Brevet FR2028446A1 — publié le 19701009

i 2028446 La présente invention concerne les abrasifs fondus» Elle se rapporte plus spécialement aux abrasifs fondus coulés du type contenant de l'oxyde de zirconium cristallisée Ce type d'abrasif possède habituellement une résistance élevée aux 5 chocs et fournit des meules ayant une longue durée de service, qui conviennent particulièrement bien pour des opérations de meulage dans des conditions difficiles comme les opérations d1ébarbage. Depuis de nombreuses années, l'alumine alpha était con-10 sidérée comme la matière la plus importante dans l'industrie des abrasifs pour l'usinage des métaux dans le cas des opérations de meulage difficiles telles que les opérations d'ébarbage « Le succès des abrasifs à base d'âLumine peut être attribué à la dureté inhérente de cette matière, à son point de 15 fusion élevé et à son inertie chimique relative vis-à-vis des métaux» Quand de tels abrasifs sont utilisés dans une meule, la meule résultante est particulièrement efficace et permet d'enlever des quantités de métal relativement grandes pour un prix de revient relativement faible en ce qui concerne l'usure 20 de la meule» Les abrasifs à base d'alumine alpha particulièrement efficaces actuellement utilisés sont le résultat de nombreuses années d'efforts de la part des techniciens de l'industrie des abrasifs pour améliorer les matières initiales de ce genre. Les perfectionnements principaux résident dans la facul-25 té de régler dans des limites très étroites la chimie des abrasifs, dans la découverte du fait que des abrasifs ayant une résistance améliorée résultent de l'utilisation d'alumine fondue refroidie rapidement, dans l'idée d'émousser le grain abrasif pour obtenir une forme plus ramassée ou plus résistante, et 50 dans l'évolution du traitement thermique des grains abrasifs pour éliminer par recuit les contraintes et fatigues thermiques. Plus récemment, on a créé des abrasifs encore plus efficaces que l'alumine alpha pour le meulage dans des conditions difficiles. Cette famille d'abrasifs est formée essentiellement 55 d'alumine alpha et de zircone. L'introduction de la zircone dans la composition à base d'alumine alpha remédie à la faiblesse principale de cette matière, qui est sa vitesse d'usure relativement élevée. Les abrasifs formés d'alumine alpha et de 70 01338 2 2028446 zircone sont supérieurs, au point de vue rendement de meulage, aux abrasifs formés essentiellement d'alumine, du fait d'une amélioration très importante de la durée de service dtes abrasifs. les abrasifs AlgO^-ZrC^ enlèvent le métal, dans un jeu 5 donné des conditions de meulage données, à une vitesse un peu plus faible que les abrasifs alumineux, mais les premiers fournissent des vitesses d'usure des meules inférieures d'une valeur atteignant 50 %, ce qui compense plus que largement cette vitesse plus faible d'enlèvement du métal. Les avantages 10 remarquables des abrasifs Al2Û^-Zr02 peuvent être appréciés aisément à la lecture du brevet des Etats Unis d'Amérique n° 3.181.939. Toutefois, malgré l'évolution importante qui résulte dans l'industrie du travail des métaux de l'introduction des abra-15 sifs à base d'alumine alpha fondue et l'amélioration de prix de revient très importante qui résulte de l'emploi des abrasifs alumine alpha-zircone d'une plus grande longévité, on n'obtient pas des conditions de meulage idéales quand le temps ou la main-d'oeuvre représente le facteur économique le plus criti-20 que, comparativement au prix de revient de l'abrasif ou des meules» Dans les applications de meulage dans lesquelles le prix de la main-d'oeuvre est prépondérant, la propriété la plus importante d'un abrasif est sa vitesse de coupe ou la vitesse d'enlèvement du métal dans des conditions de meulage données. 25 Compte tenu de l'augmentation très rapide des frais de main- d'oeuvre au cours des dernières années, l'industrie du travail des métaux a un besoin extrêmement grand d'un abrasif capable de réduire de façon importante la quantité de main-d'oeuvre ou le temps mis pour certaines opérations de travail des métaux» 30 Un abrasif fournissant une vitesse de coupe ou vitesse d'enlèvement du métal nettement augmentée, sans perte notable de longévité, correspondrait en conséquence à une diminution importante des frais. L'invention a pour but de fournir un tel abrasif à l'industrie du travail des métaux. 35 L*invention est matérialisée dans un abrasif cristallisé fondu à haute résistance assurant une coupe rapide, formé essentiellement de zircone et de spinelle. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on introduit, dans un four classique à 70 01338 2028446 arc électrique, par exemple des quantités convenables de bauxite, de zircone, de magnésie, de cbarbon et de tournures de fer» On fait fondre le mélange, puis on coule des lingots, le mélange se solidifiant rapidement. Le mélange solidifié est alors for-5 mé essentiellement de zircone cristallisé et de spinelle magnésie-alumine o Quand l'abrasif résultant de ce mélange solidifié de zircone et de spinelle est utilisé dans une meule, et quand on détermine les caractéristiques de la meule en ce qui concerne le meulage d'acier faiblement allié, les résultats du meula-10 ge montrent que l'abrasif zircone-spinelle possède la vitesse élevée d'enlèvement du métal des abrasifs à base d'alumine nor-male plus classique et la longévité exceptionnelle (résistance à l'usure) des abrasifs alumine-zircone. Cet abrasif zircone-spinelle