Применение трансферной методики технологических процессов эмалирования в ювелирной промышленности при реализации современных дизайнерских решений

На правах рукописи

Агалюлина Юлия Камильевна

Применение трансферной методики

технологических процессов эмалирования

в ювелирной промышленности при реализации

современных дизайнерских решений

Специальность 17.00.06 – Техническая эстетика и дизайн

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна» на кафедре технологии машиностроения и художественной обработки материалов

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Жукова Любовь Тимофеевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Пряхин Евгений Иванович

кандидат технических наук, доцент Петрова Светлана Георгиевна

Ведущая организация: Санкт-Петербургская государственная

художественно-промышленная

академия им. А. Л. Штиглица

Защита состоится 12 апреля 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.04 при Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, Центр инноваций, печати и информации, 1 этаж.

Текст автореферата размещен на сайте: http://www.sutd.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18.

Автореферат разослан 11 марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С. М. Ванькович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Современное крупносерийное массовое и мелкосерийное производство ювелирных украшений обновляет и расширяет номенклатуру выпускаемой продукции в основном за счет приоритетных дизайнерских решений, направленных на совершенствование свойств изделий, путем создания новых художественных образов, открытия и разработки пространственных форм и создания цветовых композиций, которые способствуют удовлетворению эстетических требований самого изысканного и утонченного социума.

Развитие культуры и моды ставит перед дизайнерами и ювелирной промышленностью все более сложные и трудоемкие задачи, которые практически невозможно решить без серьезных научных разработок.

Эмалирование является одной из базовых технологий ювелирного производства, дающей возможность расширить арсенал художественных средств и приемов реализации авторских идей, создавать собственные цветовые сочетания, обладающие яркой индивидуальной выразительностью. Это, прежде всего, выбор материалов для декоративно-защитных покрытий в интеграции с трансферами и различными условиями их нанесения на поверхность изделия, которые значительно дополняют гамму цветового сенсорного восприятия и пространственную фактуру.

Горячее и холодное эмалирование варьируется в зависимости от серийности производства, которое определяется рыночными отношениями. Растущий потребительский спрос делает актуальным применение эпоксидных и полиуретановых двухкомпонентных компаундов и фотополимерных эмалей. Таким образом, выбирая материалы покрытий, комбинируя их с трансферами и варьируя условия их нанесения, можно придавать поверхности изделий различные цвета и фактуру, расширяя возможности полутоновой передачи в миниатюре. Все это в совокупности повышает качество продукции и разнообразит ее ассортимент.

В научной литературе имеются сведения об использовании различных красок в изготовлении трансферов, но процесс воспроизводимости их цвета на эмалях в ювелирной промышленности не рассматривался.

Для придания поверхности деколи на эмали определенного заданного комплекса цветовых характеристик, таких как насыщенность, яркость, тон, требуется изучение современного ассортимента красок и эмалей с учетом технологических процессов деколирования. Оптимальный выбор сырья невозможен без всестороннего учета свойств, технологических особенностей печати деколи и ее взаимодействия с эмалью, способов нанесения и возможных химических реакций при деколировании между используемыми материалами и внешней средой.

В таких условиях одной из важных проблем является отсутствие трансферной методики в технологических процессах эмалирования в целях получения заданных колористических свойств покрытий ювелирных украшений.

Цель и задачи исследований

Целью диссертационной работы является научное обоснование и разработка трансферной методики создания ювелирных изделий с эмалированными поверхностями, имеющими заданные колористические свойства.

Для достижения цели в работе решены следующие задачи:

1. проведен сравнительный анализ современных методик изготовления ювелирных изделий с применением цветных эмалей для их научного исследования и дальнейшего совершенствования;
2. установлены зависимости цветовых характеристик деколи на поверхности изделия от температуры обжига в диапазоне 750–880 °С и цвета эмалевой подложки;
3. разработаны технологии получения ювелирных изделий с заданными цветовыми характеристиками;
4. созданы базы данных для изделий, имеющих n-слойное покрытие, образованное керамическими красками и цветными эмалями, по цветовым характеристикам при температуре обжига;
5. разработаны рекомендации по внедрению трансферной методики в технологические процессы эмалирования на ювелирном производстве.

Методы исследования

Колористические свойства и цветовые характеристики исследуемых объектов оценивали с помощью методов спектрофотомерии с использованием спектрофотометра фирмы GretagMacbeth Spectrolino, оптического микроскопа Leica DFC 320 High Resolution Color Digital Camera, электромагнитного толщиномера Константа-К5.

