В ПНИПУ предложили метод, повышающий качество литья по выплавляемым моделям

Технологию, улучшающую качество металлических отливок деталей сложной формы, получаемых методом прецизионного литья по выплавляемым моделям, за счет повышения способности восковой поверхности к смачиванию, разработали специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 7 ноября сообщает пресс-служба вуза.

Прецизионное литье по выплавляемым моделям широко используется для изготовления металлических деталей сложной формы, каких как лопатки турбореактивных двигателей, ювелирные украшения, зубные протезы и др.

Выплавляемая модель формируется с помощью создания твердой керамической оболочки вокруг точного воскового образца детали. Далее воск при нагревании плавится и удаляется из получившейся модели, в которую и заливается металл.

Однако керамическая смесь, которая наносится на восковой образец, создается на водной основе, а воск влагу не впитывает, и это не позволяет добиться равномерного покрытия образца такой суспензией.

Чтобы избавиться от этой проблемы, в состав керамической смеси обычно добавляют раствор поверхностно-активных веществ (ПАВ) с функциональными добавками. Тем не менее ПАВ-смачиватели не всегда обеспечивают 100-процентное смачивание восковой модели, что приводит к браку выплавляемых моделей.

Ученые Пермского Политеха пошли другим путем. Они решили добиться равномерного покрытия восковой модели керамикой, создав на ее поверхности пористую (шероховатую) структуру, которую они получали нанесением на модель тонкого слоя хорошо впитывающего влагу (гидрофильного) керамического порошка.

Для экспериментальной проверки предложенного метода исследователи взяли для модели пластины из воска и парафина, а в качестве среды керамических суспензий дистиллированную воду. На поверхность модели предварительно нанесли липкий слой и сформировали на ней тонкий грунтовочный керамический слой.

Подробностями применения новой технологии поделился руководитель проекта, доцент кафедры химических технологий Пермского Политеха кандидат химических наук Николай Углев:

«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».

Порошки, которые использовали ученые ПНИПУ для формирования грунтовочного слоя, — это стойкие, огнеупорные материалы.

Результаты экспериментов показали, что то или иное влияние на степень смачивания оказывают все исследованные ими методы физического воздействия. Но максимальный эффект дает применение в качестве обсыпки электрокорунда, в этом случае смачиваемость увеличилась на 30%.

Образцы, обсыпанные КДСП, дали на 10% меньшую смачиваемость, что, по мнению исследователей объясняется размерами фракций порошков — больший размер частиц снижает пористость структуры и ее смачиваемость. Погружение обсыпанных моделей в растворы ПАВ тоже дали хороший результат.

Дополнительным плюсом метода, отмечают разработчики, является его способность визуализировать результат первичной обсыпки модели с липким слоем. Так как сразу видны все дефекты первого слоя, можно повторно нанести липкий слой на непокрытые места и обсыпать их электрокорундом. Это позволяет почти полностью устранить брак лицевого слоя литейной формы.

Результаты исследования нового метода разработчики представили в статье «Повышение гидрофильности поверхности литейных моделей при нанесении грунтовочного слоя керамики с развитой поверхностью», опубликованной в журнале «Стекло и керамика», № 8, 2023 год.

Метод ученых ПНИПУ, упрощая технологию подготовки литейных форм, одновременно повышает качество отливок, что позволяет сократить время чистовой обработки металлических деталей сложной формы для авиационной, машиностроительной и аэрокосмической промышленности.