remarquable fournit à l'in-15 dustrie du travail des métaux la combinaison non encore obtenue jusqu'ici d'une vitesse élevée d'enlèvement de métal et d'une faible usure de la meule» L'invention comble l'intervalle qui est laissé par les abrasifs à l'alumine normale assurant une coupe rapide mais s'usant également rapidement, et l'abrasif 20 zircone-alumine d'une longévité exceptionnelle mais d'une coupe relativement lente. Un but de l'invention est en conséquence de fournir à l'industrie de travail des métaux un abrasif dont la longévité soit égale au meilleur abrasif actuellement existant, mais 25 capable d'enlever le métal à une vitesse nettement plus grande. Un autre but de l'invention est de créer un abrasif convenant particulièrement bien pour un meulage dans des conditions dures ou difficiles. Un autre but encore de l'invention est de créer un abrasif 30 avantageux du point de vue économique par rapport aux abrasifs courants pour effectuer des opérations de meulage exigeant une main-d'oeuvre assez importante. L'invention a encore pour but de créer des meules réalisées à l'aide d'un abrasif particulièrement avantageux pour des opé-35 rations de meulage telles qu*uîi~éBàtb&ge à l'aide d'une meule montée à poste fixe et un ébarbage au moyen d'une meule montée sur un cadre oscillante 70 01338 4 2028446 Un autre but encore de l'invention est de créer un abrasif qui, par suite de sa capacité d'enlèvement du métal à une vitesse élevée, convienne pour la réalisation d'abrasifs appliqués. 5 D'autres buts encore de l'invention apparaîtront à la lec ture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif» Les spinelles constituent une famille de composés minéraux de formtile générique M1"1" (M'^Og^ » caractérisés par une 10 structure cristalline particulière dans laquelle les atomes d'oxygène sont disposés selon une répartition cubique serrée, III des atomes de M (métal trivalent) comblant les trous à répar- II tition en octahèdre, tandis que des atomes de M (métal bivalent) comblent les trous répartis en tétraèdre» La structure 15 du spinelle et la formtile générique sont caractéristiques de divers conrposés naturels et synthétiques dans lesquels mF"*" peut être du béryllium, du magnésium, du.zinc, du cadmium, du manga— III nèse, du fer, du cobalt ou du nickel, et M peut être de l'aluminium,du gallium, de l'indium, du fer, du cobalt ou du 20 chrome» Le terme "spinelle" a été plus ou moins réservé pour l'élément magnésie-alumine de la famille de formule MgCAlOg^* Ci-après, ce terme "spinelle" désigne les espèces magnésie-alumine et le terme "spinelles" couvre l'ensemble de l'espèce. La situation est plus complexe si l'on considère le fait qu'il 25 existe des spinelles magnésie-alumine contenant plus d'alumine que la quantité présente dans le spinelle simple Mg(A102)2 cm» sous une autre forme, MgOoAlgO^; il s'agit par exemple du composé MgOo^A^O^. Dans ce dernier composé, les trois molécules d'alumine qui sont en excès par rapport à celle requise pour 30 former le composé Mg(A102)2 simple sont considérées comme des molécules en solution solide dans le spinelle I/^AlOg^® Ces spinelles contenant de l'alumine selon une proportion élevée sont parfois dénommés "pauvres en magnésie"» Etant donné que, pour la mise en oeuvre de l'invention, on utilise des rapports 35 AlgO^/MgO supérieurs à 4:1, et étant donné en outre qu'il semble sans importance que la magnésie en excès soit dissoute ou non dans le spinelle, l'alumine en excès par rapport à la quantité définie par la formule Mg^lOg^ ss^ dénommée ci—après 70 01338 5 2028446 "alumine n'appartenant pas au spinelle"» Le même terme est appliqué aux modes de mise en oeuvre de l'invention dans lesquels on note un excès de magnésie par rapport à la formule MgCAlOg^» Cette magnésie en excès est également dénommée "magnésie n'ap-5 partenant pas au spinelle", qu'elle soit ou non dissoute dans le composé MgCAlC^^ « Pour tenter de produire par synthèse un abrasif ayant les caractéristiques d'enlèvement de métal de l'ancienne alumine . connue,.ainsi que les caractéristiques de longévité de l'abra-10 - sif zircone-alumine plus récent, on a étudié de nombreuses matières minérales et de nombreuses combinaisons de matières» Pen-. dant ces recherches, on a constaté que 1'incorporation de spi-• ; nelle...magnésie-alumine à une matrice d'oxyde de zirconium donne ■une matière abrasive à l'état de particules correspondant aux 15 résultats désirés, et que ceci est le cas avec une quantité de spinelle ne dépassant pas 15% en poids. vile façon plus précise, des recherches ont montré qu'un abrasif à l'état de particules de ce genre est obtenu quand on fait fondre des mélanges renfermant de 20 à 65% en poids environ 20 de zircone et de 35 à 80$ en poids environ d'un mélange de magnésie et d'alumine, dans un four à arc électrique classique permettant la coulée, et quand on refroidit rapidement le mélan-■ . ge fondu par coulée en petits lingots ou billettes. En outre, ces recherches ont montré que la fraction spinelle de cette com-25 position n'a pas besoin de correspondre exactement à un rapport molaire lîl entre l'alumine et la magnésie, et qu'on obtient un abrasif de qualité supérieure à l'état de particules si la composition abrasive contient un exeès d'alumine ou de magnésie n'appartenant pas au spinelle, dans certaines limites. 