热水器内胆搪瓷.docx

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热水器内胆搪瓷

　前　言

现代燃气轮机火焰筒表面通常涂覆高温搪瓷涂层以改善其使用性能。

高温涂层在火焰筒表面,经高温熔烧后在火焰筒表面形成一层致密的耐高温涂层。

抗氧化性是高温搪瓷的主性能,在使用温度下,玻璃质涂层处于高粘性状态,阻止氧化性的燃气向金属表面扩散,从而起到阻止金属氧化和减少金属表层合金元素贫化的作用。

由于涂层在高温高速高腐蚀性气流中工作,涂层应同时具备耐热蚀性和耐磨蚀性,耐热振性也很重要。

涂层也有改善火焰筒应力状态和应力分布,缓解热振的效果[1～2]。

某引进燃气轮机火焰筒的国产化后基体材料选用高温合金GH3044,与外方材料的诸项理化性能指标相仿,高温搪瓷由外方提供,用于防护在950～1000℃高温下的燃烧室火焰筒,熔烧工艺亦由外方提供,必要的工艺试验将为火焰筒的工艺过程奠定基础,考虑到火焰筒允许熔烧的次数有限制,不宜直接用火焰筒做试验,因此试验时选用试片。

2　试　验

火焰筒熔烧工艺流程如图1所示。

图1　火焰筒高温搪瓷熔烧流程图

表1　搪瓷的主要成分

按外方工艺资料配制的搪瓷粘稠度为13～15s（等同于GB/T1723-93,喷嘴直径为4mm,容积100ml的测量方法）,静置时效若干规定时间。

火焰筒喷砂后必须在规定时间内喷涂搪瓷,随后,在室温下干燥30min,然后放入炉温100～120℃炉中拱烤1h。

火焰筒的熔烧温度为1200～1220℃,熔烧时间为2～7min（决定于零件的外形尺寸）,同时规定熔烧温度不得低于1150℃。

2.1　试验试样

试样采用与火焰筒材料相同的高温合金试片。

2.2　试验设备

PY-43型熔烧炉,功率60kW,炉内空间是1200×800×600,内置矽碳棒20个。

2.3　实验方法及结果分析

从积累经验的角度出发,在一些工艺环节进行了对比试验。

一般地,除油、静置时效、喷涂和干燥等工序按规范操作即可,现对喷砂砂粒的大小、搪瓷粘稠度、熔烧温度和熔烧时间等参数的选择对熔烧结果的影响予以比较。

2.3.1　喷砂

喷砂的目的是清理火焰筒表面的氧化皮、锈蚀、积碳、焊渣、旧漆和磨痕,从而降低火焰筒表面的粗糙度,增加覆盖层与基体的结合强度[1～2]。

分别采用80～100目的粗砂粒及180～240目的细砂粒对两组试片进行喷砂,然后经喷涂粘稠度为15～17s搪瓷、干燥工序,在炉温1150℃时将试片置入熔烧炉。

熔烧制度:

升温至开炉门放零件前的温度,保温5min,出炉空冷。

冷却后结果显示,两组试片的表面状态基本一致。

喷砂的效果可以影响最终熔烧结果,但是喷砂的效果与磨料的粒度、风压、喷嘴与被喷面的距离、角度等诸多因素有关,单纯的砂粒粗细的合理变化对最终的结果影响甚微。

此外,有关经验表明,用氧化铝砂处理的GH3044工件与用石英砂处理的GH3044工件相比,在其它条件如搪瓷粘稠度和熔烧时间一致的情况下,熔烧时涂层能够承受更高的熔烧温度。

2.3.2　粘稠度

分别配制粘稠度为13～15s及15～17s的两杯搪瓷料,对经同一种砂粒喷砂处理的两组试片进行喷涂、干燥工序,在炉温1150℃时将试片置入熔烧炉。

熔烧制度同2.3.1。

冷却后结果显示,两组试片的表面状态基本一致。

粘稠度是搪瓷料中蒸馏水含量多少的表象,蒸馏水的功能是使搪瓷料通过喷枪喷射到零件上并附着在其上。

在干燥工序,水分将完全散失掉。

因此,在涂层均匀且厚度满足要求时,粘稠度对熔烧结果几乎没有影响。

2.3.3　熔烧温度

用粘稠度为15～17s搪瓷料喷涂经同一种砂粒喷砂处理的4组试片,熔烧制度规定的温度分别为1050、1120、1170和1200℃。

熔烧制度同2.3.1。

试片冷却后结果如表2所示。

一般认为温度越高,熔融状态越好,但是温度过高会使金属氧化物发生过烧现象,引起耐热层的颜色变化。

表2

2.3.4　熔烧时间

用粘稠度为15～17s搪瓷料喷涂经同一种砂粒喷砂处理的2组试片。

其中一组试片在炉温为1150℃时开炉门放零件,另一组试片在炉温为1170℃时开炉门放零件。

熔烧制度:

从将零件放入炉内即开始计时,熔烧5min,出炉空冷。

试片冷却后结果如表3所示。

表3

按我国现行的一般熔烧制度,零件升温至预定温度后保温若干时间,通常工件入熔烧炉后的起始熔烧温度比开炉门时的规定温度低约50℃,再升温至规定温度所需时间大约为5～10min（随零件大小的不同而异）,保温时间约为5min,实际上熔烧时间将达到10～15min,这样,当规定较低熔烧温度时,玻璃料不易烧透,零件表面质量不能令人满意;当规定较高的熔烧温度时,搪瓷料中的氧化物就会出现过烧现象。

2.4　热振性能检测

为了检验耐热涂层的热振性能,试片按下述方式进行实验:

将涂层熔烧好的零件加热至1000℃,水淬8次;将零件加热至1000℃,风冷50次,零件表面涂层状况良好[1]。

3　结论

（1）喷砂砂粒大小、涂料粘稠度的变化对熔烧结果的影响较小,主导因素是熔烧温度和熔烧时间,适当的较高温度可以使涂层熔融态更好。

（2）为了获取较好的表面质量,应以规定较高

的温度将零件装入熔烧炉,开始计时,并在较短的时间内取出零件,这样,较高的温度使搪瓷料充分熔融,较短的时间可以避免搪瓷料中的氧化物出现过烧现象。

（3）外方工艺中的1200～1220℃,应理解为零件装入前开炉门时炉内温度必须达到的要求,而规定熔烧温度不得低于1150℃,则是零件装入熔烧炉后的起始最低温度。

熔烧时间则以零件入炉开始计算时间,这与我国一般的熔烧制度有差别,值得借鉴。

按照此思路试烧了一个火焰筒头部,效果令人满意。

一、尽量购买知名专业厂家生产的，不要购买小厂家的。

如何定义专业呢？

专业生产热水器历史悠久；获得广泛权威机构认可，最好是世界多个国家认证的；销售服务网点遍布全国甚至行销世界的是三个硬性条件。

　　二、从热水器最核心的部件——内胆的关键技术上讲，要购买“干搪”，不要购买“湿搪”。

此次性能标准中对热水器“内胆”的寿命提出了更高的标准。

市场上对内胆的称谓有许多，但其主要工艺就是“干”“湿”之分。

“干搪”是目前最为先进的生产工艺之一，它先进行内胆的焊接，再进行搪瓷粉的喷涂，最后进行高温烧结。

相对落后的“湿搪”是先将内胆的几部分放入搪瓷液浸蘸或者将搪瓷液涂在内胆上，然后进行烧结，最后再将几部分焊接成内胆，这种工艺造成搪瓷厚薄不均，尤其是内胆焊缝处由于焊接破坏了搪瓷的保护，内胆容易被腐蚀漏水。

　　三、要购买明确承诺“包换”期的，不要购买“曾经”的使用时间。

这一条也针对内胆，我们都知道享受国家规定的“三包”服务，最关键的是看厂家在“包修”卡上的时限承诺，现在市场上有的厂家宣传曾经在国外有用户使用几十年，误导国内消费者轻信他们的产品可以长时间使用，是非常不可取的。

