9、覆铝钢板搪瓷研制及密着性研究
日期：26-07-29 时间：09:56 来源： 进口杀菌搪瓷钢板
9、覆铝钢板搪瓷研制及密着性研究
1.6 搪瓷密着机理研究
虽然覆铝钢板搪瓷中与瓷釉直接作用的是金属铝层，但由于铝层很薄，仅20μm左右，在涂搪后加热搪烧过程中，钢板的组织结构与化学组成元素也必然会影响到瓷釉与表面铝层的作用。因此钢板与搪瓷瓷釉的相互作用规律也是覆铝钢板搪瓷密着机理研究的重要理论基础。
1.6.1 金属与表面搪瓷涂层的密着机理
King T和Duck W在深入研究的基础上具体确定了瓷釉与金属产生密着的基本要求：
（1）瓷釉必须浸润金属；
（2）玻璃—金属界面上的瓷釉必须被金属氧化物饱和；
（3）氧化物在瓷釉熔融液中溶解时，将不被金属还原。对钢板而言，氧化物是FeO，它产生于有瓷釉的钢板置于空气气氛中，在搪烧温度下而形成。
搪瓷界面形成是一个复杂过程，瓷釉与基体金属的结合机理目前存在以下几种观点：
（1）机械结合
这一观点认为，瓷釉与金属的密着是瓷釉进入金属表面的凹穴以机械的方式与金属相互镶嵌在一起产生的。
从图中可以看出，瓷釉与金属通过机械力良好地结合在一起。资料认为，金属与瓷釉的界面粗糙度越高，机械结合越强。为产生良好的表面粗糙度，瓷釉中往往加入一定量密着氧化物（CoO、NiO），这种氧化物在铁表面被还原，并沉积在铁表面，对铁产生电化学腐蚀使铁表面变得粗糙。但是另外的研究发现，瓷釉与金属之间界面相当光滑，而密着却相当好，若把钢板象铸铁一样喷砂处理，涂搪烧成后界面结合反而差。所以机械结合的观点不能解释所有密着现象。
（2）化学结合
化学结合机理认为，瓷釉与金属的结合是由于二者之间的扩散熔合形成了各种化学键的缘故。
考茨根据自己的实验指出，不溶于金属的底釉，通过FeO中间层与金属产生密着，他认为在瓷釉与金属的相互作用中，通过置换反应，如使密着氧化物CoO还原，则在铁表面形成一FeO层。但迪策尔认为，根据考茨的理论，在瓷釉中溶解度小的氧化亚铁应能促进瓷釉与金属产生良好的密着，但是事实上尽管存在氧化层，有时密着仍然不好。
还有一些观点认为，只有铁表面的氧化亚铁尽可能地溶解于瓷釉，并由密着氧化物输送的氧在瓷釉与金属之间产生化学键，才能产生良好的密着。瓷釉中化学键主要是离子键和共价键，由于与金属键性质不同，其相应的电子结构也不同。柏斯卡通过瓷釉与金属界面元素的电子探针分析，建立了一种理论：只有在金属与瓷釉之间存在着从金属键及其相应的电子结构向离子键和共价键及其相应的电子结构连续过渡时，才可能产生密着，必须使铁表面产生的低价金属氧化物溶解于瓷釉并达到饱和，以形成中间过渡氧化层。迪策尔进一步研究后指出，在金属与瓷釉之间存在着一层氧离子，使得中间过渡区获得连续的化学键和电子结构。如果没有氧化层的存在，瓷釉与金属只能靠分子间力来结合。
然而，化学键理论有时也不能独立地解释任何密着现象。如枝晶理论认为，搪烧和冷却过程中溶解于瓷釉里的氧化铁以及沉积于铁表面的Co、Ni等形成了枝晶，既与金属牢固地结合，也与瓷釉牢固地附着。实际上，界面上的枝晶体与铁是金属键结合，而与瓷釉是机械力结合。
总之，良好的密着与搪瓷界面的组成和结构有相当密切的关系，从金属到瓷釉存在连续的电子结构和化学键过渡时才有可能产生良好的密着，要获得这种连续性结构，应使基金属和瓷釉二者都溶解其金属低价氧化物，并达到饱和，以形成过渡性氧化层，这个氧化层通过扩散到瓷釉中而消失。
（3）物理结合
魏尔提出的密着机理是关于分子间力的物理结合，认为瓷釉与金属的密着与分子的极化性有关。当瓷釉中含有易于变形的重金属离子Pb²⁺和可极化的大阴离子S²⁻时，将产生牢固的密着。
然而迪策尔认为，Pb²⁺离子对密着所起的作用与极化无关，并进一步论述了瓷釉中的易极化离子对密着并无影响。这就是说分子间力对密着不产生主要影响。
从以上论述可以看出，能解释所有密着现象的理论仍未形成。邰规贤在多年研究的基础上，提出自己的观点，对各种理论作了很好的归纳：
（1）搪瓷密着层中同时存在三种结合力：即化学键力、分子间力以及机械力。以化学键力为主，分子间力和机械力为辅。
（2）搪瓷密着是通过特定烧成完成的。在未烧成时，瓷釉是以粗松粉层吸附在钢板上，搪烧过程中，熔融的瓷釉与表面熔化的金属发生浸渗的物理作用的同时还使金属表面氧化，发生复杂化学反应，并同时伴随着由瓷釉与金属表面反应产生的各种化合物的相互扩散、渗透、溶解等物理作用，因而使瓷釉与金属两个不同性质的物质形成化学力的结合、物理分子力结合以及机械的锚合，但密着并不一定都需要经历这些全部过程，仅其中几个条件具备就有可能产生密着。
