Loading article…
工業用磁器エナメル（ガラスライニング、ガラスライニング鋼、またはガラス溶融鋼とも呼ばれる）は、芸術的な用途ではなく、工業用途にガラス質エナメルを使用することです。金属基材に塗布された薄いガラス層である磁器エナメル[ 1 ]は、表面を化学的攻撃や物理的損傷から保護し、基材の構造特性を変更し、製品の外観を向上させるために使用されます。
エナメルは古代エジプト時代から芸術や装飾に、産業革命以降は工業に用いられてきました。[ 1 ]調理器具、家電製品、浴室設備、給湯器、科学実験器具の製造に最も一般的に使用されています。 [ 2 ]
工業的な観点から見て、磁器エナメルの最も重要な特性は耐腐食性です。[ 3 ]軟鋼はほぼすべての産業で、非常に多くの製品に使用されています。エナメルは、軟鋼やその他の化学的に脆弱な材料を腐食から保護する経済的な方法です。また、幅広い色で非常に滑らかで光沢のある仕上げを実現できます。これらの色は、塗料とは異なり、紫外線にさらされても色褪せません。エナメルは耐熱性が非常に高いため、有機防食コーティングや亜鉛めっきが非現実的または危険な場合（金属ヒューム熱を参照）でも、高温用途で使用できます。[ 3 ]
磁器エナメルは、その他の特性のいくつかはあまり頻繁には利用されていません。例えば、耐摩耗性（多くの金属よりも優れた性能を発揮する可能性があります） 、有機溶剤に対する耐性（完全に不浸透性です）、耐熱衝撃性（500℃以上の温度からの急激な冷却に耐えることができます） 、そして耐久性です。[ 3 ]
磁器エナメルという用語は、言語的な混乱の原因となることがあります。主に米国で使用されているこの用語は、実際には磁器ではなく、いかなる種類のセラミックでもないため、誤解を招きます。[ 4 ]これは、構造的に異なる種類の材料であるガラス質エナメルを指します。[ 5 ]
米国以外では、この材料はガラスを意味するラテン語に由来するガラス質エナメルと呼ばれています。[ 6 ]製造工程では、ガラス形成鉱物を溶融してフリットと呼ばれる粒状物質を作ります。このフリットを金属表面に塗布し、炉で焼成すると、ガラスが溶融して金属と化学的に結合します。[ 7 ]
磁器は、精製した粘土、石英、長石を高温で焼成して作られる、粘土を主成分とする固体のセラミックです。一方、ガラス質のエナメルは、鋳鉄、鋼、アルミニウムなどの金属基材に溶融した薄いガラスコーティングで構成されています。[ 8 ]
材料科学の観点からすると、このようなコーティングをセラミックとして分類するのは技術的に不正確です。ガラスとセラミックは関連していますが、セラミックは結晶構造を持ち、ガラスは非晶質固体です。[ 9 ]エナメルコーティングはガラスであるため、磁器のような結晶構造を持っていません。[ 10 ]
磁器エナメルは、調理器具、バーナー、実験器具など、定期的な化学的攻撃や高温にさらされることが予想される製品の製造に最もよく使用されます。多くの家庭用品や電化製品、特にキッチンや浴室で使用されるもの、鍋、フライパン、コンロ、電化製品、浴槽、さらには壁、カウンター、その他の表面の製造に使用されています。[ 11 ]
磁器エナメルは、建築分野では壁パネルのコーティングとしても使用されています。耐候性と美しい外観を提供するために外部に使用したり、耐摩耗性を提供するために内部に使用したりできます。たとえば、エスカレーターの側板やトンネルの壁などです。近年では、農業用サイロも、内部を腐食から、外部を風化から保護するために磁器エナメル鋼板で建設されています。これは、すべての屋外軟鋼製品を耐候性磁器エナメルでコーティングするという将来の傾向を示している可能性があります。[ 11 ]
工業用磁器エナメルの塗布は、数多くの技術的工程を含む複雑なプロセスです。すべてのエナメル加工プロセスには、焼成前のエナメル混合物であるフリットの混合と調製、下地の準備、塗布と焼成、そして仕上げ工程が含まれます。現代のほとんどの用途では、下地との密着性を高めるための下塗り層と、望ましい表面特性を与えるための上塗り層の2層のエナメルが使用されます。
フリットは焼成工程で必要とされる温度よりも高い温度で混合されることが多いため、現代の工業用エナメル製造業者のほとんどはフリットを完全に混合しません。代わりに、フリットは多くの場合、専用のフリット製造業者から標準組成で購入され、特別な成分は塗布と焼成の前に添加されます。[ 12 ]
下塗り用フリットの場合、特定の用途におけるフリットの組成は、主に基材として使用される金属によって決まります。鋼の種類や、アルミニウムや銅などの異なる金属には、それぞれ異なるフリット組成が必要です。上塗り用フリットは、下塗り用フリットに結合し、望ましい外部特性を生み出すように構成されます。[ 13 ]フリットは通常、成分を混合し、その混合物を粉末状に粉砕することによって作られます。成分は、多くの場合、金属酸化物や、 石英（またはシリカ砂）、ソーダ灰、ホウ砂、酸化コバルトなどの鉱物で、粒子状で入手されます。各成分の正確な化学組成と量は、慎重に測定して調整する必要があります。[ 14 ]準備されたこの粉末状のフリットは、材料の均一な分布を促進するために、スランプ状にして攪拌されます。ほとんどのフリットは、1150～ 1300℃の温度で溶融されます。溶融後、フリットは再び粉末状に粉砕されるが、多くの場合、ボールミル粉砕によって粉砕される。[ 15 ]
