмалирование — нанесение сухого порошка эмали на нагретую поверхность (напыление, обсыпка). Применяется для толстослойных покрытий.
• Электростатическое эмалирование — нанесение порошка в электрическом поле, обеспечивающее равномерное покрытие сложных поверхностей.
• Эмалирование в кипящем слое — нанесение порошка на нагретую деталь в псевдоожиженном слое.

По виду эмали

• Грунтовые эмали — обеспечивают адгезию (сцепление) покрытия с металлом и защиту от коррозии.
• Покрывные эмали — придают изделию декоративные свойства (цвет, блеск, гладкость) и защитные функции (кислотостойкость, термостойкость).
• Однослойные эмали — сочетают функции грунта и покрывного слоя.

По назначению

• Бытовая эмаль — для посуды, ванн, плит, холодильников.
• Химическая эмаль — для аппаратов, работающих в агрессивных средах (кислоты, щёлочи).
• Жаростойкая эмаль — для деталей, работающих при высоких температурах (трубы, печи, выхлопные системы).
• Электроизоляционная эмаль — для изоляции проводов и электрических компонентов.
• Ювелирная эмаль — для художественных и декоративных изделий.

Технологический процесс

Технология эмалирования включает несколько последовательных этапов:

1. Подготовка поверхности — очистка от загрязнений, обезжиривание, травление (для удаления окалины и ржавчины), промывка и сушка. Для улучшения сцепления эмали с металлом может применяться пескоструйная обработка или фосфатирование.
2. Приготовление эмалевого шликера — измельчение фритты (стекловидного полуфабриката) в шаровых мельницах с добавлением воды, глины, электролитов и пигментов до получения однородной суспензии.
3. Нанесение эмали — один из способов (окунание, облив, пульверизация, напыление). Для многослойных покрытий наносится сначала грунтовый, затем покрывной слой.
4. Сушка — удаление влаги из нанесённого слоя при температуре 60–120 °C.
5. Обжиг — высокотемпературная обработка (обычно 750–950 °C для стали и чугуна, 500–700 °C для алюминия) в печах. В процессе обжига эмаль расплавляется, растекается по поверхности и прочно спекается с металлом, образуя стекловидное покрытие.
6. Контроль качества — визуальный осмотр, проверка толщины покрытия, испытания на термостойкость, кислотостойкость и ударную прочность.

Свойства и характеристики эмалированных покрытий

Эмалированные покрытия обладают рядом ценных свойств:

• Высокая коррозионная стойкость — эмаль устойчива к действию большинства кислот (кроме плавиковой), щелочей, солей и органических растворителей.
• Термостойкость — выдерживает нагрев до 400–500 °C (для жаростойких эмалей — до 800 °C) и резкие перепады температур.
• Твёрдость и износостойкость — эмаль твёрже стали, устойчива к истиранию и царапинам.
• Гигиеничность — гладкая, непористая поверхность легко моется, не впитывает запахи и микроорганизмы.
• Декоративность — возможность получения широкой цветовой гаммы, глянцевого или матового блеска, а также художественных эффектов.
• Электроизоляционные свойства — эмаль является диэлектриком.

Недостатками эмали являются хрупкость (склонность к сколам при сильных ударах) и чувствительность к резким перепадам температур (может растрескиваться).

Применение

Эмалирование применяется в различных отраслях:

• Производство бытовой посуды — кастрюли, сковороды, чайники, кружки, миски. Эмалированная посуда широко распространена в России и странах бывшего СССР.
• Сантехника — ванны, раковины, душевые поддоны.
• Бытовая техника — корпуса газовых и электрических плит, духовок, холодильников, стиральных машин.
• Химическая промышленность — резервуары, реакторы, трубопроводы, насосы для агрессивных жидкостей.
• Пищевая промышленность — ёмкости для хранения и переработки пищевых продуктов, молочные цистерны.
• Энергетика — защита труб котлов, теплообменников, дымовых труб.
• Транспорт — покрытие деталей выхлопных систем, кузовов специальных автомобилей.
• Ювелирное дело и декоративно-прикладное искусство — создание украшений, икон, миниатюр, эмалевых панно (ростовская финифть, перегородчатая эмаль).

Интересные факты

• Самая древняя эмалированная вещь, найденная археологами, — золотой перстень с перегородчатой эмалью из Микен (XIV век до н. э.).
• В России одним из центров художественного эмалирования является город Ростов Великий, где с XVIII века существует промысел ростовской финифти (эмали по меди).
• Эмалированная посуда была обязательным атрибутом советских квартир и общепита. В 1960-х годах в СССР выпускалось более 100 миллионов эмалированных изделий в год.
• Технология эмалирования используется при производстве дорожных знаков (для повышения светоотражающих свойств и долговечности).
• В современной электронике эмалирование применяется для изоляции обмоточных проводов (эмаль-провода).

Источники

1. Технология эмали и эмалирования металлов / Под ред. В. В. Варгина. — М.: Машиностроение, 1965.
2. Эмалирование металлов / А. И. Борисенко, В. В. Варгин. — М.: Металлургия, 1978.
3. Художественная эмаль: история и технология / Н. В. Донцова. — М.: Искусство, 1989.
4. ГОСТ 24788-2018. Посуда стальная эмалированная. Технические условия.
5. ГОСТ Р 51128-98. Эмали стеклообразные для металлов. Классификация и технические требования.