30 Au cours des recherches qui ont abouti aux particules d'abrasif oxyde de zirconium-spinelle suivant l'invention, on a examiné un certain nombre de spinelles autres que le spinelle magnésie-alumine appartenant à ce groupe» Il semble que les autres spinelles fournissent des abrasifs inférieurs au spinelle 35 . magnésie-alumine en combinaison avec l'oxyde de zirconium. Les autres spinelles ne donnent pas satisfaction dans les conditions satisfaisantes pour le spinelle magnésie-alumine étant donné qu'ils ont des points de fusion nettement inférieurs à 2000°C, tandis que ce dernier a un point de fusion égal à 2135°C. Il 70 01338 6 2028446 semble en conséquence que, si tous les autres facteurs sont sensiblement égaux, la matière ayant le point de fusion le plus élevé donne un abrasif de la qualité la mailleure» Pour la mise en oeuvre de l'invention, on utilise de l'a-5 lumine, de la zircone et de la magnésie de très grande pureté. Toutefois, étant donné lé prix de revient élevé de ces matières de grande pureté, leur utilisation serait impossible en pratique. L'invention peut être appliquée avec succès en utilisant des matières brutes relativement impures comme la bauxite, la 10 magnésite et le sable de zircon» Le taux d'impuretés introduites par l'utilisation de ces matières relativement impures doit toutefois être pris en considération., Bien qu'une teneur totale en impuretés dépassant 5% dans l'abrasif zircone-spinelle terminé ne soit pas nuisible pour les caractéristiques de meulage 15 supérieures d'un tel abrasif, il est désirable de limiter la quantité d'impuretés à 5^ environ» Pour cette raison, il est désirable de choisir une combinaison de matières contenant de l'alumine, de la zircone et de la magnésie, ou d'effectuer la fusion de telle sorte que la teneur totale en impuretés dans le 20 produit abrasif terminé ne dépasse pas 5% environ. La composition optimum du produit fini est celle de l'eutectique entre la zircone et le spinelle, qui correspond environ à 52% en poids de zircone et environ 48% en poids de spinelle, le spinelle étant formé par de l'alumine et de la magnésie dans un rapport 25 molaire égal à 1:1, de telle sorte que l'on n'obtienne pas d'alumine ou de magnésie n'appartenant pas au spinelle. Avantageusement, étant donné que cette condition idéale serait difficile à obtenir à l'échelle de la fabrication, l'invention n'est pas limitée à une telle relation. Des recherches ont montré que 30 l'abrasif de qualité supérieure suivant l'invention est obtenu quand une quantité pouvant atteindre 7% en poids de la composition totale est présente sous forme de magnésie n'appartenant pas au spinelle. En outre, le système admet une quantité atteignant 65% en poids de la composition totale sous forme d'alumine 35 n'appartenant pas au spinelleo Gomme indiqué précédemment, la MgO ou l'AlgO^ n'appartenant pas au spinelle peut être présente en solution solide dans le spinelle ou ne pas faire partie du tout de la structure du spinelle» La gamme de compositions opti— 70 01338 ? 2028^46 mum correspond alors environ à un rapport pondéral égal à 1:1 entre le zircone et le spinelle, ces deux constituants étant présents chacun selon une quantité allant de 35 à 55% en poids» Le procédé de fusion particulier utilisé ici n'a pas 5 d'importance réelle. Il est simplement nécessaire que l'équipement utilisé soit capable de provoquer la fusion du mélange de matières contenant de la zircone, de l'alumine ou de la magnésie. "Un four à arc permettant la coulée convenant particulièrement bien ici est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Améri-10 que n° 2.426.643. Une fois la fusion terminée, c'est-à-dire lorsque la fusion s'est produite et lorsque toutes les réactions nécessaires sont terminées, la masse fondue est de préférence coulée en lingots ou biellettes et elle est laissée à refroidir. La vites-15 se de refroidissement de la masse fondue et sa composition exercent toutes deux une influence sur la grosseur moyenne numérique des cristaux dans le produit fini. Dans les gammes de compositions considérées ici, dans lesquelles le rapport molaire AlgO^/MgO est égal à 1:1; on note toujours dans le produit 20 solidifié une quantité notable d'eutectique zircone-spinelle. Cet eutectique est toujours d'une taille de cristaux extrêmement fine, de l'ordre de 5 microns ou moins, et cette taille semble être sensiblement indépendante de la vitesse de refroidissement. Si la composition de la matière correspond à la composition 25 eutectique, c'est-à-dire si cette matière renferme environ 52% en poids de ZrOg et 48% de spinelle, la totalité de la composition a une grosseur de cristaux moyenne numérique plus petite a Par ailleurs, si la composition s'écarte de façon notable de la composition de 1'eutectique et si elle renferme par exem-30 pie 28% de ZrOg et 62% de spinelle, les 30% de spinelle environ qui représentent l'excès par rapport à la composition eutectique forment des cristaux beaucoup plus gros, lors d'une solidification rapide de la masse en fusion, que cela n'est le cas dans la portion eutectique, pour une vitesse donnée de refroidisse-35 ment. La troisième combinaison (au point de vue composition) qui participe au caractère cristallin de ce nouvel abrasif est celle . correspondant à la teneur en MgO ou AlgO^ n'appartenant pas au 70 01338 8 2028446 spinelle, représentant l'excès par rapport aux quantités stoe-chiométriques pour former le spinelle. Que le MgO ou l'AlgO^ n'appartenant pas au spinelle soit en solution solide ou séparée par précipitation, dans la gamme des limitations quantitati-5 ves