Brevet FR2086062A1 — publié le 19711231

i 2086062 La présente invention concerne des adjuvants pour liants à base de silicate, ditê liants silicatés, des liants et des formes de fonderie pour coulée réalisées avec ces liants. Les métaux, tels que les alliages légers, l'aluminium, 5 le bronze, les fontes grises, les aciers etc. sont coulés à l'aide de formes de coulée, constituées par exemple par des noyaux et des moules, qui sont constitués par des grains de sable de fonderie, tels que l'olivine, la silice, la chromite et analogues, liés entre eux par un liant approprié. Un liant qui est utilisé 10 sur une grande échelle dans l'industrie de la fonderie est le silicate de sodium ou verre soluble. Cependant, les noyaux et les moules dans lesquels sont incorporés un tel liant ont une résistance à la traction assez faible et une faible résistance au rayage. De plus, les noyaux et les moules dans lesquels le 15 liant incorporé est du silicate de sodium se déforment à la température de coulée des métaux ayant des points de fusion assez élevés, tels que les aciers, qui sont en général coulés à une température comprise entre 1595 et 16502C, étant donné que le silicate de sodium est une matière thermoplastique. Les noyaux 20 et les moules auxquels est incorporé un liant complexe constitué par un mélange de silicate de sodium ou verre soluble et d'eau pour le sable de fonderie présentent l'inconvénient d'être hygros-copiques et ces noyaux et moules ont une résistance à la traction encore plus faible que ceux qui contiennent uniquement du silica-25 te de sodium comme liante Les noyaux qui comportent comme liant pour le sable de fonderie du verre soluble ou des mélanges de verre soluble avec des additifs classiques présentent par ailleurs l'inconvénient qu'un frittage du sable se produit pendant la coulée et par conséquent l'enlèvement du noyau après coulée est 30 difficile. L'invention a pour objets : des formes de fonderie pour coulée qui contiennent un liant amélioré à base de silicate pour le sable de fonderie desdites formes ; des noyaux et des moules qui ont des résistances à la traction et au rayage accrues ; des 35 noyaux faciles à enlever après coulée et qui peuvent être réalisés sans adhérer aux boîtes à noyaux ; des noyaux et des moules qui conservent des caractéristiques mécaniques satisfaisantes pendant leur stockage et qui pendant leur emploi pour la coulée de métaux 71 13191 ê 2086062 ne donnent pas lieu à de mauvaises odeurs, ni à des dégagements de gaz, ni à formation de piqûres dans les pièces coulées ; un adjuvant amélioré pour un liant à base de silicate pour particu- y les de sable réfractaire destinées aux noyaux et aux moules et 5 également un liant amélioré à base de silicate. L'adjuvant pour liants silicatés selon l'invention contient le liquide polymère résultant de la réaction des ingrédients d'un mélange chauffé àe matières dont le pH est ajusté entre environ 5 et 6 avant le chauffage. Les ingrédients dudit 10 mélange chauffé sont un sucre réducteur, de l'urée, du formai-déhyde et de l'eau. Les proportions pondérales de ces ingrédients sont, dans le mélange chauffé, environ 44 % à 77 % pour le sucre réducteur, environ 5 % à 22 % pour l'urée, environ 4 % à 19 # pour le formaldéhyde et environ 9 % & 16 % pour l'eau. 15 On peut eiter comme exemples représentatifs de sucres réducteurs pouvant être incorporés dans ces adjuvants les mono-saccharides et disaccharides tels que le dextrose* et le glucose du commerce produits par hydrolyse d'hydrates de carbone, le fructose, le galactose, le mannose, le lévulose, le lactose, le 20 maltose et analogues et leurs mélanges avec des saccharides supérieurs tels que ceux présents dans le sirop de maïs. On ne peut employer des sucres non réducteurs, tels que le suerose, dans l'adjuvant pour liants silieatés, étant donné que ces sucres ne réagissent pas sur l'urée et le formaldéhyde incorporés dans 25 ledit adjuvant, la cuisson des moules ou noyaux préparés à partir de ces produits provoque seulement un durcissement superficiel, mais non en profondeur, de ceux-ci. On peut remplacer le formaldéhyde par du paraformal- déhyde. 