　　四、要购买“真专利”产品，不要购买“假专利”的技术。

假专利的表现不仅仅是子乌须有，更迷惑的是过时的专利。

其实这个问题稍微冷静地想想就可以明白，平时我们使用的电灯，是爱迪生在1879年发明的，是不是够久远？

但您会认为这样的技术在现在是先进吗？

所以购买热水器时，请购买刚刚获得专利的技术产品，这样的产品才是技术领先的表现。

邹彤

“金圭”与“干搪”之争

电热水器：

　　□早报记者施晓亮

　　随着气温的降低及年底家装旺季的来临，电热水器销售迎来了自己的黄金时期。

据泉州某家电有限公司的肖经理介绍，8月份该商场销售热水器500多台，10月份销量猛增到1000多台。

各品牌电热水器的竞争日益激烈，而且不断有知名品牌加入市场竞争。

消费者稍加留心，就会发现与以往电热水器单纯在功能上推陈出新不同，今年的营销上更注重概念上差异化路线。

　　电热水器各品牌在安全、节能、操作方便等主题上大致趋同。

但各商家对电热水器的核心技术———内胆却有完全不同的宣传造势。

其中以“金圭”及“干搪”对内胆质量完全不同的陈述尤其突出。

　　金圭与干搪

　　金圭特护内胆是A．O．史密斯电热水器的经典之作。

1998年以来，A．O．史密斯电热水器凭着“金圭”在泉州开拓市场。

具有悠久历史的西门子今年也加大了热水器的销售力度，并且关于内胆的质量阐述，也推出完全不同的价值理念。

　　金圭特护内胆是A．O．史密斯专利，其中“金圭”二字备受瞩目，许多消费者刚接触到“金圭”，则会认为是一种特殊的金属材料。

事实上，“金圭”是特种硅化物涂层，然后经专业进口的涂层设备在870℃高温烘烤后与内胆内壁熔为一体。

A．O．史密斯公司黄经理介绍，该特种硅化物配方世界上只有7个人知道，如同可口可乐传世秘方，已具有七八十年的历史，配方一直在不断改良中。

　　西门子公司的电热水器是硅钛高强内胆。

西门子的诉求并没有就此止步，继续宣传采用了干搪技术。

干搪是与湿搪相对的涂层工艺，西门子公司的方经理说，“干搪”就是静电干粉涂搪技术，涂层工艺效果如同粉刷墙壁，干粉涂搪就像用喷枪喷在内胆壁，而湿搪就像用刷子在粉刷内胆壁。

而干搪与湿搪概念是西门子热水器今年极力推广的价值理念，西门子也把干搪技术作为自己重要的宣传点加以突出。

　　其实，金圭和干搪并不是一个层面上的概念，“金圭”是从搪瓷涂层成分上来陈述，而“干搪”是侧重在制作工艺上。

　　概念之争的背后

　　A．O．史密斯公司与西门子公司的内胆涂层各不相同，令消费者惊讶的是，漫步在各大型商场，主流品牌推出的内胆涂层竟也没有一款相同。

意先是晶钛内胆，阿里斯顿是钛金内胆，万和搪瓷内胆系列则是锆钛珑搪瓷内胆。

各品牌内胆涂层各不相同，那么内胆制作工艺上是不是只分为干搪、湿搪两种。

A．O．史密斯的黄经理说内胆的制作工艺非常复杂，不是三言两语能说清的。

对于名目繁多的特色内胆，不要说消费者会觉得目眩头晕，就是业内专家对有些名目也说不出一二。

　　热水器内胆的概念名目是如此之多，不免令人迷惑。

A．O．史密斯公司的黄经理说，市场竞争激烈，许多品牌在功能上纷纷仿效，A．O．史密斯热水器在多项工艺上都具有专利，其他品牌跟进时就改用其他名称了。

而西门子公司的方经理则认为，现在产品同质化严重，各品牌都在寻找新卖点进行炒作。

　　链接内胆的材质和涂层

　　水对内胆的危害决定着内胆必须具有承压性和耐蚀性。

内胆的承压性是指热水器必须承受着自来水本身的压力以及加热过程中热膨胀产生的压力。

同时内胆还必须具有耐腐蚀性，因不良的水质容易对内胆的金属内壁产生腐蚀。

　　目前市场上的热水器主要是采用搪瓷内胆技术，已经较少见到采用不锈钢内胆。

　　不锈钢内胆在焊接过程中，因为高温焊接而破坏不锈钢本身的材质，已经不是不锈钢了，在使用过程中，焊缝处容易出现漏水的现象。

　　搪瓷内胆通常用碳素钢板焊接制成内胆，然后在钢板表面直接涂覆搪瓷层。

由于搪瓷涂层能隔绝水的腐蚀，因此对钢板包括钢板的焊缝处起到较好的保护作用。

热水器的核心-搪瓷内胆

2007-05-3109:

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目前，在市场上销售的热水器的内胆主要有不锈钢内胆、镀锌内胆、玻璃搪瓷内胆等。