correspondant à l'invention, elle est présente à l'état cristallin extrêmement fin, analogue à celui de l1eutectique ZrOg-spinelle, et en outre 1*eutectique formé par la ZrOg et les spinelles riches en MgO.AlgO^ est aussi finement cristallisé que l'eutectique MgO.AlgO^ et Zr02 1:1 plus simple mentionné 10 précédemment. La taille moyenne numérique des cristaux à la fois du ZrOg-spinelle (qui peut contenir de l'AlgO^ et de la MgO n'appartenant pas au spinelle en solution) et de l'AlgO^ ou de la MgO non dissoute est réglée de façon intrinsèque à une valeur d'environ 5-10 microns, au moins par les compositions 15 mentionnées ici, et n'est sensiblement pas affectée par les conditions de traitement. Quand la composition est du type contenant un excès de spinelle par rapport à la quantité nécessaire pour satisfaire 1'eutectique ZrOg-spinelle, la vitesse de refroidissement peut 20 exercer une influence notable sur le produit final. Dans ce cas plus l'excès de spinelle est élevé, et plus la vitesse de refroidissement de la masse en fusion est lente, plus la taille des cristaux primaires de spinelle est importante. La seule limitation en ce qui concerne la taille des 25 cristaux primaires de spinelle et par suite la vitesse de refroidissement de la masse en fusion est celle imposée par la grosseur de particules désirée pour le produit abrasif terminé» La quantité de spinelle en excès et la vitesse de refroidissement ne doivent pas être telles que les cristaux de spinelle 50 primaires résultants soient suffisamment gros pour que, lorsque l'abrasif brut est broyé à la grosseur de grain désirée, la corn position d'une partie importante de l'abrasif ainsi broyé se trouve en dehors des paramètres de composition ZrOg-spinelle suivant l'invention. Par exemple, si l'on prépare un produit 35 abrasif final ayant une granulométrie correspondant au tamis n° 70 à partir d'abrasif brut ayant la composition suivante : 28% de ZrOg, 62% de spinelle, 6% d'AlgO^ en excès et 4■% d'impuretés, coulé dans des moules fournissant des lingots de 22,5 kg 70 01338 9 2028446 26% environ des particules d'abrasif d'une grosseur de grain n° 70 sont formées essentiellement de spinelle et non pas par la composition ZrC^-spinelle suivant l'invention, étant donné que cette composition abrasive brute et la vitesse de refroi-5 dissement résultant de l'utilisation d'un moule de 22,5 kg donnent des cristaux formés principalement de spinelle avec une grosseur de cristaux moyenne d'environ 210 microns, ce qui correspond sensiblement à la grosseur de grain n° 70o On comprendra que l'étude qui précède s'applique également 10 aux compositions ZrOg-spinelle contenant de l'alumine ou de la magnésie n'appartenant pas au spinelle à l'état dissous et (ou) non dissous» Inversement, si le même abrasif brut décrit ci-avant est broyé à une grosseur de grain n° 14, ce qui correspond à une 15 grosseur de 1410 microns, ce grain d'abrasif entre dans le cadre de la matière abrasive à l'état de particules ou de la gamme de compositions de grain abrasif mentionnée ici« En d'autres termes, la grosseur moyenne numérique des cristaux d'abrasif suivant l'invention ne constitue pas un fac-20 teur limitatif, mais elle affecte toutefois la composition de la matière abrasive finale à l'état de particules, la grosseur de cristaux moyenne doit être telle qu'il en résulte des particules abrasives broyées dont la plus grande partie au moins en volume entre dans les paramètres de composition indiqués ici. 25 Le stade final au cours de la préparation des granules d'abrasif est le broyage» Il existe plusieurs méthodes bien connues de broyage de l'abrasif brut. Parmi les appareils utilisables, on peut citer le broyeur à mâchoires, le broyeur à marteaux, le broyeur à cylindres, le broyeur à impact, etc. Le mode 30 de broyage ne constitue pas un facteur primordial suivant l'invention. Toutefois, il est préférable, pour des raisons économiques, d'utiliser une technique de broyage par impact telle qu'un broyeur à marteaux ou celui décrit dans le brevet allemand n° 506.517<> En outre, si l'abrasif préparé est destiné à un 35 ébarbage dans des conditions difficiles, le processus de broyage par impact fournit un abrasif qui convient de façon meilleure à cette opération, étant donné la faculté inhérente des matières broyées par impact à permettre seulement aux grains les plus 70 01338 10 2028446 résistants de résister à ce broyage. Les techniciens spécialisés dans ce domaine comprendront qu'après le broyage et la classification granulométrique de l'abrasif brut selon les grosseurs désirées, plusieurs stades 5 de traitement additionnels permettent le traitement du grain ainsi préparé, tels que ceux mentionnés précédemment, c'est-à-dire que le grain abrasif terminé peut être traité par chauffage et (ou) qu'il peut être enrobé ou arrondi pour prendre up.e forme plus résistante. Les. compositions abrasives faisant l'ob— 10 jet de l'invention peuvent également être soumises à ces traitements ultérieurs. La composition abrasive remarquable suivant l'invention, bien qu'elle convienne particulièrement bien pour des opérations d'abrasion ou de meulage dans des conditions difficiles, 15 comme l'ébarbage, n'est pas limitée au point de vue utilisation à ce type particulier d'opérations de meulage. Elle donne des résultats aussi bons lors de n'importe quelle opération de meulage pour laquelle les abrasifs à l'alumine classique ont été utilisés jusqu'ici, par exemple lors d'opérations de