С помощью пресс-формы изготавливают восковую модель металлического изделия. Для формирования твердой оболочки на нее наносят керамическую смесь, которая после просушки превращается в литейную форму. Чтобы на лицевой поверхности оболочки, прилегающей к металлическому расплаву при заливке, не было дефектов и неровностей, суспензия должна идеально покрывать восковую модель. Однако в реальности равномерного покрытия добиться сложно, потому что основа связующего для керамической оболочки – это вода, а воск воду не воспринимает. Для устранения этого недостатка в состав смеси обычно вводят ПАВ-смачиватели (водный раствор поверхностно-активных веществ с функциональными добавками), но они не гарантируют 100% смачивания восковой модели, в результате чего часть керамических оболочек получается с дефектами.

Ученые ПНИПУ заметили, что равномерное увлажнение всей модели и прочное прилипание суспензии к ней можно достичь не только химическим, но и физическим воздействием. Вода и воск будут лучше притягиваться друг к другу, если создать пористую (шероховатую) структуру на восковой поверхности. Так политехники разработали метод, который заключается в нанесении на модель тонкого слоя хорошо влаговпитывающего (гидрофильного) керамического порошка.

Для эксперимента ученые использовали пластины из воска и парафина, а также дистиллированную воду как среду керамических суспензий. Шероховатость модели придали, сформировав тонкий грунтовочный керамический слой на поверхности, который удерживается на ней за счет предварительно нанесенного липкого слоя.

– Для увеличения смачиваемости восковой поверхности мы обсыпали модели c «липким» слоем двумя видами керамических порошков – электрокорундом (размер частиц не более 5 мкм) и порошком-КДСП (размер частиц 63-200 мкм). Для сравнения также окунали обсыпанные модели в растворы ПАВ. После всех операций на восковом образце образуется влаговпитывающий грунтовочный слой с пористой структурой, – поделился руководитель проекта, доцент кафедры химических технологий Пермского Политеха, кандидат химических наук Николай Углев.

Используемые учеными порошки – это стойкие, огнеупорные материалы. Электрокорунд изготавливается на основе оксида алюминия в виде мелкого песка и гранул. Применяется для шлифовки и матирования поверхностей, изготовления инструментов, литейных форм и стержней. Порошок-КДСП состоит из химически связанных оксидов кремния и алюминия и широко применяется в промышленности.

Результаты проведенных экспериментов показали, что все методы физического воздействия в той или иной степени влияют на степень смачивания. Наибольший эффект достигается при обсыпке электрокорундом, смачиваемость увеличилась на 30%. Разница в 10% с образцами, обсыпанными КДСП, объясняется размерами фракций порошков. Чем больше размер частиц, тем менее пористая структура, а значит, смачиваемая способность повышается в меньшей степени. Погружение обсыпанных моделей в растворы ПАВ тоже показало хороший результат.

Разработчики отмечают, что метод способен визуализировать результат первичной обсыпки модели с липким слоем. Все дефекты первого слоя сразу видны, это позволяет повторно нанести липкий слой на непокрытые места и заново их обсыпать электрокорундом. Эта особенность технологии позволяет практически на 100% устранить брак лицевого слоя литейной формы.

Метод нанесения гидрофильного слоя с пористой структурой на восковую модель упростит технологию подготовки литейных форм. Разработка ученых ПНИПУ позволит более эффективно изготавливать металлические детали сложной формы для авиационной, машиностроительной и аэрокосмической промышленности.