30 Bien que les proportions des ingrédients incorporés dans l'adjuvant pour liants silicatés selon l'invention aient été indiquées ci-dessus, les proportions appropriées varient et sont choisies dans les limites indiquées ci-dessus» Elles dépendent de facteurs très divers tels que le rapport des quantités d'adju-35 vants de liants silicatés et de verre soluble incorporés dans le liant complexe pour le sable de fonderie des noyaux et des moules, du métal à couler dans les ensembles de noyaux et de moules, du sucre réducteur particulier employé etc. En règle générale, l'urée 71 13191 3 2086062 et le formaldéhyde sont Incorporés en proportions sensiblement égales. Si l'on incorpore de fortes proportions de sucre réducteur un polysaccharide est préférable à un monosaccharide pour éviter vl toute cristallisation. 5 Comme indiqué ci-dessus, le mélange de composants avant d'être chauffé pour réagir en formant un produit liquide polymère ou adjuvant, a un pH ajusté entre environ 5 et 6. On obtient facilement ce résultat en incorporant de petites quantités, par exemple de l'ordre d'environ 2 à 6 % en poids d'un ou plusieurs 10 produits de réglage du pH, parmi lesquels on peut citer, par exemple, l'hydroxyde de sodium, le borax, l'acide lactique, l'acide caprique et l'anhydride maléique. La fluidité du produit de la réaction liquide polymère ou adjuvant, est réglée par la proportion d'eau présente dans le 15 mélange d'ingrédients avant et après chauffage. Cette fluidité peut être également ajustée par incorporation dans le mélange d'Ingrédients de petites quantités, par exemple de l'ordre d'environ 2 % à 6 % en poids d'un ou plusieurs fluidisants supplémentaires, tels que le cyclohexanol, l'hexylène glycol, le 20 butylcellosolve, l'alcool éthylique et analogues. Les caractéristiques de durcissement des adjuvants complexes pour liants à base de silicate sont améliorées en incorporant un polyphénol dans le mélange à partir duquel on prépare cet adjuvant. Ce polyphénol, tel que le résorcinol, le phloro-25 glucinol, le pyrogallol et analogues est en générai incorporé dans une proportion pondérale comprise entre environ 0 % et 1 %, On n'incorpore pas en général de proportions plus grandes de polyphénol, étant donrté que de telles proportions provoqueraient ou tendraient à provoquer le durcissement de l'adjuvant' ou du pro-30 duit liquide polymère de la réaction selon l'invention, au lieu de le laisser sous forme d'un liquide homogène stable à la conservation et qui ne cristallise pas, L'adjuvant pour liants silicatés peut être préparé par mélangeage de ces matières de départ dans n'importe quel ordre, 35 suivi d'un chauffage du mélange, sous pression ou non, entre environ 110 à 115-C pendant environ 15 à 120 nons de manière à former un produit de la réaction liquide polymère homogène. Il est préférable de mélanger les ingrédients dans l'ordre d'addition 71 13191 n 2086062 ci-après : sucre réducteur,, produit d'ajustage du pH, polyphénol (éventuellement), formaldéhyde, urée, nouvelle quantité de produit d'ajustage du pH> fluidisant supplémentaire (éventuellement) et eau, de manière à obtenir un sirop épais avant chauffage. Les mélanges employés comme indiqué ci-dessus pour la préparation des produits liquides polymères ou adjuvants de liant silicate selon l'invention sont indiqués dans les exemples