meulage de 20 précision comme la rectification de cylindres, le meulage "centerless", la rectification ou le meulage d'arbres-vilebrequins et dans les abrasifs appliqués, etc. L'abrasif utilisé pour ces opérations de meulage diffère de celui employé pour un meulage grossier principalement par la grosseur de grain qui 25 doit être utilisée et à un certain degré par la forme des grains ou particules. Les techniciens spécialisés dans ce domaine comprendront immédiatement que ces abrasifs zircone-spinelle, y compris ceux contenant de l'AlgO^ ou de la MgO n'appartenant pas à un spi-50 nelle à l'état dissous ou non dissous, peuvent être transformés en meules en utilisant n'importe lequel des trois agglomérants bien connus pour les meules, qui sont les agglomérants à base d'argile ou vitrifiés, les agglomérants à base de silicate de soude et les agglomérants résinoxdes ou organiques, qui com-35 prennent les résines thermodurcissables comme le produit de condensation phénol-formaldéhyde , les résines époxy, les résines alkydes, les polyuréthanes, les polyesters non saturés, la gomme laque, le caoutchouc vulcanisé, etc. Le domaine de la technolo 70 01338 ii 2028446 gie des agglomérants destinés aux meules est vaste et ne correspond pas à l'invention, de sorte qu'il ne semble pas nécessaire de s'y attarder» On donnera ci-après, à titre non limitatif, un certain 5 nombre d'exemples détaillés correspondant à la mise en oeuvre de l'invention. On remarquera que dans tous ces exemples le type de meule utilisé pour évaluer les diverses compositions zircone-spinelle-IvlgO-AlgO^ est dans chaque cas une meule à agglomérant résinoïde dans laquelle l'agglomérant est formé par 10 un polymère de condensation phénol-formaldéhyde. En outre, on notera également que les divers abrasifs suivant l'invention sont essayés au cours d'opérations de meulage difficiles ou d'ébarbage. Cette sélection arbitraire ne doit pas être considérée comme une limitation. L'abrasif suivant l'invention, du 15 fait de sa capacité d'enlever le métal â une vitesse élevée, convient également à un meulage de précision ou à une rectification. Dans les exemples donnés ci-après, la qualité ou le rendement de meulage des divers abrasifs est exprimé en rapport 20 G-, c'est-à-dire par le rapport entre le métal enlevé, exprimé en kg/h, et la vitesse d'usure de la meule, exprimée en cm3/h. En outre, dans les exemples considérés ici, l'abrasif formé essentiellement d'alumine et l'abrasif alumine-zircone sont traités de la manière connue pour donner des abrasifs ayant 25 des propriétés optima pour l'ébarbage, c'est-à-dire que les abrasifs sont broyés,puis arrondis à l'état sec pour obtenir une forme compacte et résistante. Les abrasifs suivant l'invention ne sont toutefois pas arrondis, de sorte que les résultats du meulage obtenus avec ces abrasifs sont un peu inférieurs à 30 ceux qui seraient obtenus si les abrasifs étaient d'abord arrondis. EXEMPLE A On introduit dans un petit four à arc électrique permettant la coulée, ayant une capacité d'environ 450 kg, -un mélange formé 35 par 47 kg de bauxite de Surinam, 49,5 kg de zircone contenant environ 5% de silice et environ 10% d'alumine, 20 kg de magnésium, 3,5 kg d'orge carbonisée et 5 kg de tournures de fer pour 100 kg de mélange» On fait fondre ce mélange de charge brut et on le 70 01338 12 2028446 maintient à l'état fondu pendant un laps de temps suffisant pour permettre aux réactions chimiques normales de se produire, le temps total étant égal à 6,25 heures. On coule ensuite le produit en fusion dans des lingotières destinées à de l'acier, de forme 5 conique ou prismatique, ayant une capacité d'environ 22,5 kg» La masse en fusion se solidifie rapidement» Le solide produit présente la composition en pourcentages en poids suivante: SiOg ï^O^ ^■12^3 Spinelle ZrOg 1,29 0,11 1,83 6,80 46,96 43,01 10 On "broie ensuite grossièrement les lingots d'abrasif brut jusqu'à ce que la matière traverse un tamis ayant des mailles de 9,5 mm environ, mais soit retenue par un tamis n° 18 (mailles de 1,00 mm). La matière sous forme de particules grossières est ensuite soumise à un broyage par impact pour produire 15 avec un rendement élevé des granules d'abrasif traversant un tamis n° 10 (mailles de 2,00 mm), mais retenus par un tamis n° 18 (mailles de 1,00 mm). Cet abrasif zircone-spinelle A, formé de grains ayant entre 1,00 et 2,00 mm, est alors essayé pour une opération de meu-20 lage de comparaison au cours de laquelle on utilise également l'abrasif alumine-zircone fondu décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n° 3*181.939 et l'abrasif à 95% d'alumine plus classique, qui sont vendus par la société Norton Company sous la dénomination ALUNDUM 68 et ALUEDUM 44 respectivement. Les meules 25 utilisées au cours de l'expérience sont du type à agglomérant organique ou résinoïde pressé à chaud. Les meules sont produites en plaçant tout d'abord dans un malaxeur les quantité déterminées d'abrasif, et d'agglomérant classique, l'agglomérant étant formé par une .résine phénol-30 formaldéhyde produite en deux stades, du fluoroborate de potassium, des pyrites de fer et de la chaux. Après avoir malaxé intimement ces ingrédients, on place une quantité prédéterminée du mélange dans un.moule en acier ayant un diamètre intérieur d'environ 40 cm et contenant un plateau inférieur en acier et un 35 moyeu également en acier. Le plateau supérieur du moule est ensuite mis en place et l'ensemble du moule est placé