エナメルを湿式塗布するには、水に懸濁させたフリットのスラリーを作成する必要があります。フリットを懸濁状態に保つには、フリットを非常に細かい粒子サイズに粉砕するか、粘土や電解質などの懸濁剤と混合する必要があります。[ 16 ]
基材として使用される金属は、主に製品の用途によって決定され、エナメルに関する考慮事項とは無関係である。最も一般的に使用されるのはさまざまな組成の鋼であるが、アルミニウムや銅も使用される。[ 17 ]
エナメルを塗布する前に、基材の表面をいくつかの工程を経て準備する必要があります。最も重要な工程は、基材表面の洗浄です。化学物質、錆、油、その他の汚染物質の残留物をすべて完全に除去する必要があります。これを容易にするために、基材に対して頻繁に行われる工程は、脱脂、酸洗（表面をエッチングしてエナメルのアンカーポイントを提供することもできます）、アルカリ中和、すすぎです。[ 18 ]
エナメルは様々な方法で基材に塗布することができる。これらの方法は、エナメルを乾燥粉末として塗布するか、液体スラリー懸濁液として塗布するかによって、湿式塗布と乾式塗布に大別されることが多い。
特に鋳鉄基材の場合、最も簡単な乾式塗布方法は、基材を加熱し、粉末状のフリットをまぶすことです。フリット粒子は熱くなった基材に接触すると溶けて表面に付着します。この方法は均一なコーティングを実現するために高度な作業者のスキルと集中力を必要とし、またその不安定性から、工業用途ではあまり使用されません。[ 19 ]
今日、産業界で最も一般的に使用されているドライ塗布法は静電堆積法です。塗布前に、ドライフリットは有機シランでカプセル化する必要があります。これにより、塗布中にフリットが電荷を保持できるようになります。静電ガンはドライフリット粉末を電気的に接地された金属基板に噴射します。電気力によって帯電した粉末が基板に結合し、付着します。[ 20 ]
湿式塗布の最も簡単な方法は、基材をスラリーの浴槽に浸すことで、基材の利用可能なすべての表面を完全に浸す方法です。しかし、塗布層の厚さを目的の用途に十分確実に予測できるようになるまでには、多くの予備的な浸漬試験が必要となるため、浸漬は産業界ではあまり使用されていません。[ 21 ]
現代の工業用途に適した浸漬法の一つに、フローコーティングがある。製品をスラリーの浴槽に浸すのではなく、スラリーをコーティングする基材の表面に流し込む。この方法により、スラリーと時間をより経済的に利用でき、非常に迅速な生産が可能になる。[ 22 ]
湿ったエナメルは、専用のスプレーガンを使用して製品に吹き付けることもできます。スラリーはスプレーガンのノズルに供給され、圧縮空気によってスラリーが霧状化され、制御されたジェットとしてガンのノズルから噴射されます。[ 22 ]
焼成とは、コーティングされた基材を炉に通して長時間安定した高温にさらすことで、付着したフリット粒子を連続したガラス層に変換する工程です。この工程の有効性は、時間、温度、および基材上のコーティングの品質または厚さに大きく依存します。工業用途向けのフリットのほとんどは20分程度で焼成されますが、非常に過酷な工業用途向けのフリットは、この2倍の時間を要する場合があります。アルミニウム基材上の磁器エナメルコーティングは530℃という低温で焼成できますが、ほとんどの鋼基材は800℃を超える温度を必要とします。[ 23 ]
古代から、装飾目的で金、銀、銅などの宝飾金属にガラス質の七宝が用いられてきました。鉄系金属が初めて磁器七宝加工の対象となったのは産業革命以降のことです。これらの初期の試みは限られた成功しか収められませんでした。確実に成功する技術が開発されたのは19世紀半ばで、ドイツで鋳鉄製の調理鍋に七宝を施す方法が開発された時でした。[ 1 ]この七宝加工方法は、新しい鉄系基材の開発に伴いすぐに時代遅れとなり、現代の磁器七宝に関する研究のほとんどは、七宝と新しい金属基材との間に適切な結合を形成することに関心が向けられています。[ 24 ]
ホーロー製品の工業規模での生産は、1840年にドイツで初めて始まった。[ 25 ]使用された方法は、現代の方法に比べて非常に原始的だった。製品を非常に高い温度に加熱し、ホーローをまぶしてすぐに焼成した。このため、接着不良やムラのあるコーティングになることがよくあり、連続した耐腐食性の表面を得るには常に2回のコーティングが必要だった。[ 25 ]鋳鉄や錬鉄にしか適用できず、鍋やフライパンのような比較的単純な製品にしか使用できなかった。
鋼板にエナメルを塗布する技術は、1900年まで開発されませんでした[ 26 ]。これは、エナメルの組成に微量の変更を加えることで、例えばコバルト酸化物を微量成分として加えることで、炭素鋼への密着性を大幅に向上させることができるという発見によるものでした。この開発と並行して、湿式スラリーエナメル塗布が初めて使用されました。これにより、形状を液体エナメルスラリーに浸すことで、はるかに複雑な形状にもエナメルを塗布することが可能になりました。
1930年代までは、すべてのエナメル塗装には2層のエナメルが必要でした。下地を接着するための下塗り（これは常に青色でした（一部は酸化コバルトの存在による））と、希望の色（ほとんどの場合は白色）の上塗りです。炭素含有量が0.005%未満の鋼であるゼロ炭素鋼を下地として使用することが、より淡色のエナメルを下地に直接接着させることにつながるとされたのは1930年になってからのことです。[ 27 ]
参考文献