静电干法搪瓷水箱的分析
来源：中国太阳能产业联盟网
1、前言
搪瓷内胆是承压搪瓷储热水箱核心部件，其搪瓷工艺一般分为二种：干法和湿法，干法即是静电干法搪瓷工艺的简称，而湿法中又有喷、摇、浸等多种工艺。这次探讨的重点是两喷一烧的静电干法搪瓷在太阳能承压搪瓷内胆中的研究应用。在欧洲和国内大型的电热水器搪瓷储热水箱生产企业中，静电干法搪瓷因其高效、节能、环保而被广泛应用。但太阳能承压搪瓷内胆企业鲜为使用，究其原因是太阳能承压搪瓷储热水箱结构形式导致，太阳能搪瓷承压储热水箱的热交换器复杂、多变，主要有：夹套式、盘管式、翅片式、胆中胆等结构。单独使用静电干法搪瓷工艺显然无法满足太阳能承压搪瓷内胆设计。作为率先在太阳能承压搪瓷储热水箱中使用静电干法搪瓷技术的企业，必先实现以上几种结构形式的太阳能搪瓷储热水箱，经过不断试验和研发，采用静电干法结合湿法的搪瓷生产工艺，能很好实现夹套式、盘管式、翅片式、胆中胆等多种结构，即保持了干搪的各项优越性能，又发挥湿搪灵活多变的特性。
2、工艺简介
目前各承压搪瓷储热水箱的生产厂家对自身的产品都冠于不同的内胆名称，除了选择合格的坯体基材之外，就是搪瓷原料的选择，有的企业采购瓷釉再球磨，添加了粘土、防锈剂等其它组分，但大部分厂家都外协采购成品搪瓷粉，不同配方的搪瓷，其性质也有所区别。作为生产企业都有属于自己的搪瓷生产工艺，但殊途同归，都离不开搪瓷配方的几个重要组分。静电釉粉（表一静电釉粉配方范围表）和湿搪釉粉成分相同，由SiO2和金属氧化物组成。静电搪瓷粉末因国内供应商生产工艺尚未成熟，搪瓷储热水箱生产企业都选择进口静电搪瓷粉末，代表性的供应商有美国的FERRO和比利时的PEMCO等，国外的供应商也能提供ROHS认证。
静电干法搪瓷是用静电感应方法使带电荷的釉粉均匀吸附于带异性电荷的坯体表面[1]，釉粉本身不带电，而是通过釉粉外包裹体硅油携带静电，硅油通过烧结炉200-300C°挥发。搪瓷粉末可循环使用，利用静电喷涂，搪瓷粉末利用率高、喷涂厚薄均匀度等也得到了很好的控制。
基于本公司静电干法搪瓷釉粉配方和生产工艺，分别对瓷层厚度与密着性、表面粗糙度与沸水失重、耐酸性等重要理化性能指标进行检测、实验和数据整理，以验证静电干法搪瓷工艺能完全符合太阳能承压搪瓷内胆的设计、使用要求。为表达本次实验的准确性，所有试件和工件均采用现场生产工艺制作，以反映真实情况。
3、实验
3.1瓷层厚度与密着性检测
3.1.1检测目的
搪瓷层厚度的控制有利于搪瓷烧结工艺控制，提升瓷层密着性能和附着力，达到预防鱼鳞爆缺陷，并能有效防止制程中的爆搪。所以相关标准[4]规定瓷层厚度0.15-0.5mm，最厚不超过1.0mm，根据静电干法搪瓷工艺经验0.2-0.4mm为最佳。
3.1.2检测用装置
CT-2800型高精度测厚仪，密着性试验装置，干法搪瓷盘管2件，搪瓷内胆成品2件
3.1.3检测过程
①抽取制程中100L夹套式承压搪瓷内胆2件，表面积1.2m2，根据相关参考标准，为提高准确性，取10个点分别进行测量；②抽取制程中搪瓷盘管2件（规格为Φ32mm），换热面积0.95m2，取5个点分别进行测量（测量位置如图二所示）。③厚度检测完成，从搪瓷内胆桶身切割100*100mm试件进行的密着度试验[6]。
夹套式承压搪瓷内胆搪瓷盘管
3.1.4检测结果