dans une presse chauffée dans laquelle une pression égale à 2,81 kg/mm? 01338 13 2028446 est exercée sur le moule à une température d'environ 160°C. les conditions de température et de pression sont maintenues sur le moule pendant un laps de temps correspondant à une heure, ce qui donne un produit pressé ayant environ 50 mm d'épaisseur et dont 3 la porosité est d'environ 1%« la meule partiellement cuite contenue dans le moule est ensuite extraite de la presse chauffée et séparée du moule, puis placée dans un four à circulation d'air où elle est soumise à un traitement thermique à environ 180°C pendant douze heures» Les stades terminaux de fabrication 10 de la meule correspondent à son dressage, à la rectification de ses flancs et au réalésage de son trou afin d'obtenir une meule ' parfaitement équilibrée et bien dressée. Les trois meules, c'est-à-dire les meules contenant la composition zircone-alumine, l'alumine seule et le nouvel abrasif zircone-spinelle sont fa-15 briquées d'une manière identique» Les trois meules sont ensuite essayées sur une machine hydraulique de meulage des billettes, la meule tournant à une vitesse périphérique de 4-7,5 m/sec», en exerçant une force vers le bas entre la meule et la pièce égale à 180 kg» La matière ainsi meulée e'st un acier faiblement allié 20 4140» Les résultats de cet essai de meulage comparatif sont indiqués dans le tableau I» TABLEAU I Abrasif 25 ALUÎTDUM 44 (95% d'alumine) Usure de la meule 1600 Zircone-alumine 504 (40% de ZrOg) Zircone-spinelle A 565 Enlèvement Rapport G de matière 53 39 51 3,3 x 10' ,-2 7,7 x 10' ,-2 9 x 10' -2 30 UM = cm3 par heure EM = kg par heure Rapport G = EM UM La supériorité de l'abrasif zircone-spinelle A apparaît aisément à l'examen du tableau qui précède» L'abrasif suivant 70 01338 14 2028446 1*invention enlève le métal à une vitesse qui dépasse en réalité celle de 1*abrasif à 95% d'alumine fournissant la coupe la plus rapide, tout en présentant une longévité nettement-supérieure à celle de l'abrasif à base d'alumine et comparable à celle de 5 l'abrasif zircone-alumine» Du fait de la capacité des abrasifs zircone-spinelle à enlever le métal à une vitesse très élevée, le temps de meulage, par exemple pour l'ébarbage d'une biellet-te, et par suite les frais de main-d'oeuvre sont réduits» La faible usure de la meule (longévité élevée) formée par cet abra-10 sif fournit un prix de revient de meulage relativement faible pour l'enlèvement d'une quantité de métal donnée. Le rapport G constitue une mesure judicieuse de la qualité de l'abrasif, et plus ce rapport G est élevé, plus la qualité d'un abrasif donné est grande; dans un certain sens, le rapport G combine les 15 effets des vitesses d'enlèvement de la matière et d'usure de la meule. Le rapport G montre dans ce cas que l'abrasif zircone-spinelle est supérieur de plus de 200% à la composition à 95% d'alumine et est supérieur d'environ 56% à l'abrasif zircone-alumine le plus récent» 20 EXEMPLE B On prépare un abrasif zircone-alumine terminé d'une grosseur de grain allant de 1,00 à 2,00 mm, d'une manière identique à celle décrite dans l'exemple A, mais en utilisant pour la charge brute introduite dans le four 45 kg de bauxite de Surinam, 25 58 kg de zircone contenant 5% de silice et environ 10% d'alumine, 12 kg de magnésie, 3,4 kg d'orge carbonisée et 5,5 kg de tournures de fer pour 100 kg de mélange, le tenç>s de chauffage total dans le four étant égal à 11,75 heures» Cet abrasif terminé présente la composition en pourcentages en poids suivante : 30 SiOg TiOg AlgO^ Spinelle ZrO^ 1,35 0,13 1,62 16,32 33,60 46,98 On utilise cet abrasif pour la fabrication d'une meule à agglomérant organique pressée à chaud identique, au point de vue caractéristiques et dimensions, à celle décrite dans l'exem-35 pie A. On détermine ensuite la qualité de la meule au cours d'un essai de meulage identique à celui décrit dans l'exemple A et on la compare avec des meules zircone-alumine à l'état de particu 70 01338 15 2028446 les et contenant 95% d'alumine fondue. Les résultats obtenus sont les suivants : TABLEAU II Abrasif 5 ALUEDUM 44 (95% d'alumine) Zircone-alumine (40% de Zr02) 10 Zircone-spinelle B Usure de la meule 1600 504 625 Enlèvement de matière 53 39 55 Rapport G 3,3 x 10' ,-2 7,7 x 10' -2 8,8 x 10' -2 UM » cm3 par heure EM * kg par heure Rapport G = EM M 15 La composition zircone-spinelle B fournit également les vitesses élevées d'enlèvement du métal correspondant aux abrasifs du type à 95% d'alumine et sensiblement la même longévité que le type zircone-alumine. TOTRMPIiE C 20 On prépare un abrasif et une meule correspondant à cet exemple de la même manière que celle indiquée pour les exemples A et B, sauf que la charge introduite dans le four renferme 58 kg de bauxite de Surinam, 49 kg de zircone contenant environ 5% de Si02 et environ 10 % d'Al20^, 18 kg de magnésie, 4 kg d'or- 25 ge carbonisée et 5 kg de tournures de fer pour 100 kg de mélange, le temps de chauffage total dans le four étant de 7,5 heures, le mélange fondu étant coulé en billettes au lieu de lingots. Cette composition introduite dans le four fournit un abrasif terminé correspondant à l'analyse pondérale ci-après ï 30 Si02 î"e2®3 ®-^2 A^2^3 Spinelle Zr02 1,29 0,19 1,62 18,57 41,81 36,52 70 01338 16 2028446 On détermine la qualité de cet abrasif au cours d'un essai de meulage par comparaison avec des abrasifs zircone—alumine et à 95% d'alumine correspondant aux exemples ci-dessus, ce qui donne les