Для получения образцов в работе использовалось специальное оборудование: муфельная печь JP Selecta S. A. N – 80 L 1100 (Испания), с погрешностью измерения температуры ± 10 °С; низкотемпературная печь с принудительной конвекцией SNOL 24 / 200 LFN (Литва); засветочный шкаф Beltron beltromat 815 (Германия); печатная машина Thieme 1010 (Германия); автоматическое оборудование для нанесения копировальных слоев Harlacher (Швейцария); пресс гидравлический Orofranco 15 тонн (Италия); принтер Canon Pixma iP 1600 (Япония); пневматический диспенсер EFD (США).

Обработка результатов проводилась с применением методов математической статистики на ПК с использованием стандартных программ.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Установлена зависимость цветовых характеристик деколей на эмалях от их химического состава и температуры обжига в диапазоне 750–880 °С.
2. С использованием математических методов планирования эксперимента определена оптимальная температура обжига, при которой максимально достигаются колористические показатели эмалевых покрытий при обеспечении требуемой насыщенности цвета, как их основной цветовой характеристики.
3. С применением информационных технологий создана база данных цветовых характеристик для внедрения системы автоматизированного проектирования ювелирных изделий.
4. Показано, что последовательность наложения кадмийсодержащих и бескадмиевых деколей на эмалевую поверхность при температуре обжига 750 °С не влияет на размеры периферийной зоны.
5. Разработаны рекомендации, позволяющие расширить спектр информационных и дизайнерских решений при внедрении трансферной методики в технологический процесс холодного эмалирования ювелирных изделий.

Практическая значимость работы

1. Предложенная методика позволяет увеличить серийность ювелирных изделий, создать устойчивый вид парных украшений и гарнитуров, снизить трудозатраты и себестоимость продукции.
2. Разработаны рекомендации по внедрению методики деколирования в технологические процессы горячего и холодного эмалирования на ювелирном производстве.
3. Результаты работы внедрены с положительным эффектом в ювелирные производства: ЗАО «Ростовская финифть» (г. Ростов Великий), ООО «РосЮвелирПром» (Санкт-Петербург).

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: Первой Международной научно-практической конференции «Развитие современного искусства: наука и образование в области ювелирной промышленности» СПГУТД (СПб., 2007); научно-технических конференциях и семинарах СПГУТД (СПб., 20072009); заседаниях кафедры технологии машиностроения и художественной обработки материалов СПГУТД (СПб., 20072009); Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии» ТПУ (Томск, 2008, 2009); семинаре ДААД «Михаил Ломоносов / Иммануил Кант» (Бонн, Германия, 2009); кафедре дизайна Дюссельдорфского университета прикладных наук (Dusseldorf University of Applied Sciences) (Дюссельдорф, Германия, 2009).

Работа была поддержана грантом Министерства Рособразования и Германской службой академических обменов DAAD (А / 08 / 96361) в рамках программы «Иммануил Кант» (Москва, 2008).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Текст работы изложен на 133 страницах, содержит 26 рисунков и 15 таблиц. Список использованных источников насчитывает 146 наименований.

Достоверность результатов подтверждается научным обоснованием положений, выносимых на защиту, апробацией методики на ювелирных производствах и использованием современных средств и методов проведения исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи исследования, отражается научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Состояние вопроса» представлен обзор научной литературы по тематике диссертации. Описаны методы исследования свойств керамических красок и эмалей (В. И. Савченко, Э. Бреполь, И. А. Булавин, И. В. Пищ, Е. И. Орлов, Д. Макграс, М. К. Никитин и др.). Приведены способы получения изображений и прогнозирования их качества в процессе трафаретной печати (С. Т. Ингрэм, В. В. Аверьянов др.). Сделан анализ существующих методов и средств спектрофотометрического и колориметрического измерения (М. В. Домасев, М. М. Гуревич, Д. Вышецки, Й. Иттен, М. Ферчайльд и др.). Рассмотрено место и значение эмали в ювелирном дизайне, влияние технологических особенностей эмалирования на формирование художественного образа (И. Н. Верещагина, А. А. Гилодо, Н. В. Калязина, Е. С. Сиротников, В. Ф. Пак и др.).

Анализ существующих литературных и патентных источников выявил необходимость разработки трансферной методики технологических процессов эмалирования с контролируемым цветом красок на эмалевых поверхностях ювелирных изделий в процессе их производства для получения заданных колористических свойств. Таким образом, при рассмотрении трансферной технологии с позиций технической эстетики и оценки возможности ее внедрения в процесс производства ювелирных изделий выявилась необходимость создания научно-методической базы, которая позволила бы получать заданные колористические свойства и управлять цветовыми параметрами эмалевых покрытий. В соответствии с этим была поставлена цель и определены задачи исследования.