ci-après. Tableau I Pourcentage en poids 10 maltose 1 2 2 4 £ 76,1 6 63,7 glucose 43,7 52,0 62,3 71,1 - - urée 21,8 17,2 13,8 9,4 5,2 8,2 15 formaldéhyde 18,3 14,2 11,4 7,4 4,4 8,2 eau produits d'ajustage du pH et fluidisants supplémen 10,0 12,0 10,5 9,1 12,8 18,3 taires 6,2 4,6 2,0 3,0 1,5 i. y 2 résorcinol - - - - 0,4 20 TOTAL 100 100 100 100 100 100 La forme de fonderie pour coulée, à savoir un noyau ou un moule, selon l'invention, est une masse façonnée de matière contenant un sable de fonderie et un liant durci. Ce liant est un mélange durci d'adjuvant pour liants silicatés ou produit liquide polymère de la réaction selon l'invention, plus du verre soluble ou silicate de sodium. Les noyaux ou moules contiennent environ 99 à 95 % en poids de sable de fonderie et environ 1 % à 5 % en poids, respectivement, de liant durci. Ce liant est constitué par l'adjuvant selon l'invention et du silicate de sodium 30 dans un rapport pondéral compris entre environ 0,5/1 et 4/1. Le rapport pondéral Na^O/SiO^ dans le silicate de sodium ou verre soluble est compris entre environ 1/2,4 et 1/3,22. On peut citer comme exemples de sables de fonderie à incorporer dans les noyaux et moules selon l'invention, les sabl£ 35 de silice, les sables de zircon, les sables de chromite, les sables d'olivine et analogues. On peut citer comme exemples représentatifs du verre soluble ou silicate de sodium, le silicate de sodium "N" ayant une densité de 41-Bé et une teneur en ma O 1" • 71 13191 5 2086062 solides de 37,6 % et le silicate de sodium "RU" ayant une densité de 52-Bé et une teneur en matières solides de 47 " Le rapport pondéral Na20/SiQ2 est de 1/3,22 pour le silicate de sodium "N" et de 1/2,4 pour le silicate de sodium "RU". 5 Le liant pour les noyaux et moules peut contenir, de plus, environ 3 % à. 12 % en poids de borax, calculés par rapport au poids du verre soluble qu'il contient. La présence de borax permet le durcissement à froid du liant sans avoir à employer d'anhydride carbonique pour durcir les noyaux et moules. On a 10 observé que les liants pour sables pour fonderie qui sont constitués par du verre soluble et du borax, mais sans adjuvant selon l'invention, ne durcissent pas à froid. Divers additifs, tels que le graphite, le brai, la farine d'olivine, l'acide borique, l'oxyde de fer et d'autres 15 additifs classiques en fonderie peuvent être incorporés dans le mélange de sable réfractaire pour améliorer la qualité des noyaux et moules ou le fini des pièces coulées. Les noyaux et moules peuvent être préparés par mélan-geage, dans un ordre quelconque, de sable de fonderie, de sili-20 cate de sodium, d'adjuvant pour liants silicatés selon l'invention, et de borax, éventuellement. Le mélange est façonné à l'aide d'un modèle et durci ensuite, par exemple en le chauffant à 232-C pendant 8 mn ou en le soumettant à l'action de l'anhydride carbo- p nique sous une pression absolue de 1,7 kg/cm pendant environ 5 25 à 10 s. Comme indiqué ci-dessus, le mélange durcit à froid en l'absence d'anhydride carbonique si le borax est un ingrédient du mélange. Les noyaux et moules selon l'invention sont caractérisés par des résistances à la traction et au rayage accrues et un en-30 lèvement facile après une coulée de métal. Ils sont de plus caractérisés par de bonnes caractéristiques de conservation et mécaniques et permettent d'obtenir des pièces coulées sans dégagement de gaz ni piqûres de celles-ci et sans dégagement de mauvaises odeurs. 