résultats suivants : 5 TABLEAU III Abrasif Usure de Enlèvement Rapport G meule de matière ALUELUM 44 1600 53 3»3 x 10"2 (95% d'alumine) 10 Zircone-alumine 504 39 7*7 x 10~2 (40% de Zr02) Zircone-spinelle C 707 58 8,2 x 10~"2 UM « cm3 par heure EM « kg par heure 15 Rapport G » EM Tjm Cette composition zircone-spinelle C, qui renferme presque 20% d'AlgO^ en excès par rapport à la quantité requise pour former le spinelle, enlève le métal à une vitesse très élevée coxv» respondant à 58 kg/heure0 Toutefois, la vitesse d'usure de la 20 meule n'est pas beaucoup plus élevée que celle de la matière zircone-alumine à grande longévité, et le rapport G est encore excellent» EXEMPLE D On prépare l'abrasif zircone-spinelle et la meule d'une 25 manière identique aux abrasifs zircone-spinelle indiqués dans les exemples précédents, sauf que dans ce cas la charge brute introduite dans le four est formée par 68 kg de bauxite de Surinam, 24 kg de zircone contenant environ 5 % de SiOg et environ 10 % d'AlgO^, 24 kg de magnésie, 4,2 kg d'orge carbonisée 30 et 2 kg de tournures de fer pour 100 kg de mélange, le temps de chauffage total dans le four étant égal à 6,75 heures. Cet abrasif résultant présente l'analyse chimique suivante ï 70 01338 îy 2028446 SiO^ " l,e20^ Ti02 A12°3 Spinelle Zr02 1,70 0,94 1,86 2,77 71,55 21,18 La meule contenant cet abrasif est comparée, au cours dJun essai de meulage effectué d'une manière identique à celle déjà indiquée, à des meules telles que celles utilisées pour Tes exemples A, B et C; on obtient les résultats suivants s TABLEAU IV Abrasif Usure de Enlèvement Rapport G la meule de matière ALUffDUM 44 1600 53 3,3 x 10~2 10 (95% d'alumine) Zircone-alumine 504 39 7»7 x 10""2 (40% de Zr02) Zircone-spinelle D 1114 48 4,3 x 10~2 Usure de la meule»cm3 par heure 15 Enlèvement de la matière = kg par heure - -- Rapport G * EM tM • Bien qu'il renferme simplement 21,18 % de Zr02, l'abrasif zircone-spinelle D est capable d'enlever du métal à une vitesse - correspondant à 48 kg/heure. Toutefois, la longévité de la meule 20 est maintenant située à mi-chemin entre celle d'un abrasif zircone-alumine et celle de l'abrasif à 95% d'alumine. EXEMPLE E L'abrasif zircone-spinelle correspondant à cet exemple et "la meule servant à cet essai sont préparés d'une manière identi-25 que à celle décrite dans tous les exemples précédents, sauf que la composition de la charge brute enfournée est formée par 46 kg de bauxite de Surinam, 49 kg d'oxyde de zirconium renfermant environ 5% de Si02 et environ 10% d'AlgO^, 32,4 kg de magnésie, 4 kg de tournures de zinc et 3,9 kg d'orge carbonisée pour 100 kg 30 de mélange, la durée de chauffage totale dans le four étant égale à 6,42 heures, ce qui donne un abrasif terminé correspondant à l'analyse chimique suivante : 70 01338 18 2028446 Si02 Fe2®3 TiOg CaO MgO Spinelle ZrOg 1,90 0,37 1,52 0,14 7,63 53,23 35,21 On détermine les caractéristiques de cette meule d'une manière identique et vis-à-vis des mêmes meules zircone-alumine et à 95% d'alumine que dans les exemples précédents, ce qui donne les résultats ci-après,, TABLEAU V Abrasif Usure de la Enlèvement Rapport G meule de matière 10 ALUEDUM 44 1600 53 3,3 x 10~2 (95% d'alumine) Zircone-alumine 504 39 7,7 i 10~"2 (40% de Zr02) Zircone-spinelle E 2212 53 2,3 X 10"~2 15 Usure de la meule * cm3 par heure Enlèvement de matière » kg par heure Rapport G = EM Tfflt Cet abrasif zircone-spinelle E, qui renferme d'une façon remarquable 7,68 % de MgO en excès, présente une vitesse élevée 20 d'enlèvement de la matière, mais la vitesse d'usure de la meule dépasse maintenant celle fournie par l'abrasif à 95% d'alumine. EXEMPLE F On prépare l'abrasif zircone-spinelle de cet exemple sensiblement de la même manière que les abrasifs correspondant aux 25 exemples précédents, sauf que le mélange de charge brut enfourné a initialement une composition telle que l'on obtienne un abrasif terminé correspondant à l'analyse suivante, en pourcentages en poids: SiÛ2 'Fe2^3 TiOg Spinelle ZrOg 50 0,04 0,10 0,30 34,96 64,62 Cet abrasif est broyé à une grosseur de grain traversant un tamis n° 14 (mailles de 1,41 mm) mais retenu sur un tamis n° 24 (mailles de 0,71 mm), et est utilisé dans une meule rési— 70 01338 19 2028446 noïde pressée à chaud d'un type analogue à celui des meules utilisées dans les exemples ci-avant» Une meule du même type est préparée avec de l'abrasif à 95% d'alumine. Ces meules sont essayées pour l'ébarbage d'acier inoxydable 302 sur un bâti 5 oscillant commandé à la main, avec une vitesse périphérique égale à 47»5 m/sec et une force de meulage égale à 68 kg» Les résultats comparatifs du meulage sont les suivants :- TABLEAU VI Abrasif Usure de Enlèvement Rapport G 10 la meule de matière 95 % d'alumine 186 7 3,7 x 10~2 Zircone-spinelle F 83 6 7»2 x 10"^ Usure de la meule « c«3 par heure Enlèvement de matière = kg par heure 15 Rapport G = EM TJB Cette composition zircone-spinelle F présente une vitesse élevée désirable d'enlèvement de matière, avec environ deux fois la longévité de l'abrasif à 95% d'alumine» En outre, cet abrasif ne renferme pas d'MgO en excès ou d'AlgO^ en excès» Ce 20 matériau est formé de façon prédominante par 1'eutectique finement cristallisé de ZrO£ et de spinelle, qui contient environ 52% de ZrOg et 48% de spinelle en poids» EXEMPLE G On produit un abrasif appliqué de la manière suivante 25 On enlève l'apprêt d'une toile de coutil d'une largeur de 98 cm, ayâ&fc 4-»2 m par kg ayant un nombre de fils de chaîne égal à 14 et un nombre de fils de trame égal à 12, et un compte de 72 x 48, et on combine cette étoffe au moyen d'un adhésif avec une qualité convenable de fibres vulcanisées, telles que des 30 fibres vulcanisées de 0,25 de la qualité utilisée dans l'industrie des abrasifs. Un adhésif excellent pour la préparation • de ce support est le suivant s 30,9 kg de colle de peau de 86 millipoises. 