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.

Результаты исследователи опубликовали в журнале «Стекло и керамика» (2022). Разработка реализована в рамках проекта 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.

Измерение смачиваемости восковой пластины / ©Пресс-служба ПНИПУ

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.

Разделительная смазка на поверхности воска / ©Пресс-служба ПНИПУ

«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.