Moule carapace soluble pour fonderie et procédé d'élimination

Description

[0001] La présente invention concerne un moule-carapace pour fonderie dont la composition procure des propriétés facilitant l'élimination après coulée des pièces, notamment dans les procédés de fonderie du type à cire perdue.

[0002] Elle concerne également un procédé d'élimination dudit moule-carapace.

[0003] Comme il est déjà bien connu, les procédés de fonderie utilisant des moules-carapaces en céramique comportent notamment les étapes suivantes :

- réalisation d'un modèle, généralement en cire, de la pièce à réaliser,

- enrobage du modèle par couches successives à partir de barbotines de compositions déterminées avec séchages intermédiaires, de manière à former ledit moule-carapace,

- traitement thermique ou cuisson selon des cycles déterminés de températures et durées de manière à obtenir une consolidation ou "cuisson" du moule et l'élimination du modèle,

- réalisation d'une opération de coulée de pièce dans le moule obtenu qui peut par exemple avoir la forme d'une "grappe" dans le cas d'une coulée simultanée de plusieurs pièces, notamment pour des applications aéronautiques telles que des aubes de moteur, particulièrement visées par l'invention,

- élimination du moule-carapace.

[0004] Cette dernière opération fait habituellement appel à des techniques connues de décochage mécanique puis de grenaillage et de sablage. Certaines difficultés mal résolues ont toutefois été rencontrées. Pour certaines pièces de forme complexe, présentant notamment des cavités ou des coudes, ces opérations sont insuffisantes pour éliminer la carapace dans les zones enfermées. En outre certaines pièces, telles que des roues de compresseur de conception monobloc ayant des pales à épaisseur de toiles très faible, présentent des parties très fragiles qui risquent d'être endommagées ou cassées lors d'un décochage mécanique. Enfin, les pièces à structure mono- cristalline ne doivent pas subir de chocs pendant toutes les opérations de parachèvement afin d'éviter l'apparition de phénomènes de recristallisation.

[0005] Par ailleurs, des exemples de compositions de barbotines utilisées pour la fabrication de moules-carapaces de fonderie ont notamment été décrits par EP-A-0 251 847, US-A-3 249 972, FR-A-2 348 772.

[0006] Ces compositions connues ne résolvent cependant pas entièrement tous les problèmes d'élimination du moule-carapace qui ont été notés ci-dessus.

[0007] Un moule-carapace pour fonderie répondant à ces conditions et permettant notamment des conditions améliorées d'élimination du moule après coulée des pièces est caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir de barbotines à base d'un produit liant du type silice colloïdale ou du type silicate d'éthyle et d'une charge minérale céramique dont la composition en pourcentages de masse sèche comprend entre 70 et 95 % de silice fondue et entre 5 et 30 % de zircon.

[0008] Un procédé remarquable d'élimination dudit moule-carapace après coulée des pièces est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :

- (a) élimination manuelle partielle du moule-carapace ;

- (b) découpe des pièces coulées ;

- (c) dissolution complète du moule-carapace en

[0009] bain basique à base de soude ou de potasse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de réalisation illustrant l'invention.

EXEMPLE 1

[0010] Un moule-carapace pourfonderie à la cire perdue conforme à l'invention et ayant une composition spécialement adaptée pour permettre une élimination par dissolution chimique après coulée de pièces et possédant par conséquent des propriétés remarquables de solubilité peut être obtenu par des opérations successives et répétées un nombre de fois convenant au résultat recherché, selon des techniques connues en soi, de trempé du modèle en cire puis de séchage, dans des barbotines dont les compositions remarquables et conformes à l'invention sont les suivantes dans le présent exemple :

- première barbotine de contact comprenant :

20 % de silice colloïdale,

79 % de farine de zircon,

1 % d'un agent complémentaire à propriétés mouillantes et anti-mousse.

- puis une deuxième barbotine de contact, comprenant :

25 % de silice colloïdale,

49 % de farine de zircon,

25 % de farine de silice fondue,

1 % d'un agent complémentaire à propriétés mouillantes et anti mousse.

- et enfin une barbotine de renfort, comprenant :

20 % de silice colloïdale,

33 % de farine de zircon,

42 % de silice fondue

3 % de farine de cristobalite,

2 % d'un agent complémentaire de suspension.

[0011] Ce mode d'obtention du moule-carapace conduit à une composition finale, en pourcentage de masse sèche, de 70 % de silice fondue et 30 % de zircon.

AUTRES EXEMPLES

[0012] Au lieu d'un produit liant à base de silice colloidale, les barbotines de renfort utilisées peuvent comporter un produit liant à base de silicate d'éthyle. Une barbotine de renfort utilisable dans un tel mode de réalisation et conforme à l'invention peut comporter:

35 % de silicate d'éthyle,

23 % de farine de zircon,

37 % de silice fondue,

3 % de cristobalite,

2 % d'un agent complémentaire de suspension.

