Геометрически сложные детали создают с помощью литья по восковым моделям. Но при использовании этого способа не всегда удается обеспечить высокое качество отливки: зачастую на поверхности изделий образуются дефекты. Химики из Пермского Политеха предложили применять технологию, которая позволит избежать возникновения неровностей на деталях. У разработки нет аналогов в мире. Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Разработка реализована при содействии Пермского НОЦ мирового уровня «Рациональное недропользование». Ученые использовали научное оборудование Центра наукоемких химических технологий и физико-химических исследований Пермского Политеха.
– Для создания металлической детали сложной формы сначала создают ее точную копию из специальной восковой композиции. Воск заливают под давлением в разборную пресс-форму. Чтобы он не прилипал к поверхности металла, композицию предварительно покрывают разделительной смазкой с водоотталкивающими свойствами. Затем модель достают из пресс-формы и обрабатывают этиловым спиртом. На воск наносят 10-12 слоев керамической суспензии, периодически просушивая ее, и прокаливают полученную оболочку. При первом погружении восковой модели в керамическую суспензию важно отследить, чтобы она без дефектов покрыла лицевой слой формы, – рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры химических технологий Пермского Политеха, кандидат химических наук Николай Углев.
От качества лицевого слоя формы зависят свойства будущих важных деталей, поэтому необходимо хорошо смачивать восковую поверхность. Для этого используют поверхностно-активные вещества, а также химические или физические методы. Последнее время на промышленных предприятиях чаще всего применяют экологичные и практически нейтральные водно-коллоидные составы. Но их основной недостаток состоит в том, что они не всегда могут достаточно качественно смочить воск. Из-за этого возникают проблемы с качеством лицевого слоя керамической формы и браком изделий.
– Мы провели серию экспериментов и выяснили, что смачивать воск мешает слой разделительной смазки, который остается на форме. В процессе работы мы использовали обработку чистой восковой поверхности 10%-ным раствором гидроксида натрия без промывки водой и озонирование. Первый способ приводит к постепенному изменению свойств керамической суспензии, что нежелательно, поэтому он не подходит для применения. Наиболее эффективным способом стало озонирование. Его дополнительный эффект превзошел результаты, которые дают стандартные методы, – поясняет исследователь.
Химики также определили, что повысить качество деталей поможет добавление в парафин высокомолекулярного вещества – алкилбензолсульфокислоты.
Технология будет перспективна для внедрения в металлургической промышленности и машиностроении, считают ученые, особенно при смене материала восковых моделей, которая приводит к сбою в изготовлении керамических форм.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.
