В Пермском Политехе научили воск впитывать воду

Раздел: Техника и технология
01 ноября 2023 г.

Раз­ра­бо­тан­ная уче­ны­ми Пер­м­ско­го По­ли­те­ха тех­но­ло­гия по­вы­ша­ет спо­соб­ность к сма­чи­ва­нию вос­ко­вой мо­де­ли, что поз­во­ля­ет упро­стить и улуч­шить про­цесс со­з­да­ния ке­ра­ми­че­ской обо­лоч­ки для пре­ци­зи­он­но­го ли­тья по вы­плав­ля­е­мым мо­де­лям.

Тра­ди­ци­он­но ке­ра­ми­че­ская смесь, при­ме­ня­е­мая для со­з­да­ния обо­лоч­ки, име­ет вод­ную ос­но­ву. Од­на­ко, вос­ко­вая по­верх­ность не спо­соб­на впи­ты­вать вла­гу, что мо­жет за­труд­нять про­цесс сма­чи­ва­ния по­верх­но­сти и, сле­до­ва­тель­но, ка­че­ство ме­тал­ли­че­ской от­лив­ки. Уче­ные пе­р­м­ско­го уни­вер­си­те­та раз­ра­бо­та­ли ме­тод, из­ме­ня­ю­щий фи­зи­че­ские свой­ства вос­ко­вой по­верх­но­сти, что при­во­дит к по­вы­ше­нию ее спо­соб­но­сти сма­чи­ва­ния.

Этот ме­тод поз­во­ля­ет эф­фек­тив­но сма­чи­вать вос­ко­вую мо­дель ке­ра­ми­че­ской сме­сью, обес­пе­чи­вая луч­шую ад­ге­зию и фор­ми­ро­ва­ние ка­че­ствен­ной ке­ра­ми­че­ской обо­лоч­ки. Это в свою оче­редь зна­чи­тель­но упро­ща­ет тех­но­ло­гию под­го­то­в­ки ли­тей­ных форм для пре­ци­зи­он­но­го ли­тья сло­ж­ных ме­тал­ли­че­ских де­та­лей, та­ких как ло­пат­ки тур­бо­ре­а­к­тив­ных дви­га­те­лей, юве­ли­р­ные укра­ше­ния, зуб­ные про­те­зы и дру­гие из­де­лия с ко­м­плекс­ной фор­мой.

У­че­ные ПНИПУ о­пуб­ли­ко­ва­ли ста­тью­ в жур­на­ле "С­тек­ло и ке­ра­ми­ка", где они пред­ста­ви­ли ре­зуль­та­ты сво­их ис­сле­до­ва­ний, вы­пол­нен­ных с ис­поль­зо­ва­ни­ем на­уч­но­го обо­ру­до­ва­ния "Цен­т­ра на­у­ко­е­м­ких хи­ми­че­ских тех­но­ло­гий и фи­зи­ко-­хи­ми­че­ских ис­сле­до­ва­ний" в ра­м­ках про­ек­та Пер­м­ско­го НОЦ "Ра­ци­о­наль­ное не­дро­поль­зо­ва­ни­е".

Ис­поль­зуя пресс-­фор­му, уче­ные со­з­да­ли вос­ко­вую мо­дель ме­тал­ли­че­ско­го из­де­лия. Для со­з­да­ния проч­ной ке­ра­ми­че­ской обо­лоч­ки на вос­ко­вой мо­де­ли, на нее на­но­си­т­ся ке­ра­ми­че­ская смесь, ко­то­рая за­тем за­сы­ха­ет и пре­вра­ща­ет­ся в ли­тей­ную фор­му. Что­бы пре­до­т­вра­тить по­яв­ле­ние де­фек­тов и не­ро­в­но­стей на ли­це­вой по­верх­но­сти обо­лоч­ки, ко­то­рая бу­дет на­хо­дить­ся в кон­та­к­те с рас­плав­лен­ным ме­тал­лом, сус­пе­н­зия дол­ж­на иде­аль­но по­кры­вать вос­ко­вую мо­дель.

Од­на­ко, в ре­аль­но­сти до­стичь рав­но­мер­но­го по­кры­тия сло­ж­но из-­за то­го, что во­да, яв­ля­ю­ща­я­ся ос­но­вой свя­зу­ю­ще­го в ке­ра­ми­че­ской сме­си, не вза­и­мо­дей­ству­ет с вос­ком. В со­став сме­си обы­ч­но до­бав­ля­ют по­верх­но­ст­но-а­к­тив­ные ве­ще­ства (ПАВ-сма­чи­ва­те­ли), что­бы устра­нить этот не­до­ста­ток. Од­на­ко та­кие до­бав­ки не га­ран­ти­ру­ют пол­ное сма­чи­ва­ние вос­ко­вой мо­де­ли, что при­во­дит к по­яв­ле­нию де­фек­тов в не­ко­то­рых ке­ра­ми­че­ских обо­лоч­ках.

