Brevet FR2034872A1 — publié le 19701218

-1 - 2034872 L'invention se rapporte à un procédé de réalisation d'un moule inerte destiné à la coulée de métaux et formé de plusieurs couches, en particulier d'un moule convenant à la coulée de précision, à l'aide de modèles perdus, d'aciers ou d'alliages à fortes teneurs en chrome, titane et/ou- aluminium. 5 Dans la coulée de précision à l'aide de modèles perdus, un modèle de la pièce à réaliser est revêtu d'une matière de moulage formée de liant et de matière réfractaire en grains fins et le modèle est éliminé du moule ainsi obtenu par fusion et/ou calcination ou dissolution. On utilise généralement des moules calcinés et le liant utilisé dans la matière destinée à la réalisation du mou-10 le contient de préférence de la silice, car cette dernière s'est avérée être le meilleur liant. On connaît par exenrole un procédé consistant à réaliser une solution colloïdale de silice par hydrolyse d'un ester silicique - par exemple de silicate d'éthyle - et à l'utiliser comme liant en la mélangeant à une matière réfractaire de moulage en grains fins. 15 Ces liants à base de silice se sont avérés à l'usage avoir l'in convénient que la silice que le moule terminé contient risque d'entrer en réaction néfaste lors de la coulée de certains métaux ou alliages, tout particulièrement lorsque les températures de coulée sont élevées. D. est nécessaire, pour éviter ces défauts de coulée, de combiner de manière stable la silice 20 que contient la matière du moule, c'est-à-dire le liant. Donc, dans la technique antérieure de réalisation des moules, on ajoute à la matière réfractaire de moulage, 'formée par exemple de corindon, de mullite ou de magnésie, un liant constitué par un mélange d'oxyde de magnésium, d'aluminium et/ou de zirconium et par une solution colloïdale de silice. 25 Toutefois, l'expérience a montré que les moules réalisés d'après les procédés connus n'ont pas la stabilité chimique nécessaire à. lier-la silice de manière stable pour la coulée d'aciers ou d'alliages à très fortes teneurs en chrome, titane et/ou aluminium, par exemple pour les alliages à base de chrome coulés à des températures relativement élevées, dépassant par exemple 30 1700°C. La présente invention est basée sur l'observation que le seul composé à base de silice capable de résister aux éléments mentionnés aux tençé-ratures élevées de coulée est la forstérite (2 MgOSiO^)• Elle ne se forme à des températures relativement basses, par exemple d'environ 1000°C, qu'à partir 35 de MgO chimiquement actif et de gel de silice. La préparation directe d'un produit pour immersion à partir d'oxyde actif de magnésium et de silice colloïdale,en solution dans l'eau ou dans l'alcool, n'est toutefois pas possible, car l'oxyde actif de magnésium a un effet gélifiant sur la silice colloïdale. Un produit pour immersion réalisé directement à partir des deux composés n'au-40 rait donc pas la durabilité suffisante pour pouvoir déposer les couches nécessaires sur un moule convenable sans se gélifier. L'invention élimine ces diffi 70 05686 - 2 - 2034872 cultes. Selon une particularité essentielle de l'invention, la matière destinée à former au moins la couche délimitant la cavité du moule est formée de carbonate de magnésium pulvérisé et éventuellement de charges réfractaires inactives» elle est mélangée ensuite à de la silice colloïdale hydrolisée constituant le liant, puis le moule crû est calciné, le carbonate de magnésium et la silice formant de l'oxyde de magnésium et de la forstérite. La quantité de carbonate de magnésium, que la matière du moule contient est déterminée de manière qu'elle soit au moins suffisamment grande pour que la fraction stoéchiométrique d'oxyde actif de magnésium formé lors de la calcination du moule soit apte à combiner entièrement la silice additionnée en forstérite. Donc, le rapport pondéral du carbonate de magnésium et de la silice, rapporté à la teneur en oxyde de silicium de la silice, est de préférence d'environ 10 à 1 dans la matière du moule, la fraction de forstérite de la couche étant d'environ 30 à 40 $ sous forme calcinée ; les autres composants de la couche sont l'oxyde de magnésium et éventuellement d'autres charges inactives et réfractaires. Les charges réfractaires,. chimiquement inactives, pouvant être utilisées ne réagissent chimiquement ni avec la silice lors de la calcination du moule ni avec le métal en fusion lors de la coulée de ce dernier. On peut mentionner à titre d'exemple de telles charges l'oxyde de magnésium inactif, chimiquement stable, par exemple la périclase, et l'oxyde de zirconium. L'agent d'ensablage des différentes couches peut être avantageusement du carbure de silicium (SiC), car ce dernier est chimiquement inerte, il a une forte conductibilité thermique et sa dilatation thermique est faible. IL suffit que la couche délimitant la. cavité de moulage soit formée de la matière conforme à l'invention pour que la surface des pièces moulées du type décrit soient sans défauts. Les autres couches péuvent être réalisées de manière connue en silicate de zirconium, en mullite ou en d'autres matières réfractaires. Il est toutefois possible, bien entendu, de réaliser toutes les couches d'un moule conformément