①夹套式承压搪瓷内胆搪瓷层厚度（见表二），下盖瓷层最厚是由于粉末沉降所至，但仍符合标准[4]，桶身和上盖厚度均匀（平均值/厚度差：325.25/58μm），在静电干法搪瓷工艺中控制的较为理想；②干法搪瓷盘管搪瓷层厚度（见表三）；③该数值下的试件密着性等级为1级。从该检测可以得知，搪瓷层厚度与均匀度是密着的重要因素之一。
3.2.3检测结果
①经表面粗糙度测量仪测量，一号试件2次测量的粗糙度平均值为2.2311μm；二号试件2次测量的粗糙度平均值为3.1592μm，但该检测数据只能作为局部瓷面粗糙度参考；②搪瓷表面放大40倍效果（见图三），瓷面虽有凹凸点，但无孔隙；③因本公司无检测条件，其中4块试件委托PEMCO公司做沸水失重1000 h平行检测[7]，结果为2.1g/m2。通过这二项对比数据和图片分析，佐证了静电搪瓷在耐沸水侵蚀性能上的优越性。
3.3耐酸性
3.3.1实验目的
为了取得静电干法搪瓷的耐酸效果，根据相关标准[4]，对标准试件进行耐酸试验，用10%盐酸代替柠檬酸按标准[5]步骤进行，试件表面无任何变化，根据相关标准[3]判别耐酸等级为AA。为取得实际的耐酸数据，以及探讨腐蚀速率与盐酸浓度、温度间关系，特将该实验改用失重法[2]，试件浸泡在盐酸溶液中，定时称量后计算其单位表面上的失重，以占试件总重的百分比来表示。
3.3.2实验用装置
HH-S4数显恒温水浴锅、分析天平（0.001g）、100ml烧杯、250ml烧杯、10ml移液管、
100ml量筒、镊子、计时器、蒸馏水、浓盐酸（36-38%），（部分实验装置见图五）。为防止盐酸腐蚀基板，本次试件为60*60mm双面搪瓷板。
3.3.3实验过程
①取试件6块，分二组，进行清洗、烘干、称重；
②配置9%、18%、27%三种浓度的溶液，倒入250ml烧杯，分二组，并作编号，一组放入50C°恒温水浴锅；
③将试件分别放入二组溶液中，间隔1小时进行清洗、烘干和称重，分别计算腐蚀速率；
3.3.4实验结果
对二组试件在常温和50C°条件下9%、18%、27%盐酸溶液腐蚀量的数据进行整理，得到腐蚀速率图（见图六）
4、结论
结合各项检测和实验数据，静电搪瓷工艺能满足太阳能承压搪瓷内胆的结构设计和使用要求，各项搪瓷性能要求完全符合相关标准、规范。此次研究对静电干法搪瓷工艺在太阳能搪瓷承压储热水箱生产企业的使用具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]卢进标主编.中国搪瓷手册.中国轻工业出版社，2001
[2]何立波等.搪瓷热管的耐腐蚀实验研究.中国科学院广州能源研究所，2001
[3]QB/T1855-93.非接触食物搪瓷制品.轻工业标准化编辑出版委员会，1994
[4]QB/T2590-2003.贮水式热水器搪瓷制作.中华人民共和国国家发展和改革委员会，2003
[5]GB/T9989—2005.搪瓷耐室温柠檬酸侵蚀试验方法.中国国家标准化管理委员会，2005
[6]BSEN10209.COLD-Rolledlowcarbonsteelflatproductsforvitreousenamelling-Technicaldeliveryconditions.LondonSouthBankUniversity,WedMarBST2006,UncontrolledCopy,(c)BSI
[7]DIN4753第三部分.德国标准化学会，1993