35 L'adjuvant pour liants silicatés,et le verre soluble sont emballés séparément avant l'emploi parce qu'ils seraient instables ou réagiraient les uns sur les autres s'ils étaient contenus dans un seul paquet, par opposition aux liants constitués 71 13191 6 2086062 par du verre soluble et un sucre non réducteur tel que le suerose, qui peuvent être emballés ensemble étant donné qu'ils- ne réagissent pas entre eux et par conséquent sont stables. On peut couler du laiton et de l'aluminium dans les 5 noyaux et moules - à 1150-C et 730-C, respectivement - avec des finis excellents. On peut obtenir des pièces coulées en fonte grise avec les noyaux et moules selon l'invention à une température de pouléq de 1370-C tandis qu'on peut obtenir d'excellentes pièces coulées - entre 1595 et 1650,-C - en acier à faible teneur 10 en carbone. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non, limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 71 13191 7 2086062 REVENDICATIONS 1„ Adjuvant pour liants silicatés caractérisé en ce qu'il comprend le produit liquide polymère résultant de la réaction des ingrédients d'un mélange chauffé,"ayant un pH entre environ 5 et 6S d'environ 44 # à 77 % en poids d'un sucré "réducteur, d'environ 5 5 % à 22 % en poids d'urée, d'environ 4 % à environ 19 % en poids de formaldéhyde, d'environ 9 % à 16 # en poids d'eau et d'environ 0 % à 1 % en poids d'un polyphénol. 2„ Adjuvant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ingrédients du mélange chauffé sont présents dans les pro-10 portions ci-après ; environ 44 % à 76 % en poids de glucose, environ 9 % à 22 % en poids d'urée, environ 7 % en poids de formaldéhyde et environ 9 à 12 % d'eau. 3. Adjuvant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ingrédients du mélange chauffé sont présents dans les 15 proportions ci-après : environ 64 % à 76 % en poids de maltose, environ 5 # à. 8 % en poids d'urée, environ 4 # à 8 % en poids de formaldéhyde, environ 13 % à 18 % en poids d'eau et environ 0 % à 0,4 % en poids de résorcinol. 4„ Forme de fonderie pour pièces coulées, caractérisée en 20 ce qu'elle est façonnée en une matière contenant environ 99 % à 95 % en poids d'un sable-de fonderie et environ 1 % à 5 % en poids, respectivement, d'un liant durci contenant l'adjuvant selon la revendication 1, et du silicate de sodium dans un rapport pondéral compris entre environ 0,5/1 et 4/1, le rapport pondéral NagO/SiOg 25 dans ledit silicate de sodium étant compris entre environ 1/2,4 et environ 1/3,22. 5. Forme selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rapport pondéral adjuvant/silicate de sodium est d'environ 1,5/1. 60 Forme selon la revendication 4, caractérisée en ce que 30 le liant durci contient de plus environ 3 % à. 12 % en poids de borax, calculés par rapport au poids du silicate de sodium. 7. Forme caractérisée en ce qu'elle est façonnée en une matière contenant environ 99 % à 95 % en poids d'un sable de fonderie et environ 1 % à 5 % en poids, respectivement, d'un liant 35 durci contenant l'adjuvant selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, et du silicate de sodium dans un rapport pondéral compris entre environ 0,5/1 et 4/1, le rapport pondéral NagO/SiGg 71 13191 8 2086062 dudit silicate de sodium étant compris entre environ 1/2,4 et 1/3,22» 8. Liant caractérisé en ce qu'il contient l'adjuvant selon la revendication 1 et un silicate de sodium dans un rapport pondéral compris entre environ 0,5/1 et 4/1, le rapport pondéral Na20/Si0.2 dudit silicate de sodium étant compris entre environ 1/2,4 et.1/3>22. 9c Liant selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il contient environ 3 % à 12 % en poids de borax, calculé par rapport au poids de silicate de sodium. 10o Liant caractérisé en ce qu'il contient l'adjuvant selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 et du silicate de sodium dans un rapport pondéral compris entre environ 0,5/1 et 4/1, le rapport pondéral Na^O/SiO^ dudit silicate de sodium étant compris entre 1/2-,4 et 1/3,22.