Способ матирования объемных изделий из стекла
Владельцы патента RU 2770201:
Автономная некоммерческая организация высшего образования «Белгородский университет кооперации, экономики и права» (RU)
Изобретение относится к области матирования объемных изделий из стекла и может быть использовано в стекольной промышленности. Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении качества матирования объемных изделий из стекла и снижении энергозатрат за счет ускорения процесса матирования. Способ матирования объемных изделий из стекла включает сортировку стеклянного полуфабриката, обезжиривание его поверхности и наложение на нее трафарета для декора из тонкой медной фольги, подачу в плазменную горелку медного материала для его плазменного напыления в виде декора на поверхность изделий. При остывании изделий и снятии трафарета происходит самоотслоение частиц меди с образованием матовой поверхности в областях, которые не были закрыты трафаретом. В качестве медного материала в плазменную горелку подают медный порошок фракции менее 224 мкм, с расходом 2,5-3,5 г/сек, а перед нанесением декора поверхность изделий подогревается отходящим потоком плазмообразующего газа до 573 К. Плазменное напыление осуществляется при мощности работы плазмотрона 7,5 кВт и расходе плазмообразующего газа 15 л/мин. 4 табл.
Изобретение относится к области матирования объемных изделий из стекла и может быть использовано в стекольной промышленности.
Известен ряд способов матирования объемных изделий из стекла с использованием пескоструйной обработки, недостатками которых являются высокие энергозатраты за счет длительности процесса, низкое качество матирования (неоднородное матирование различных участков стеклоизделий, неравномерный рельеф и градиентное пятно отпечатка абразивной струи).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ матирования сортовой посуды из стекла (рюмки, фужеры), включающий сортировку стеклянного полуфабриката, обезжиривание его поверхности и наложение на нее трафарета, подачу в плазменную горелку металлической проволоки диаметром 1,0-1,6 мм со скоростью 0,05-0,10 м/с, которая расплавляется до частиц меди (80-1450 мкм) при плазменном напылении на расстоянии 200 - 350 мм от среза плазменной горелки до поверхности стеклоизделия при расходе плазмообразующего газа 20 л/мин и мощности работы плазмотрона 10,5 кВт, снятие трафарета и сортировку готовых изделий [Немец И.И., Крохин В.П., Бессмертный В.С., Силко А.И. Плазменное матирование изделий сортовой посуды // Стекло и керамика, 1983. № 12. С. 8-9].
Недостатками данного способа являются низкое качество матирования объемных изделий из стекла, высокие энергозатраты за счет длительности процесса матирования.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении качества матирования объемных изделий из стекла и снижении энергозатрат за счет ускорения процесса матирования.
Технический результат достигается тем, что способ матирования объемных изделий из стекла включает сортировку стеклянного полуфабриката, обезжиривание его поверхности и наложение на нее трафарета для декора из тонкой медной фольги, подачу в плазменную горелку медного материала для его плазменного напыления в виде декора на поверхности изделий, самотслоение частиц меди при снятии трафарета для декора из тонкой медной фольги, сортировку готовых изделий, причем в качестве медного материала для подачи в плазменную горелку используется медный порошок с фракцией менее 224 мкм, вводимый в плазменную горелку с расходом 2,5-3,5 г/сек, а перед нанесением декора поверхность изделий подогревается отходящим потоком плазмообразующего газа до 573 К, кроме того плазменное напыление осуществляется при мощности работы плазмотрона 7,5 кВт и расходе плазмообразующего газа 15 л/мин.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве медного материала для подачи в плазменную горелку используется медный порошок с фракцией менее 224 мкм, вводимый в плазменную горелку с расходом 2,5-3,5 г/сек, а перед нанесением декора поверхность изделий подогревается отходящим потоком плазмообразующего газа до 573 К, кроме того плазменное напыление осуществляется при мощности работы плазмотрона 7,5 кВт и расходе плазмообразующего газа 15 л/мин.
Сопоставительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.
Проведенный анализ способов декорирования изделий из стекла позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого способа критерию «новизна».
В предлагаемом способе расплавленная частица металла менее 224 мкм размягчает поверхностный слой стекла на глубину до 100 мкм и при ударе о поверхность стекла образует неровности с шероховатостью 50-80 мкм. Незначительный разогрев поверхностного слоя стекла не приводит к образованию микротрещин при предварительном подогреве изделия до 573 К.