Во второй главе «Методика изготовления образцов» выявлены технологические особенности метода печати деколи, нанесения и обжига эмали и трансфера, влияющие на цветовые характеристики покрытий. Разработаны методики проведения экспериментального исследования.

Исследования колористических свойств покрытий проводились на образцах, изготовленных из эмалей и керамических красок размером 7055 мм. В качестве основ под эмалевые покрытия использовался металлический материал медь, марки М1 (ГОСТ 1173–06). Данный материал устойчив при оплавлении эмали и обеспечивает прочную адгезию с эмалевым покрытием. Покрытие образцов осуществлялось с использованием эмали производства «Дулевского красочного завода» (г. Дулево, Россия), имеющего международные сертификаты качества и обладающего стабильностью свойств широкого ассортимента выпускаемого материала. Деколи изготавливались на предприятии ООО «Росдеколь» (СПб., Россия). В создании деколей применялась коллекция керамических опаковых пигментов серии Н64  (Heraeus Porcelain Bone China Earthenware Tile Enamel 780–880 °С). Керамические пигменты данного производителя обладают устойчивостью свойств, что было подтверждено сравнительным анализом на образцах, изготовленных ООО «Росдеколь».

Выбор цвета, прозрачности эмалей и деколей для проведения эксперимента обуславливался задачами данного ювелирного производства. Образцы изготавливались в лабораторных условиях.

При изготовлении керамических красок надглазурные пигменты аддитивно смешивались в трехвалковой мельнице с тиксотропным маслом повышенной вязкости, в соотношении 2/1 в течение 25 мин/1 кг для гомогенизации взвеси. Вспомогательные материалы были использованы по рекомендации завода-производителя Heraeus.

Деколи изготавливались методом трафаретной печати.

В табл. 1 приведены используемые в исследовании деколи, их цвет, номенклатура и пигменты, входящие в состав красок для их изготовления.

Таблица 1 – Цвет, номенклатура деколей и пигментов, входящих в состав красок для изготовления деколей

Цвет деколи	Номенклатура деколи	Номенклатура пигментов
Кобальт синий	64014	H 64014
Королевский синий	64115	H 64115
Темно синий	64201	H 64115 + H 64124 + H 64888
Голубой	64030	H 64006 + H 64014 + H 64418
Зеленый мох	64447	H 64447
Сине-зеленый	64418	H 64418
Темно-зеленый	64150	H 64324 + H 64418 + H 64888
Сине-зеленый темный	64266	H 64418 + H 64888
Светло-коричневый	64190	H 64351 + H 64228
Оранжевый	64058	H 64335 + H 64776
Желтый	64023	H 64333 + H 64351
Черный	64804	H 64804
Темно-коричневый	64218	H 64228 + H 64888
Коричневый	64186	H 64228 + H 64888
Коричневый теплый	64098	H 64228 + H 64888
Темно-красный	64778	H 64778
Красно-коричневый	64723	H 64723
Красный	64055	H 64776 + H 64778
Алый	64103	H 64776 + H 64778

Деколируемый образец изготавливался в следующей последовательности.

1. Подготовительные операции.

Для удаления масляных и других органических загрязнений медная заготовка подвергалась термическому обезжириванию и одновременно снятию внутренних напряжений металла в муфельной печи при температуре 700 °С в течение 1 мин.

Механическая очистка на крацовочных станках с использованием 3 %-го раствора поташа, способствовала удалению окалины, образовавшейся после термической обработки. Декапирование проводилось в 10 %-м растворе серной кислоты с последующими операциями промывки, нейтрализации и сушки.

2. Нанесение и обжиг эмали.

Эмалевый шликер наносился на оборотную сторону изделия и помещался в сушильный шкаф на 10 мин при температуре 70 °С. Равномерный обжиг образцов достигался при температуре 800 °С в течение 3 мин. После повторного травления на лицевую сторону изделия наносился шликер из мелкодисперсионного 0,1 мм эмалевого сырья, номенклатура, цвет и прозрачность которого представлена в табл. 2.

Таблица 2 – Цвет, прозрачность и номенклатура эмалей

Цвет	Прозрачность	Номенклатура
Красный	Опаковая	74
Черный	Опаковая	21
Зеленый	Опаковая	98
Желтый	Опаковая	4
Коричневый	Транспарантная	147
Темно-зеленый	Транспарантная	100
Голубой	Опаковая	28
Синий	Транспарантная	91
Транспарантный	Транспарантная	32
Белый	Опаловая	16
Белый	Опаковая	13