В Пермском Политехе научили воск впитывать воду
Разработанная учеными Пермского Политеха технология повышает способность к смачиванию восковой модели, что позволяет упростить и улучшить процесс создания керамической оболочки для прецизионного литья по выплавляемым моделям.
Традиционно керамическая смесь, применяемая для создания оболочки, имеет водную основу. Однако, восковая поверхность не способна впитывать влагу, что может затруднять процесс смачивания поверхности и, следовательно, качество металлической отливки. Ученые пермского университета разработали метод, изменяющий физические свойства восковой поверхности, что приводит к повышению ее способности смачивания.
Ученые ПНИПУ опубликовали статью в журнале "Стекло и керамика", где они представили результаты своих исследований, выполненных с использованием научного оборудования "Центра наукоемких химических технологий и физико-химических исследований" в рамках проекта Пермского НОЦ "Рациональное недропользование".
Используя пресс-форму, ученые создали восковую модель металлического изделия. Для создания прочной керамической оболочки на восковой модели, на нее наносится керамическая смесь, которая затем засыхает и превращается в литейную форму. Чтобы предотвратить появление дефектов и неровностей на лицевой поверхности оболочки, которая будет находиться в контакте с расплавленным металлом, суспензия должна идеально покрывать восковую модель.
Однако, в реальности достичь равномерного покрытия сложно из-за того, что вода, являющаяся основой связующего в керамической смеси, не взаимодействует с воском. В состав смеси обычно добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ-смачиватели), чтобы устранить этот недостаток. Однако такие добавки не гарантируют полное смачивание восковой модели, что приводит к появлению дефектов в некоторых керамических оболочках.
Ученые ПНИПУ заметили, что равномерное увлажнение всей восковой модели и прочное сцепление суспензии можно достичь не только химическими, но и физическими методами. Создание пористой или шероховатой структуры на поверхности восковой модели позволяет улучшить взаимодействие между водой и воском. Для этого политехники разработали метод, заключающийся в нанесении на восковую модель тонкого слоя гидрофильного керамического порошка, способного впитывать влагу. Это позволяет обеспечить более равномерное покрытие восковой модели суспензией и снизить вероятность появления дефектов на поверхности литейной формы.
Для проведения эксперимента ученые использовали пластины из воска и парафина, а также дистиллированную воду в качестве среды для керамических суспензий. Чтобы создать шероховатость на поверхности модели, они нанесли тонкий грунтовочный керамический слой, который удерживается на модели благодаря предварительно нанесенному липкому слою.
Для увеличения смачиваемости восковой поверхности, ученые обсыпали модели двумя видами керамических порошков - электрокорундом (частицы размером не более пяти микрометров) и порошком-КДСП (частицы размером 63-200 микрометров). Они также погрузили обсыпанные модели в растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) для сравнения. В результате всех операций на восковой образце образуется грунтовочный слой с пористой структурой, который способен впитывать влагу.
Используемые порошки являются стойкими и огнеупорными материалами. Электрокорунд изготавливается на основе оксида алюминия и применяется для шлифовки, матирования поверхностей, а также для изготовления инструментов, литейных форм и стержней.
Результаты экспериментов показали, что все методы физического воздействия влияют на степень смачивания. Наибольший эффект достигается при обсыпке моделей электрокорундом, что приводит к увеличению смачиваемости на 30 процентов. Разница в 10 процентов между образцами, обсыпанными КДСП, объясняется размерами частиц порошков - чем больше размер частиц, тем менее пористая структура, и, соответственно, смачиваемая способность повышается в меньшей степени. Погружение обсыпанных моделей в растворы ПАВ также показало хороший результат.
Разработанный метод позволяет визуализировать результат первичной обсыпки модели с липким слоем. Все дефекты первого слоя становятся видными, что позволяет повторно нанести липкий слой на непокрытые участки и обсыпать их заново электрокорундом. Эта особенность технологии позволяет практически полностью устранить дефекты на лицевой поверхности литейной формы.
Метод нанесения гидрофильного слоя с пористой структурой на восковую модель упрощает процесс подготовки литейных форм. Разработка ученых ПНИПУ позволит более эффективно изготавливать металлические детали сложной формы для авиационной, машиностроительной и аэрокосмической промышленности.