Высокая производительность матирования осуществляется за счет использования в качестве напыляемого материала медный порошок с фракцией менее 224 мкм, вводимого в плазменную горелку с расходом 2,5-3,5 г/сек, что позволяет проводить равномерное матирование на больших площадях и снижать энергозатраты за счет уменьшения длительности процесса расплавления медного порошка.
Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций известного и предполагаемого способов
| Известный способ | Предлагаемый способ |
| Сортировка стеклянного полуфабриката Обезжиривание поверхности стеклянного полуфабриката Наложение трафарета из тонкой медной фольги на лицевую поверхность стеклоизделия Подача проволоки диаметром 1,0-1,6 мм в плазменную горелку со скоростью 0,05-0,10 м/с Плазменное напыление частиц меди по всей поверхности изделия (80-1450 мкм) Снятие трафарета Самоотслоение частиц меди с элементами декора Сортировка готовых изделий |
Сортировка стеклянного полуфабриката Обезжиривание поверхности стеклянного полуфабриката Наложение трафарета из тонкой медной фольги на лицевую поверхность стеклоизделия Подогрев стеклоизделия отходящим потоком плазмообразующего газа (30-40 сек) Подача медного порошка фракцией менее 224 мкм в плазменную горелку Плазменное напыление частиц меди по всей поверхности изделия Снятие трафарета Самоотслоение частиц меди с элементами декора Сортировка готовых изделий |
Таблица 2
Сопоставительный анализ показателей качества и режимов обработки
| № п/п |
Показатели качества и режимы обработки | Ед. изм. | Известный способ | Предлагаемый способ |
| Напыляемый материал | мкм | проволока 1000-1600 | порошок менее 224 | |
| Время напыления 10 см2 | с | 50 | 5 | |
| Состав расплавленных частиц металла | мкм | 80-1450 | менее 224 | |
| Светопропускание при толщине стекла 5 мм | % | 56 | 60±1,0 | |
| Микрошероховатость | мм (мкм) | 0,2 (200) |
0,05-0,08 (50-80) |
|
| Параметры работы плазмотрона: - рабочее напряжение - ток |
В А |
30-32 350 |
30-32 250 |
|
| Расход аргона | л/мин | 20 | 15 | |
| Расстояние от среза горелки до поверхности изделия | мм | 200-350 | 200-350 | |
| Скорость подачи проволоки в горелку | м/с | 0,01-0,110 | - | |
| Диаметр проволоки | мм | 1,0-1,6 | ||
| Расход порошка металла | г/с | - | 2,5-3,5 | |
| Изделия для матирования | - | небольших размеров (рюмки, фужеры, стаканы, бокалы) | объемные изделия больших размеров (вазы, блюда, художественные изделия) | |
| Объем изделий | л | 0,1-0,25 | 3-10 |
За счет значительной разности ТКЛР (термического коэффициента линейного расширения) металла и стекла происходит при остывании изделия самопроизвольное отслаивание напыленного покрытия. Так, в нашем случае объемное крупное изделие из хрусталя имело ТКЛР 109,4·10-7 град-1, а ТКЛР меди – 170·10-7 град-1.
Как известно, разность ТКЛР покрытия и подложки не должно превышать 5-10%. При различных ТКЛР покрытия и подложки наблюдается образование самоотслоения покрытия [Химическая технология стекла и ситаллов: Учебник для вузов / М.В. Артамонова, М.С. Асланова, И.М. Бужинский и др. Под ред. Н.М. Павлушкина. – М.: Стройиздат, 1983. 432 с.].
Сопоставительный анализ показателей качества и режимов обработки представлены в таблице 2.
За счет значительной разности ТКЛР (термического коэффициента линейного расширения) металла и стекла происходит при остывании изделия самопроизвольное отслаивание напыленного покрытия. Так, в нашем случае объемное крупное изделие из хрусталя имело ТКЛР 109,4·10-7 град-1, а ТКЛР меди – 170·10-7 град-1.
Как известно, разность ТКЛР покрытия и подложки не должно превышать 5-10%. При различных ТКЛР покрытия и подложки наблюдается образование самоотслоения покрытия [Химическая технология стекла и ситаллов: Учебник для вузов / М.В. Артамонова, М.С. Асланова, И.М. Бужинский и др. Под ред. Н.М. Павлушкина. – М.: Стройиздат, 1983. 432 с.].
