СПОСОБ МАТИРОВАНИЯ ОБЪЕМНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛА
METHOD FOR FROSTING MASSIVE GLASS PRODUCTS

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, чтоспособ 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
<b>Известный способ</b>
<b>Предлагаемый способ</b>
Сортировка стеклянного полуфабрикатаОбезжиривание поверхности стеклянного полуфабрикатаНаложение трафарета из тонкой медной фольги на лицевую поверхность стеклоизделияПодача проволоки диаметром 1,0-1,6 мм в плазменную горелку со скоростью0,05-0,10 м/сПлазменное напыление частиц меди по всей поверхности изделия (80-1450 мкм)Снятие трафаретаСамоотслоение частиц меди с элементами декораСортировка готовых изделий
Сортировка стеклянногополуфабрикатаОбезжиривание поверхности стеклянного полуфабрикатаНаложение трафарета из тонкой медной фольги на лицевую поверхность стеклоизделияПодогрев стеклоизделия отходящим потоком плазмообразующего газа(30-40 сек)Подача медного порошка фракцией менее 224 мкм в плазменную горелкуПлазменное напыление частиц меди по всей поверхности изделияСнятие трафарета Самоотслоение частиц меди с элементами декораСортировка 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 см<sup>2</sup>
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
ВА
30-32350
30-32250
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
-7
-1
-7
-1
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 град, а ТКЛР меди – 170·10 град.
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.
-7
-1
-7
-1
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 град, а ТКЛР меди – 170·10 град.
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 см<sup>2</sup>
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.%):
2
2
2
2
3
Pb – 24; SiO – 56,5; KO – 14,6; NaO – 1,0; BO – 1,2;
2
3
3
2
3
AlO – 0,5; ZnO – 1,8; SO – 0,4; FeO – 0,024.
-7
-1
.
Термический коэффициент линейного расширения стекла составлял                      109,4·10град
-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 первой вазы.
-7
-1
Для плазменного напыления использовали медный порошок марки ПМС-Н по ГОСТ 4960-2017 «Порошок медный электрический. Технические условия». ТКЛР меди составлял 170·10 град.
2
2
После подогрева производили подачу медного порошка порошковым питателем в плазменную горелку ГН-5р. Производительность напыления составляла 10 см за 5 секунд. Общая площадь напыления составляла                     1483,6 см. 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.