à l'invention. Les deux exemples de réalisation suivants permettront de mieux comprendre l'invention sans toutefois la limiter. Exemple 1. On réalise un produit pour immersion à l'aide d'un mélange de 5 kg de carbonate de magnésium pulvérisé en grains fins et-de 2,4 1 de silicate d'éthyle hydrolisé (teneur en SiÔg environ 12 à 16 $). La durabilité de ce mélange est d'environ 6 heures. Pour la réalisation du moule, on plonge un modèle correspondant à la pièce à couler et réalisé en matière destructible - par exemple en urée -dans la matière de moulage obtenue, on disperse une matière réfractaire grossière ayant la fluidité voulue, par exemple du carbure de silicium ou de la mullite, 70 05686 - 3 - 2034872 sur* le revêtement mince adhérant à la surface du modèle, puis on i.a laisse sécher pendant environ deux heures. On recommence cette immersion, cette dispersion.de matière réfractaire, puis le séchage environ 7 à 10 fois. Le corps de moulage obtenu a la forme d'une coquille qui est ensuite placésdans un bain d'eau pour l'élimination du modèle d'urée par dissolution et qui est ensuite séchéede manière habituelle. Le modèle peut être entièrement éliminé par dissolution par le solvant pénétrant dans les pores du moule ou il peut n'être évacué que partiellement, les restes du modèle étant alors détruits lors de la calcination ultérieure du moule. Cette calcination est effectuée à une température maximale d'environ 1100°C et nécessite également environ deux heures. Le moule terminé se caractérise par un état excellent de surface de la cavité de moulage et par une très bonne résistance. Lors de la calcination, le carbonate de magnésium se dissocie en oxyde actif de magnésium et en gaz carbonique qui s'échappe, l'oxyde actif de magnésium formant avec la silice présente de la forstérite dans laquelle cette silice est combinée de manière stable. La dissociation thermique du carbonate de magnésium fait perdre au moule, lors de la calcination, une partie de sa résistance mécanique et de sa résistance à l'abrasion. Si nécessaire, ces propriétés peuvent être améliorées par immersion dans une solution de silice colloïdale. Lorsque le moule est terminé, on procède immédiatement à la coulée d'un alliage à base de chrome de la composition approximative suivante (en $> en poids) : 70 $ de chrome, 29 $ de cobalt, au maximum 0,5 $> d'yttrium, le reste étant du fer, de l'aluminium et les impuretés habituelles. La température de coulée est d'environ 1750°C. La pièce coulée a une surface sans tache. On a.mentionné précédemment que le modèle peut n'être éventuellement recouvert que d'une seule couche de la matière de moulage obtenue de la manière décrite précédemment, puis être plongée dans une matière de moulage ayant l'une des compositions connues mentionnées. H est cependant possible également, après avoir procédé au dépôt d'une couche d'oxyde de magnésium et de forstérite par le procédé de l'invention, de placer cette couche dans un châssis de moulage et de remplir l'espace compris entre cette couche et le châssis d'une seconde matière de moulage, par exemple liée par du ciment. Exemple 2. On mélange 1 kg de carbonate de magnésium pulvérisé, chimiquement pur (degré de pureté : 95 $>) et 1,25 1 de liant formé de silicate d'éthyle hydrolisé ayant une teneur de $ en SiOg ; ce mélange est additionné d'une charge inactive formée de 1 kg de périclase pulvérisée, chimiquement pure,-qui, comme on le sait, est une forme cristallisée, chimiquement stable d'oxyde de magnésium - ayant également un degré de pureté de 95 La- matière de 70 05686 2034372 moulage ainsi obtenue a également une durabilité de six heures. Les autres étapes du processus de réalisation du moule selon l'invention correspondent à celles de 1'exemple 1. Un moule calciné, réalisé selon 1'exemple 2, se compose finalement d'environ 50 i> de périclase et de 40 $ de forstérite, le reste étant une autre forme d'oxyde de magnésium. H va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre explicatif et nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 70 05686 - 5 - 2034872 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un moule inerte en plusieurs couches pour la coulée de métaux, caractérisé en ce que la matière utilisée pour former au moins la couche délimitant la cavité de moulage est formée de carbonate pulvérisé de magnésium et éventuellement de charges inactives et réfractaires, cette matière est mélangée ensuite à un liant formé de silice colloïdalehydro-liséeet finalement le moule crû est calciné, le carbonate de magnésium et la silice formant de l'oxyde de magnésium et de la forstérite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport pondéral du carbonate de magnésium et de la silice dans la matière de moulage est d'environ 10 à 1.' 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule calciné est à nouveau imprégné de silice colloïdale. k. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent d'ensablage utilisé pour la réalisation des différentes couches est du carbure de silicium. 5. îfoule de coulée réalisé selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la couche délimitant la cavité de coulée du moule calciné contient environ -30 à. 40 $ en poids de forstérite.