41,8 kg de carbonate de calcium finement broyé (environ 35 15 microns) 70 01338 20 2028446 27,3 kg d'eau» L'adhésif est appliqué sur la fibre, et la toile est combinée à celle-ci de la manière classique. L'application de l'adhésif est effectuée dans des conditions optima à 77°C envi-5 ron. La feuille ainsi formée est ensuite séchée et enroulée de la manière habituelle. On applique sur le côté toile du support ainsi préparé un mince enduit d'un adhésif formant apprêt, renfermant 25,4- kg de colle de peau de 86 millipoises, 25,4 kg de carbonate de 10 calcium à l'état de fines particules (environ 15 microns) et 49,2 kg d'eau, pour obtenir une couche d'une épaisseur telle que l'on obtienne un poids d'adhésif séché correspondant à 1 kg par rame d'abrasif appliqué (toile émeri ou papier abrasif) . 15 On applique sur le côté légèrement encollé du support un enduit de premier encollage formé par 30,4 kg de colle de peau de 86 millipoises, 30,4 kg de carbonate de calcium à l'état de fines particules (15 microns) et 39,2 kg d'eau, qui a été mélangé et refroidi, puis finalement amené à une température 20 d'environ 71°C. Cette application, réalisée en utilisant une machine classique de fabrication de toile émeri, correspond à une quantité de la composition précitée suffisante pour obtenir un poids net de 6,8 kg par rame. Une certaine quantité d'à- -brasif d'une grosseur n° 24, tel que celui correspondant à l'e-25 xemple A, est appliquée sur l'enduit de premier encollage, cette quantité représentant environ 20,8 kg par rame d'abrasif appliqué (toile émeri). Cette combinaison est ensuite séchée pour durcir l'enduit de premier encollage. Le stade de séchage est suivi de l'application de l'enduit 30 de surencollage final, qui est formé par 32 kg d'une résine phénol-formaldéhyde à un seul stade (résol) ayant une teneur en solides de 80%, 54 kg de carbonate de calcium à l'état de fines particules (15 microns) et 14 kg d'eau. Cet adhésif est appliqué de la même manière que la colle de peau, mais la température 35 d'application préférée est d'environ 38°C5 cette basse température étant presque nécessaire pour éviter la stabilisation ou la prise en gel trop rapide de la résine phénolique, d'une manière empêchant son application» Le produit est ensuite soumis à une cuisson pour durcir la résine phénolique. 70 01338 21 2028446 On découpe des disques dans cette feuille d'abrasif appliqué et on les utilise sur des outils de meulage portatifs . pour enlever d'une façon rapide et efficace des cordons ou joints de soudure, pour "nettoyer" des pièces moulées en métal 5 par meulage des bavures, des carottes de coulée, etc. De même, on prépare des bandes d'abrasif appliqué en utilisant des supports en toile ou en papier et des enduits de premier encollage et de surencollage hydrofuges ou non hydro-fuges à l'aide du nouvel abrasif suivant l'invention; on consta-10 te qu'elles sont particulièrement efficaces pour le meulage de métaux dans des conditions difficiles» Pour ces applications à de;s abrasifs appliqués, il est désirable de prévoir des grains allongés, et. ceux-ci peuvent être obtenus par des techniques de broyage entre cylindres bien connues dans ce domaine". On 15 peut utiliser pour ces grains le procédé décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n° 2«970«929. Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention» 70 01338 22 2028446 KEVEHMCAIIONS 1, Abrasif fondu cristallisé à l'état de particules, caractérisé en ce qu'il est formé par des particules renfermant essentiellement de 20 à 65% en poids d'oxyde de zirconium, de 15 à 75% en poids de spinelle, de 0 à 65% en poids d'alumine. 5 n'appartenant pas au spinelle et de 0 à 7% en poids de magnésie n'appartenant pas au spinelle. 2o Abrasif cristallisé fondu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport pondéral spinelle/zircone est d'environ 1:1, ce spinelle et cette zircone étant présents cha-10 cun selon une quantité allant de 35 à 55% en poids. 3o Meule formée par un abrasif à l'état de particules et un agglomérant, présentant une certaine porosité, caractérisé en ce que cet abrasif est constitué par l'abrasif cristallisé fondu suivant la revendication 1, l'agglomérant étant choisi 15 dans le groupe comprenant les agglomérants vitrifiés, les silicates de métaux alcalins et les résines organiques. Meule formée d'abrasif à l'état de particules et d'agglomérant, présentant une certaine porosité, caractérisée en ce que cet abrasif est constitué par l'abrasif cristallisé fon-20 du suivant la revendication 2, l'agglomérant étant choisi dans le groupe comprenant les agglomérants vitrifiés, les silicates de métaux alcalins et les résines organiques. 5o Meule suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'agglomérant est une résine de condensation phénol-formal-25 déhyde thermodurcissable. 6o Produit abrasif appliqué formé par un support souple et des particules d'abrasif fixées sur ce support au moyen d'un adhésif, caractérisé en ce que cet abrasif est formé par l'abrasif zircone-spinelle suivant la revendication 1.