内胆是热水器装水、加热的部件，它通常是由金属构成。

由于长期与水接触，还需要对水加热，这就会产生一个绝对的问题——内胆腐蚀。

腐蚀是金属元素、水和溶解于水中的氧气等发生的特殊的化学反应，其中水里所含离子、PH值以及冷热水变化的频率和水温决定产生不同的腐蚀：

表面腐蚀、渗透腐蚀、接触元素腐蚀。

表面腐蚀——经常与氧发生，氧化反应很慢。

这里要注意，在金属表层也许会形成氧化物或钙质层，这会防止腐蚀并最终中止反应。

但是不要把保护层神圣化，特别是在水质不硬但很热或者PH值较低的情况下，它也会受到破坏。

渗透腐蚀——是最危险的一种，它会毫不留情地袭击薄弱点，越来越深入，直到出现一个洞。

接触腐蚀——元素与镀层表面接触时发生反应，直到破坏镀层。

现在的问题是：

我们可以阻止因与热水器接触的任何腐蚀发生吗？

答案是肯定的，能。

经过研究证明，在内胆内表面涂上玻璃搪瓷是解决腐蚀最安全的方法，也是最方便、最可靠的。

请看以下不同类型内胆的热水器的保质期：

搪瓷热水器5－10年；不锈钢热水器2－5年；镀锌热水器1－2年。

一、搪瓷内胆的特性

搪瓷涂在经过适当处理后的钢板上，通过800℃以上的温度慢慢烧成。

这个过程，使搪瓷与钢板之间产生很强的结合力，使它们成为一体，最终成为搪瓷钢。

它具备钢材的稳定性（抗压、足够的强度）及玻璃搪瓷的抗腐蚀性、电绝缘性。

这种完善的防锈蚀性及电绝缘性恰恰是热水器内胆所必需的。

此外，搪瓷钢材料可以承受－60～＋450℃的温度变化范围，并且能够承受甚至高达200℃的温度骤变。

它防水、抗蒸气、防酸碱，不释放任何有害健康或污染环境的物质，任何物质包括水、离子、电解溶液等均不可能渗透其表层。

通常，搪瓷的抗腐蚀性为99.9％，一些微小的薄弱点使得腐蚀不可避免的发生。

但是由于使用了阳极镁棒，腐蚀反应会集中在阳极镁棒上，以阻止那些未被良好搪瓷覆盖的微点受到侵蚀，从而保护内胆。

这也就是所谓的“牺牲阳极”。

通过定期更换镁棒就可以达到保护内胆的目的。

二、影响搪瓷内胆缺陷产生的因素

在搪瓷内胆的实际生产过程中，由于使用了多种的原材料和不同的生产工艺，因此会产生许多的不同的缺陷。

期中影响最大的有以下几个方面：

1、原材料

1.1钢板

钢板是搪瓷内胆的最重要的基底材料。

只要采用必要的措施，无论是热轧钢板还是冷轧钢板都能涂搪。

钢板的质量必须根据成型（变形、焊接等）、涂搪过程以及搪瓷制品的要求进行挑选。

一般用热轧钢板生产热水器内胆，冷轧钢板由于价格较高，一般不用。

选用的钢板的含碳量不能高于0.08％，还要控制其它成分的含量比例。

选用钢板的厚度要在尽可能的前提下选厚一点的，以保证内胆拥有足够的强度。

只有选用了优质的搪瓷用钢板，才能保证内胆的搪瓷质量，进而保证内胆的使用寿命。

除了未经酸浸的热轧钢板以外，钢板表面通常有一层防锈油以保护钢板不被腐蚀，在进入下道工序前必须采取措施，在预处理中用脱脂剂来完全去除这些油，并清洗干净，否则会严重影响下道工序及搪瓷质量。

