Идеальные формы: зачем российские ученые научили воск впитывать воду

Ученые из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали технологию для получения идеальных металлических деталей сложных форм. Чтобы изготовить лопатку турбореактивного двигателя или зубной протез без дефектов и неровностей, сначала требуется сделать для них максимально качественную литейную форму. Для нее используют восковые модели будущих деталей и керамическую смесь на водной основе. Причиной дефектов становится вода, которую воск не принимает. Специалисты придумали, как устранить этот недостаток. Результаты удачного эксперимента опубликованы в научном издании «Стекло и керамика».

Сложные металлические детали для разных отраслей промышленности от авиации, машиностроения и аэрокосмической до ювелирной получают методом прецизионного (или высокоточного) литья. Для этого сначала делают восковой образец детали, на него наносят керамическую смесь, которая при просушке становится затвердевшей оболочкой. Воск из нее выплавляют при высоких температурах, и в полученную керамическую форму заливают металл.

Чтобы эта литейная оболочка получалась идеально ровной, керамическая смесь должна равномерно покрыть восковую модель. Но есть проблема — воск не принимает воду, на основе которой сделана керамическая суспензия. Поэтому оболочки, а значит, и будущие металлические детали, могут получаться с неровностями и дефектами. Метод добавления в суспензию ПАВ-раствора также не всегда помогает получить идеальную форму.

Химики из ПНИПУ решили зайти с другой стороны: не менять химический состав керамической смеси, а изменить физические свойства самого воска. Нужно было сделать поверхность воска более пористой и шероховатой, чтобы суспензия прочно прилипла к ней.

Ученые взяли для эксперимента восковые и парафиновые пластины и дистиллированную воду в качестве среды для суспензий. Модели покрыли сначала липким слоем, а затем на него нанесли тонкий грунтовочный слой, который хорошо впитывает влагу. Для этого использовали различные керамические порошки, применяемые в промышленности.

«Для сравнения также окунали обсыпанные модели в растворы ПАВ. На восковом образце образуется влаговпитывающий грунтовочный слой с пористой структурой», — рассказывает Николай Углев.

Результаты показали, что все покрытия увеличивали степень впитывания восковыми моделями воды. Но самым эффективным оказался порошок электрокорунда — у него был самый мелкий размер частиц, которые давали более пористую структуру. И при обсыпке им смачиваемость увеличивалась на 30%. Обычно этот стойкий и огнеупорный материал на основе оксида алюминия в виде мелких песчинок или гранул применяется при шлифовке, матировании поверхностей, изготовлении инструментов.

Есть еще одно преимущество такого метода, говорят авторы: манипуляции с поверхностью воска позволяют заранее увидеть, каким будет результат, ровным или не очень. Дефекты первого слоя становятся видны при обсыпке, их можно доработать, нанеся еще один слой и заполнив пустоты порошком. И практически в 100% случаев получить идеальную литейную форму и металлическую деталь.

Ранее Vokrugsveta.ru рассказывал, как российские ученые открыли новый изотоп ливерморий-288.