В предлагаемом способе образованная на поверхности микрошероховатость 50-80 мкм позволяет создавать тонкое матирование стеклоизделий.
Оптимальные режимы обработки представлены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
Оптимальные параметры матирования
| № | Мощность, кВт | Расход аргона, л/мин | Время напыления на стекло площадью 1 см2 | Шероховатость, мкм | Светопропускание, % |
| 6,5 | 10 | 4,0 | 90 | 61 | |
| 15 | 3,0 | 100 | 63 | ||
| 20 | 5,0 | 90 | 62 | ||
| 7,5* | 10 | 3,0 | 70 | 59 | |
| 15* | 1,0* | 50* | 60 | ||
| 20 | 2,0 | 60 | 61 | ||
| 8,5 | 10 | 3,0 | 90 | 62 | |
| 15 | 2,0 | 80 | 64 | ||
| 20 | 4,0 | 100 | 63 | ||
| * - оптимальные варианты |
Таблица 4
Оптимальная температура подогрева стеклоизделия
| № п/п |
Температура подогрева, К | Шероховатость, мкм | Наличие микротрещин и микросколов | Вид матирования |
| 293 | 200 | наличие | «морозное» | |
| 373 | 200 | наличие | «морозное» | |
| 473 | 200 | наличие | «морозное» | |
| 573 | 50-80 | отсутствие | тонкое |
Пример
В качестве образца (исходного материала) были взяты две хрустальные вазы высотой 350 см и объемом 4,5 л.
Вазы были изготовлены из хрустального стекла следующего химического состава (мас.%):
Pb – 24; SiO2 – 56,5; K2O – 14,6; Na2O – 1,0; B2O3 – 1,2;
Al2O3 – 0,5; ZnO – 1,8; SO3 – 0,4; Fe2O3 – 0,024.
Термический коэффициент линейного расширения стекла составлял 109,4·10-7 град-1 .
Первая ваза была предназначена для сплошного тонкого матирования всей поверхности. С этой целью ее устанавливали на вращающуюся турнетку, зажигали плазменную горелку ГН-5р электродугового плазмотрона УПУ-8м. Параметры работы плазмотрона составляли: ток – 250 А, расход аргона – 15 л/мин, напряжение – 30 В. В течение 60 секунд производили равномерный обдув горячими плазмообразующими газами вращающейся с частотой 5 с-1 первой вазы.
Для плазменного напыления использовали медный порошок марки ПМС-Н по ГОСТ 4960-2017 «Порошок медный электрический. Технические условия». ТКЛР меди составлял 170·10-7 град-1.
После подогрева производили подачу медного порошка порошковым питателем в плазменную горелку ГН-5р. Производительность напыления составляла 10 см2 за 5 секунд. Общая площадь напыления составляла 1483,6 см2. Время матирования вазы составило 12 мин.
После самопроизвольного остывания вазы с покрытием за счёт значительных значений ТКЛР покрытия и подложки происходило отслоение покрытия с образованием на поверхности вазы тонкого матирования.
Светопропускание, которое определяли на приборе ПОС-1 составило 60,3%.
На вторую вазу перед матированием с использованием клеящего компонента (клей ПВА) накладывали декоративные элементы из медной фольги. Затем вазу устанавливали на вращающуюся турнетку, подогревали и напыляли порошок меди при режимах, указанных выше.
После самопроизвольного остывания напыленный слой отслаивался от вазы с декоративными элементами из медной фольги. На вазе образовалось шелковистое матирование с прозрачными декоративными элементами.
Способ матирования объемных изделий из стекла, включающий сортировку стеклянного полуфабриката, обезжиривание его поверхности и наложение на нее трафарета для декора из тонкой медной фольги, подачу в плазменную горелку медного материала для его плазменного напыления в виде декора на поверхности изделий, самоотслоение частиц меди при снятии трафарета для декора из тонкой медной фольги, сортировку готовых изделий, отличающийся тем, что в качестве медного материала для подачи в плазменную горелку используется медный порошок с фракцией менее 224 мкм, вводимый в плазменную горелку с расходом 2,5-3,5 г/сек, а перед нанесением декора поверхность изделий подогревается отходящим потоком плазмообразующего газа до 573 К, кроме того плазменное напыление осуществляется при мощности работы плазмотрона 7,5 кВт и расходе плазмообразующего газа 15 л/мин.