1.2瓷釉

瓷釉是搪瓷内胆的另一个重要原材料。

它是由多种无机原材料混合后高温烧熔并经过冷却、粉碎、研磨加工成的。

因此，控制其在生产中原料的配比、污染源（杂质）就能确保瓷釉的质量，从而保证搪瓷的质量和性能。

目前，国内较大的专业热水器生产厂家均采用国外进口的瓷釉进行生产，以保证热水器内胆的搪瓷质量。

2、原材料的处理

2.1金属成型

在生产经过合理设计的内胆毛坯时，必须采用适当的措施防止产生制件不可涂搪的缺陷。

为了避免爆瓷和开裂，制件弯角上的急转弯、金属厚度的突然改变、在危险区域（如在角上）的焊接和接缝都必须避免。

因为这将引起搪瓷层中产生巨大的张应力。

同样的道理，空洞的形状建议采用圆形的或椭圆形的。

在裁剪过程中不能使用钝了的刀刃具，否则将在边界处产生爆瓷。

焊缝必须要进行后处理（打磨）以得到一个光滑的表面。

焊缝中的开口空洞如果不能进行很好的预处理，将产生缺陷。

在成型过程中，钢板表面不得有严重的划伤或划痕，任何受损的表面都会引起反应过度，造成缺陷。

2.2成型后预处理

预处理的目的是将金属表面的各种污染物（灰尘、防锈油脂、润滑剂、氧化物等）清除掉，这些污染物质会在搪瓷涂层中引起缺陷。

金属表面预处理通常有两种方法：

喷砂清洁法和湿法化学处理。

喷砂清洁法是通过专用的喷砂设备将金属粒状磨料喷射到内胆内表面来实现预处理的目的。

为了在整个喷砂清洁过程中获得一个均匀的表面质量，磨料混合物的比例必须始终保持一致。

制件的每一个区域必须要在设定的喷射时间、喷射压力下被喷到，以使整个制件获得良好的密着性。

同时，为了防止磨料嵌入制件表面，工作压力不能太高。

很高的工作压力还会损伤制件表面或在制件较薄的部位导入残余应力和引起变形。

湿法化学预处理由以下几个步骤组成：

清洗、脱脂、酸浸渍、镍披膜、中和。

每个步骤之间都要进行足够的清洗，并且在每两个步骤之间制件表面上的液体是不允许干掉的，否则一层薄膜将在制件表面生成。

有时这层薄膜在以后的各道预处理步骤是不能被清除的，这将引起搪瓷层的缺陷。

经过预处理的制件最好在尽可能短的时间内涂搪，如果存放时间过长的话，灰尘等会污染表面产生缺陷。

2.3釉浆的球磨

对于湿法搪瓷，需要进行釉浆的球磨。

釉浆的配方、性能（细度、比重等）在配浆以前都必须符合和得到控制，以使釉浆施得均匀，搪瓷干燥后有足够的强度以及获得搪瓷良好的质量。

许多的搪瓷缺陷都是来自不良的配方或者釉浆的性能不佳。

大多数厂家都是自己制备釉浆的，有经济实力的厂家可以直接购买事先混合好的釉浆，厂家只需加点水就能使用，这将避免许多可能发生的缺陷。

对于静电喷涂来说，厂家购买现成的釉料而无需再做任何处理。

3、涂搪工艺

涂搪工艺本身可分为三个阶段：

釉浆或粉末搪于制件表面；釉层的干燥（湿搪）；烧成。

3.1涂搪

热水器内胆的涂搪有两种方法，一种是湿法喷涂（俗称湿搪），一种是粉末静电涂搪（俗称干搪）。

湿法涂搪一般是将釉浆注入制件内，通过往复摆动的喷涂机来达到釉浆均匀挂在制件表面，多余的釉浆通过工艺口排出后回收再利用。

静电粉末涂搪是通过高压静电喷枪的电极电离枪头周围的空气，使喷枪喷出的干粉颗粒带电，并在空气动力和电力的共同作用下，被加速沉积在制件上。

3.2干燥

湿的瓷釉层在烧成前必须加以干燥，否则在烧成的时候很容易剥落。

干燥后的瓷釉层成为干燥瓷层，此时不应该用脏手去触摸它，以免引起指印和表面无光。

移动时一定要小心，防止涂层剥落和破裂。

要控制好干燥时间，不然易产生缺陷。

3.3烧成

将涂搪好的内胆制件悬挂在吊架上，通过800℃以上的高温窑炉，实现对制件的搪瓷烧成。

烧成的温度和烧成的时间决定瓷釉的特性，必须严加控制才能获得预期的密着、颜色和性能。

烧成过度会引起层表面变色，瓷层受到破坏；烧成欠缺会导致密着性差、爆瓷。

为了能够得到良好的和均匀的烧成瓷面，内胆制件必循与窑炉的加热装置保持一个均匀一致的、正确的距离，窑炉的温度、链速、容量必须得到校正和控制。

3.4干搪与湿搪的比较

干搪的优点：

不需要研磨和制备釉浆；无废弃物和废水，对环境无污染；设备占地小、人员少、能耗低；自动化程度高，生产能力大；多余釉料100％循环回收利用；涂层光滑且厚度均匀，产品合格率高，质量容易控制。

干搪的缺点：

一次性投入大，对工作环境要求高（保持一定的温度、湿度）、品种（颜色）少。

湿搪的优点：

一次性投入低；对环境要求不高。

湿搪的缺点：

需要制备釉浆，工艺控制要求高，釉浆易受到污染；排放废水，需要做环境保护处理；设备占地大，人员多，能耗大。

为了规范容积式热水器搪瓷内胆的生产，2003年由中国轻工业联合会提出，全国日用玻璃搪瓷标准化中心负责归口，国家眼镜玻璃搪瓷制品质量监督检验中心负责起草的《贮水式热水器搪瓷制件》的行业标准（QB／T  2590-2003）于2003年9月13日发布，并于2003年10月1日开始实施。

该标准的实施得到了各热水器专业生产厂家的一致欢迎，它对规范当今热水器制造企业对搪瓷内胆的生产、质量控制起到了很好的指导和监督的作用。