ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СМАЧИВАНИЕ ВОСКОВЫХ МОДЕЛЕЙ

Кесарев О. В., Захарчук Г. А.


Одним из типичных видов брака в ходе технологического процесса точного литья по выплавляемым моделям является образование шаровых наплывов на поверхности отливок. Появление такого вида брака объясняется адсорбцией пузырьков воздуха, попадающего в ходе приготовления суспензии формовочной массы и формовки на поверхности восковых моделей.

В настоящее время на предприятиях Союзювелирпрома используют технологические методы борьбы с этим нежелательным явлением: суспензию формовочной массы вакуумируют до и после заливки ее в опоки, а восковые модели напаивают на стояки под острым углом. Однако с помощью указанных методов не всегда удается избавиться от адсорбированных пузырьков воздуха.

Для того, чтобы пузырек воздуха оторвался от поверхности восковой модели, необходимо преодолеть силу адгезии, которую определяют по формуле:

где Fa - сила адгезии;

rK - радиус поверхности контакта;

σж-г - поверхностное натяжение;

Θ - краевой угол.

Краевой угол (или угол смачивания) образуется касательной, проведенной к поверхности капли в точке соприкосновения трех фаз, с поверхностью твердого тела и условно измеряется в сторону жидкой фазы.

Как видно из формулы, сила адгезии прямо пропорциональна углу смачивания: чем лучше смачивание, тем меньше угол смачивания, а следовательно, и сила адгезии.

Таким образом, для снижения брака, вызванного образованием шаровых наплывов, необходимо повысить смачивание восковой суспензией формовочной массы. Этого можно добиться с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Принципиально ПАВ можно наносить на поверхность восковой модели или добавлять в суспензию формовочной массы. Так как введение ПАВ в суспензию связано со значительным расходом и может повлиять на технологические характеристики формовочной массы, авторы выбрали первое решение.

Задача сводилась к выбору материала, обеспечивающего максимальное смачивание, и по инверсии смачивания к определению его оптимальной концентрации.

В качестве объектов исследования были рассмотрены следующие материалы:

  1. Анионоактивные вещества: сульфонол НП-1, Прогресс^, алкилсульфонат;

  2. Неиоиогенные вещества: синтанол ДС-10, ОП-7;

  3. Импортное моющее средство Приль, которое, согласно литературным данным, имеет следующий состав, %:

Активное вещество (алкилбензолсульфонат) ≈ 20
Неионогенные вещества До 10
Сульфонаты эфиров ≈ 2-3

Угол смачивания измеряли «методом пузырьков». Испытуемый образец (восковая пластинка) помещают в раствор поверхностно-активного вещества, а под поверхность образца подводят пузырек воздуха. С помощью фильмоскопа пузырек воздуха проектируют на экран, к которому приклеплен листок бумаги. Контур пузырька аккуратно обрисовывают каранда-шом и в точке соприкосновения трех фаз — у основания пузырька к контуру проводят касательную. Полученный при этом угол, направленный в сторону жидкости, и будет углом смачивания.

Экспериментальные данные приведены в таблице.

Таблица

Значения углов смачивания, определенные «методом пузырьков»

Материал Концентрация ПАВ, вес. %
4 3 2 1,5 1 0,75 0,5 0,38 0,25
Углы смачивания, град
Сульфонол НП-1 61 61 61 63 62 63 65 68 81
Алкилсульфонат 60 60 60 60 61 62 66 70 82
Прогресс 75 75 75 75 75 75 77 81 89
ОП-7 71 71 71 71 71 72 74 81 89
Синтанол ДС-10 64 64 64 64 64 65 66 68 81
Приль 57 57 57 57 57 57 58 59 60

По полученным экспериментальным данным построили кривые инверсии смачивания (рис.), откладывая по оси абсцисс концентрации поверхностно-активных веществ, а по оси ординат — значение косинуса угла смачивания. Вверх от нуля наносим положительные значения косинуса, вниз — отрицательные.

Все испытанные поверхностно-активные вещества улучшают смачиваемость восковой поверхности. Наименьший угол смачивания получен для сульфонола НП-1 и алкилсульфоната. Оптимальная концентрация активного вещества в растворе 1,5%.

Как показали опытно-промышленные испытания, проведенные на участке литья отдела металлургии ВНИИювелирпрома, использование сульфонола НП-1 привело к снижению брака по шаровым наплывам на 95%.

ЛИТЕРАТУРА

1. 3имон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание. М., «Химия», 1974.


Примечание. Простым языком. "Русские самоцветы" одно время мучились с таким видом брака, как образование шариков металла на поверхности отливок. К проблеме подключилась лаборатория огранических материалов ВНИИювелирпрома во главе с к.т.н. Кесаревем Олегом Васильевичем. Они предложили окунать елочку перед формовкой в раствор моющего средства (разбавленный, конечно!). Это привело к почти полной ликвидации этого вида брака. Цифра 95% названа вследствие дотошности ученых, поскольку все многофакторные процессы предсказуемы именно с этой вероятностью. В их опытах брака вообще не наблюдалось.