Brevet FR2182658A1 — publié le 19731214

La présente invention concerne la fonderie, notamment les mélanges liquides autodurcissants utilisés pour la fabrication de moules et de noyaux de fonderie. De tels mélanges permettent de supprimer les opérations de serrage du mélange et de séchage des moules et des noyaux fabriqués, d'accroStre la précision dimensionnelle des moulages, d'augmenter la productivité du travail. Une grande extension a été donnée aux procédés de fabrication de moules et de noyaux de fonderie, consistant à utiliser des mélanges liquides autodurcissants contenant une petite quantité de substance tensio-active grâce à laquelle le mélange devient liquide. Un mélange de ce type contient du sable de moulage, un silicate de métal alcalin faisant office de liant, un silicate bicalcique faisant officie de durcisseur et une substance tensio-active (voir, par exemple, le brevet français NO 1 742 529). Ce mélange est employé avec succès, mais il est assez difficile de régler sa vitesse de durcissement et sa résistance mécanique, du fait que le matériau contenant le silicate bilcalcique est un sous-produit dont la teneur en silicate est variable et, par conséquent, les propriétés du mélange obtenu sont instables. in outre, les noyaux fabriqués avec ce mélange rendent le débourrage des moulages difficile. On a fait des tentatives pour créer un mélange liquide autodurcissant dans lequel le liant était un ciment (voir, par exemple, le brevet anglais NO 1 085 651, brevet d'addition français NO 87 456). Les propriétés de ce mélange sont caractérisées par leur stabilité Toutefois, la vitesse de durcissement des moules et des noyaux fabriqués avec ce mélange est peu élevée et leur résistance mécanique insuffisante Une heure après leur fabrication, leur résistance à la compression ne dépasse pas, en règle générale, lkg/cm2, ce qui ne permet pas l'emploi du mélange pour la fabrication de gros noyaux de forme compliquée Be but de la présente invention est le supprimer ou, tout au moins, de réduire les difficultés mentionnées On s'est donc proposé de créer un mélange liquide autodurcissant pour la fabrication de moules et de noyaux de fonderie, dont les propriétés (vitesse de durcissement et résistance mécanique à l'état solide) seraient réglables. Ce problème est résolu du fait que dans un mélange du type contenant du sable de moulage, un ciment hydraulique faisant office de liant, et une substance tensio-active, selon l'invention on introduit, lors de sa préparation, un aluminate de métal alcalin et un carbonate de métal alcalin. L'aluminate de métal alcalin permet d'accélérer le durcissement du mélange liquide. L'efficacité maximale est obtenue quand la quantité ajoutée d'aluminate de métal alcalin est de 0,25-à 1,5% du poids du sable. D'ordinaire on utilise l'aluminate de sodium, qui est le plus répandu dans l'industrie. L'aluminate de sodium est ajouté au mélange, d'après la présente invention, à l'état liquide. Il est avantageux d'employer un aluminate de sodium de poids spécifique compris entre 1,48 et 1,68 g/cm5, à rapport molaire DWa20/Al205 de 1,1/1 à 1,5/1. L'aluminate de sodium est un puissant accélérateur de durcissement, aussi son addition, meme en petites quantités, abaisse-t-elle notablement la fluidité du mélange. A mesure que l'on augmente la teneur du mélange liquide su aluminate de sodium sa fluidité diminue et il peut arriver un moment où le mélange perd complètement sa fluidité et durcit au cours même de sa préparation. Pour cette raison, selon l'invention, on ajoute en outre au mélange un carbonate de métal alcalin. L'efficacité est maximale quand on utilise le carbonate de potassium. L'addition de carbonate de potassium permet d'augmenter la durée de fluidité du mélange, ralentit le durcissement du mélange au stade initial et augmente la résistance mécanique du mélange à un stade ultérieur du durcissement. L'aptitude du carbonate de potassium à augmenter la fluidité du mélange permet de diminuer la quantité de moussant de deux fois tout en conservant une haute fluidité du mélange et, par conséquent, d'accroître la résistance mécanique du mélange. La teneur du mélange en carbonate de métal alcalin est d'après la présente invention, de 0,5 à 25o du poids du sable. Pour une meilleure compréhension de l'invention un mode préféré de réalisation a maintenant entre décrit à l'aide du dessin annexé où sont représentées les courbes de variation de la résistance à la compression des moules et des noyaux fabriqués avec des