Fulltext

Studying and Modeling the Effects of Quartz Addition and Heat Treatment on Mechanical Properties of Glass-Ceramic Coating

دراسة ونمذجة تأثيرات اضافة الكوارتز والمعاملة الحرارية على الخواص الميكانيكية لطلاء الزجاج السيراميكي

Ali H. Ataiwi --- Ibtihal A. Mahmood --- Jabbar H. mohmmed

Engineering and Technology Journal مجلة الهندسة والتكنولوجيا
ISSN: 16816900 24120758 Year: 2014 Volume: 32 Issue: 7 Part (A) Engineering Pages: 1811-1824
Publisher: University of Technology الجامعة التكنولوجية

Abstract

In this work, a new glass-ceramic coating has been developed and applied, as a single coat without prior chemical treatment of the surface, using the dipping technique on metal substrate. the coating are designed for application on varies grades of low alloy steel, the selected substrate was low carbon low alloyed steel with (0.2)%C. Various heat treatments at temperatures ( 500,550, and 600˚C ) at different times (60 & 120)min and with quartz addition in the range (0-15)% were used to obtain a glass-ceramics that have the optimum coating properties. These coating have been characterized by x-ray diffraction analyses and the results showed presence of a number of microcrystalline phases which are formed during the heat treatments. The results showed the suitability of this coating for protection the metal substrate which was used in present work. The results of tests also indicated that the mechanical properties ( hardness, adhesion strength, and thermal stability) of resultant coating were greatly improved by both addition of quartz into enamel frit and heat treatments for all cases, this is attributed to the formation of complex network from crystalline phases(Li2SiO3, Li2TiSiO5, NaAlSi2O6, and SiO2) which are the main phases in the resultant glass-ceramic coating. It has been found that the heat treatment at 600˚C for 120min with 15% quartz addition brought the optimum values for ( hardness, adhesion strength, and thermal stability) of resultant coating which are improved by (70.58%, 33.84%, and 39.68%) respectively. Mathematical modeling is implemented and regression equations are obtained using ( SPSS ) software to predict the experimental data for mechanical properties of resultant coating. Comparing the predicted and measured values gives high prediction accuracy. The accuracy of prediction has been (98%, 98.5%, and 97.4%) for ( hardness, adhesion strength, and thermal stability) respectively.

في هذا العمل تم تطوير طلاء سيراميكي جديد واستخدامه، كطبقة طلاء واحدة بدون معاملة كيميائية مسبقة للسطح، باستخدام طريقة التغطيس على المعدن الاساس. صمم الطلاء للاستخدام على الانواع المختلفة للفولاذ المنخفض السبك، المادة الاساس المختارة كانت فولاذ منخفض السبك منخفض الكاربون (0،2)% كاربون. تم استخدام معاملات حرارية مختلفة عند درجات حرارة (500، 550، 600) درجة مئوية وبازمان مختلفة(60، 120) دقيقة مع اضافات كوارتز بحدود (0-15)% للحصول على الخواص المثلى لطلاء السيراميك الزجاجي. تم توصيف هذه الطلاءات باستخدام تحليل حيود الاشعة السنية حيث اثبتت النتائج وجود عدد من الاطوار البلورية الدقيقة والتي تكونت خلال المعاملات الحرارية. بينت النتائج ملائمة هذا الطلاء لحماية المعدن الاساس المستخدم في هذا العمل. كذلك بينت نتائج الاختبارات ان الخواص الميكانيكية ( الصلادة، متانة الالتصاق، والاستقرارية الحرارية) للطلاءات الناتجة قد تحسنت بصورة كبيرة من خلال كلا من اضافة الكوارتز الى مادة الطلاء (الفرت) وكذلك من خلال المعاملة الحرارية وفي جميع الحالات. هذا التحسن مرتبط بتكون شبكة معقدة من الاطوار البلورية (Li2SiO3 Li2TiSiO5, NaAlSi2O6, and SiO2) والتي كانت الاطوار الرئيسية في طلاءات السيراميك الزجاجي الناتجة. وقد وجد ان المعاملة الحرارية عند (600) درجة مئوية واضافة (15)% كوارتز قد جاءت بالقيم المثلى ل (الصلادة، متانة الالتصاق، والاستقرارية الحرارية) للطلاء الناتج حيث تحسنت بنسبة (70،58%، 33،84%، و 39،68%) على التوالي. تم استخدام موديل رياضي والحصول على معادلات الانحدار باستخدام برنامج(SPSS) للتنبا بالبيانات العملية للخواص الميكانيكية للطلاء الناتج. اعطت المقارنة بين قيم النتائج المنتبئة والمقاسة دقة تنبأ عالية. حيث كانت دقة التنبأ (98%، 98،5%، و 97،4%) لخواص (الصلادة، متانة الالتصاق، والاستقرارية الحرارية )على التوالي.

Keywords

enamel --- glass-ceramic --- SPSS software