У­че­ные ПНИПУ за­ме­ти­ли, что рав­но­мер­ное увла­ж­не­ние всей вос­ко­вой мо­де­ли и проч­ное сце­п­ле­ние сус­пе­н­зии мо­ж­но до­стичь не толь­ко хи­ми­че­ски­ми, но и фи­зи­че­ски­ми ме­то­да­ми. Соз­да­ние по­ри­стой или ше­ро­хо­ва­той струк­ту­ры на по­верх­но­сти вос­ко­вой мо­де­ли поз­во­ля­ет улуч­шить вза­и­мо­дей­ствие ме­ж­ду во­дой и вос­ком. Для это­го по­ли­тех­ни­ки раз­ра­бо­та­ли ме­тод, за­клю­ча­ю­щий­ся в на­не­се­нии на вос­ко­вую мо­дель тон­ко­го слоя гид­ро­филь­но­го ке­ра­ми­че­ско­го по­ро­ш­ка, спо­соб­но­го впи­ты­вать вла­гу. Это поз­во­ля­ет обес­пе­чить бо­лее рав­но­мер­ное по­кры­тие вос­ко­вой мо­де­ли сус­пе­н­зи­ей и сни­зить ве­ро­ят­ность по­яв­ле­ния де­фек­тов на по­верх­но­сти ли­тей­ной фор­мы.

Д­ля про­ве­де­ния экс­пе­ри­мен­та уче­ные ис­поль­зо­ва­ли пла­сти­ны из вос­ка и па­ра­фи­на, а та­к­же ди­сти­л­ли­ро­ван­ную во­ду в ка­че­стве сре­ды для ке­ра­ми­че­ских сус­пе­н­зий. Что­бы со­з­дать ше­ро­хо­ва­тость на по­верх­но­сти мо­де­ли, они на­нес­ли тон­кий грун­то­воч­ный ке­ра­ми­че­ский слой, ко­то­рый удер­жи­ва­ет­ся на мо­де­ли бла­го­да­ря пред­ва­ри­тель­но на­не­сен­но­му ли­п­ко­му слою.

Д­ля уве­ли­че­ния сма­чи­ва­е­мо­сти вос­ко­вой по­верх­но­сти, уче­ные об­сы­па­ли мо­де­ли дву­мя ви­да­ми ке­ра­ми­че­ских по­ро­ш­ков - элек­тро­ко­рун­дом (ча­сти­цы раз­ме­ром не бо­лее пя­ти ми­к­ро­мет­ров) и по­ро­ш­ком-КДСП (ча­сти­цы раз­ме­ром 63-200 ми­к­ро­мет­ров). Они та­к­же по­гру­зи­ли об­сы­пан­ные мо­де­ли в рас­тво­ры по­верх­но­ст­но-а­к­тив­ных ве­ществ (ПАВ) для срав­не­ния. В ре­зуль­та­те всех опе­ра­ций на вос­ко­вой об­раз­це об­ра­зу­ет­ся грун­то­воч­ный слой с по­ри­стой струк­ту­рой, ко­то­рый спо­со­бен впи­ты­вать вла­гу.

Ис­поль­зу­е­мые по­ро­ш­ки яв­ля­ют­ся стой­ки­ми и ог­не­у­пор­ны­ми ма­те­ри­а­ла­ми. Элек­тро­ко­рунд из­го­тав­ли­ва­ет­ся на ос­но­ве ок­си­да алю­ми­ния и при­ме­ня­ет­ся для шли­фо­в­ки, ма­ти­ро­ва­ния по­верх­но­стей, а та­к­же для из­го­то­в­ле­ния ин­стру­мен­тов, ли­тей­ных форм и стер­ж­ней. По­ро­шок-КДСП со­сто­ит из хи­ми­че­ски свя­за­н­ных ок­си­дов кре­м­ния и алю­ми­ния и ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в про­мы­ш­лен­но­сти.

Ре­зуль­та­ты экс­пе­ри­мен­тов по­ка­за­ли, что все ме­то­ды фи­зи­че­ско­го воз­дей­ствия вли­я­ют на сте­пень сма­чи­ва­ния. На­и­боль­ший эф­фект до­сти­га­ет­ся при об­сы­п­ке мо­де­лей элек­тро­ко­рун­дом, что при­во­дит к уве­ли­че­нию сма­чи­ва­е­мо­сти на 30 про­цен­тов. Раз­ни­ца в 10 про­цен­тов ме­ж­ду об­раз­ца­ми, об­сы­пан­ны­ми КДСП, объ­яс­ня­ет­ся раз­ме­ра­ми ча­стиц по­ро­ш­ков - чем боль­ше раз­мер ча­стиц, тем ме­нее по­ри­стая струк­ту­ра, и, со­о­т­вет­ствен­но, сма­чи­ва­е­мая спо­соб­ность по­вы­ша­ет­ся в мень­шей сте­пе­ни. По­гру­же­ние об­сы­пан­ных мо­де­лей в рас­тво­ры ПАВ та­к­же по­ка­за­ло хо­ро­ший ре­зуль­тат.

Раз­ра­бо­тан­ный ме­тод поз­во­ля­ет ви­зу­а­ли­зи­ро­вать ре­зуль­тат пе­р­ви­ч­ной об­сы­п­ки мо­де­ли с ли­п­ким сло­ем. Все де­фек­ты пе­р­во­го слоя ста­но­вят­ся вид­ны­ми, что поз­во­ля­ет по­в­тор­но на­не­сти ли­п­кий слой на не­по­кры­тые участ­ки и об­сы­пать их за­но­во элек­тро­ко­рун­дом. Эта осо­бен­ность тех­но­ло­гии поз­во­ля­ет пра­к­ти­че­ски пол­но­стью устра­нить де­фек­ты на ли­це­вой по­верх­но­сти ли­тей­ной фор­мы.

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

[ naked-science.ru ]

Полезное

Полезное

 
-->