[0013] Par ailleurs, les pourcentages de masse sèche peuvent varier dans les proportions entre silice fondue qui reste l'élément majoritaire et zircon. Notamment, dans un autre exemple de réalisation, la composition finale, en pourcentages de masse sèche, est de 95 % de silice fondue et 5 % de zircon. On notera par conséquent que ces pourcentages peuvent varier entre 70 et 95 % de silice fondue et entre 5 et 30 % de zircon.

[0014] Les moules-carapaces conformes à l'invention dont les compositions viennent d'être décrites ci-dessus présentent l'avantage essentiel, en plus des propriétés habituelles requises par leur destination, de procurer des facilités intéressantes lors des opérations d'élimination, qui suivent nécessairement en fonderie l'étape de la coulée et solidification par refroidissement des pièces. En effet, ces compositions permettent d'appliquer un procédé remarquable d'élimination du moule-carapace qui comporte les étapes suivantes :

(a) élimination manuelle partielle du moule-carapace ;

(b) découpe des pièces coulées ;

(c) dissolution complète du moule-carapace en bain basique à base de soude ou de potasse.

[0015] Cette dernière étape (c) de dissolution qui caractérise l'invention peut notamment être mise en oeuvre en utilisant un autoclave et un bain de soude, dans des conditions moyennes de température et de pression de 200°C et de 1,5 MPa.

[0016] Une solution alternative permet d'utiliser un bain de potasse à l'air.

[0017] On notera en outre que les compositions de moule-carapace conformes à l'invention grâce à la présence de silice fondue procure des avantages complémentaires et notamment :

- une amélioration des qualités mécaniques de la carapace à la coulée, due à une formation de cristobalite à hautes températures ;

- des propriétés de faible dilatation amenant une amélioration de la résistance aux chocs thermiques.

Revendications

1. Moule-carapace pour fonderie, notamment par un procédé à la cire perdue, caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir de barbotines à base d'un produit liant du type silice colloïdale ou silicate d'éthyle et d'une charge minérale céramique à base de silice fondue et de zircon conduisant à une composition en pourcentages de masse sèche comprenant entre 70 et 95 % de silice fondue et entre 5 et 30 % de zircon.

2. Moule-carapace pour fonderie selon la revendication 1 obtenu par des opérations successives de trempé et séchage dans les barbotines suivantes :

- (a) une première barbotine de contact comprenant :

- 20 % de silice colloïdale,

- 79 % de farine de zircon,

- 1 % d'un agent complémentaire à propriétés mouillantes et anti-mouse ;

- (b) une deuxième barbotine de contact comprenant :

- 25 % de silice colloïdale,

- 49 % de farine de zircon,

- 25 % de farine de silice fondue,

- 1 % d'un agent complémentaire à propriétés mouillantes et anti-mousse ;

- (c) une barbotine de renfort, comprenant :

- 20 % de silice colloïdale,

- 33 % de farine de zircon,

- 42 % de silice fondue,

- 3 % de farine de cristobalite,

- 2 % d'un agent complémentaire de suspension et comprenant au stade final, en pourcentages de masse sèche 70 % de silice fondue et 30 % de zircon.

3. Moule-carapace pour fonderie selon la revendication 1 obtenu par des opérations successives de trempé et séchage dans les barbotines suivantes :

- (a) une première barbotine de contact comprenant :

20 % de silice colloïdale,

79 % de farine de zircon,

1 % d'un agent complémentaire à propriété mouillantes et anti-mousse,

- (b) une deuxième barbotine de contact comprenant :

25 % de silice colloidale,

49 % de farine de zircon,

25 % de farine de silide fondue,

1 % d'un agent complémentaire à propriété mouillante et anti-mousse,

- (c) une barbotine de renfort comprenant : 35 % de silicate d'éthyle,

23 % de farine de zircon,

37 % de silice fondue,

3 % de cristobalite,

2 % d'un agent complémentaire de suspension.

4. Procédé d'élimination, après coulée des pièces, d'un moule-carapace conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:

- (a) élimination manuelle partielle du moule-carapace,

- (b) découpe des pièces coulées,

- (c) dissolution complète du moule-carapace en bain basique.

5. Procédé d'élimination d'un moule-carapace selon la revendication 4 dans lequel l'étape (c) de dissolution est effectuée en autoclave dans un bain de soude, dans des conditions moyennes de température et de pression de 200°C et 1,5 MPa.

6. Procédé d'élimination d'un moule-carapace selon la revendication 4 dans lequel l'étape (c) de dissolution d'un moule-carapace est effectuée dans un bain de potasse à l'air.