mélanges conformes à l'invention, en fonction de leur durée de séjour à l'air. Le mélange autodurcissant peut contenir 100 parties du poids de sable de moulage, par exemple de sable de quartz, 10 parties en poids de ciment Portland, 6 parties en poids d'eau et 0,1 partie en poids de substance tensio-active, les quantités possibles d'aluminate de sodium et de carbonate de potassium étant indiquées à titre d'exemple dans le tableau 1 ci-dessous. On mélange le sable et le ciment Portland pendant 1 ou 2 mn, puis on prépare la composition liquide. Pour cela on dissout le carbonate de potassium dans de l'eau, on aJoute à la solution la substance tensio-active et l'aluminate de sodium. Ensuite on ajoute au mélange sable-ciment la composition liquide obtenue et on brasse jusqu'à ce que le mélange devienne liquide. TABLEAU 1 Constituant du mélange Parties en poids mélange 1 mélange 2 mélange 3 Sable de quartz 100 100 100 Ciment Portland 10 10 10 Substance tensio-active 0,1 0,1 0,1 Eau 7 7 7 Aluminate de sodiums poids spécifique I 1s60s rapport molaire Na20/Al203 = 1,1/1 0,9 1,2 1,5 Carbonate de potassium 1,0 1,5 2,0 Sur le graphique annexé on a porté en abscisses la durée de séjour à 1Pair des moules et des noyaux en heures, et en ordonnées la résistance à la compressionen kg/cm2 de ces noyaux et moules. Les courbes A, B, C montrent la variation de la résistance à la compression des moules et des noyaux fabriqués avec les mélanges 1, 2 et 3, respectivement, en fonction de leur durée de séjour à l'air. Commele font apparattre le graphique et le tableau 1, plus la teneur du mélange en carbonate de potassium est élevée, plus on peut ajouter au mélange de l'aluminate de sodium et plus on peut accélérer lz durcissement-du mélange (courbe C). D'après l'invention, le liant est un ciment tel que le ciment Portland, un ciment alumineux, des mélanges de ces ciments ou des clinkers de ciments. D'après l'invention; la vitesse de durcissement du mélange liquide est fortement influencée par la surface spécifique du ciment. Plus la surface spécifique du ciment est grande, plus la vitesse de durcissement et la résistance mécanique peuvent être élevées. En modifiant la surface spécifique du ciment on peut régler la vitesse de durcissement du mélange. Be tableau 2 indique les propriétés du mélange 1 préparé avec du ciment Portland à différentes surfaces spécifiques; TABLEAU 2. Surface spécifique du Durée de con- Résistance à la compres ciment Portland,cm2/g servation de sinon kg/cm2 la fluidité,mn 1heure 3heures 24heures 2500 20 2,0 2,5 9,5 4500 7 3,0 4,5 14,0 Le tableau 2 donne les surfaces spécifiques du ciment Portland mesurées par filtration d'air à travers un lit de matériau broyé et calculées par la méthode Kozény--EarmanX Pour la réalisation de la présente invention on peut employer avec succès plusieurs types de substances tensioactives, à savoir ç des produits anioniques, cationiques, non homogènes, ainsi que des mélanges de ces produits.Ces produits peuvent outre des alcoylarylsulfonates, des alcoylsulfonates, des alcoylsulfates primaires et secondaires, des produits d'oxyéthylénation des acides gras, alcools, alcoylphénols, amines grasses, alcoylnaphtols et mercaptans, des composés ammonlques quaternaires. La teneur en substance tensio-active est de 0,05 à 0,2 du poids du sable Le sable de formage peut outre l'un quelconque des matériaux réfractaires broyés employés d'ordinaire pour la fabrication des moules et des noyaux, tels que le sable de quartz, l'olivine, le chrome-magnésie, la chamotte, etc Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Mélange liquide autodurcissant, du type contenant un sable de moulage, un ciment hydraulique faisant office de liant et une substance tensio-active, caractérisé en ce qu'il contient en outre un aluminatéde métal alcalin et un carbonate de métal alcalin. 2. Mélange liquide autodurcissant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que sa teneur en aluminate de métal alcalin est de 0,25 à 1,3%, et sa teneur en carbonate de métal alcalin, de 0,5 à 2,0 du poids du sable. 3 Un mélange liquide autodurcissant suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'aluminate de métal alcalin est l'aluminate de sodium. 4. Un mélange liquide autodurcissant suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le carbonate de métal alcalin est le carbonate de potassium. 5 Les moules et noyaux de fonderie, caractérisés en ce qu'ils sont fabriqués avec un mélange conforme à l'une des revendications 1 à 4.