Brevet FR2263845A1 — publié le 19751010

La présente invention se rapporte d'une façon générale à la production de moulages de précision-en métaux ou alliages; et elle concerne plus spécialement la-technique de production de moulages de -précision par le procédé à cire perdue, sans toutefois y être limitée. Il est courant d'utiliser la technique de moulage à cire perdue pour réaliser des moulages de précision en métaux ou alliages, par exemple dans la prothèse d'e'ntai-re-oii-.dans la fonderie de précision. On sait que cette technique Consiste, d'une façon générale, à prendre un moulage de ltobjet.aésiré, à couler de la cire dans ce-moulage et à entourer ce modèle en cire avec un moule dans lequel le modèle de ltob;jet en cire lai-sse une empreinte lors de son élimination par fusion. La production de moulages de précision en métaux ou alliages pose certains problèmes techniques pour permettre au métal coulé dans le moule de pénétrer avec certitude dans toutes les anfractuosités de celui-ci. Dans la prothèse dentaire, en particulier, la réalisation de parties métalliques de prothèses par moulage se révèle difficile par suite de l'étroitesse de certaines sections. Elle exige lue montage du moule sur une centrifugeuse pour que, sous l'effet du refoulement de métal résultant de la centrifugation, on obtienne une pénétration à force de ce métal dans les anfractuosités du moule. Cette opération nécessite en outre, pour maintenir le métal à l'état liquide, ltemploi de masselottes importantes, dont le poids représente un multiple du poids de la pièce à réaliser par moulage..De telles masselottes sont. en effet seules capables de fournir le métal liquide permettant de reproduire les détails du moule. On conçoit que, lors du moulage de pièces en métaux précieux, comme cela est souvent le cas en prothèse d-entairela perte qui résulte de l'emploi de telles masselottes est importante, compte tenu en particulier du fait que les métaux précieux perdent leurs propriétés désirables après un certain nombre de fusions. Il en résulte en conséquence un inconvénient important, qui s'ajoute à celui découlant directement de la nécessité dans laquelle on se trouve d'utiliser pour le moulage, comme indiqué, une centrifugeuse ou un dispositif équivalent. Le but de l'invention est de créer un procédé pour la production de moulages de précision évL l'emploi d'une centrifugeuse ou d'un appareil analogue et permettant, par ailleurs, de réduire notablement la taille des masselottes. Il est déjà connu, en fonderie et en aciérie, de maintenir le métal en fusion par l'utilisation de mélanges exothermiques, notamment sous forme de poudre ou de plaques, en particulier dans le cas des masselottes de fonderie et des lingotières en aciérie. L'invention part de ce moyen connu, permettant le maintien à l'état liquide de métal par effet aluminothermique, et tire parti de celui-ci d'une façon nouvelle pour créer un procédé de moulage de précision. Le procédé suivant l'invention, pour la production de moulages de précision en métaux ou alliages, est caractérisé en ce qu'on effectue la coulée du métal en fusion dans un moule constitué au moins en partie par un mélange exothermique et on provoque l'allumage de ce mélange exothermique avant la coulée du métal, de façon que le moule agisse à la manière d'un creuset provoquant la refusion du métal coulé, en prolongeant son état liquide pour lui permettre de pénétrer avec certitude dans toutes les anfractuosités du moule. La difficulté que l'on rencontre lors de la coulée de métal en fusion dans un moule résulte du fait qu'il va se produire un début de refroidissement du métal au cours de la coulée, ainsi qu'au contact de la paroi du moule, même si ce moule a été préchauffé comme cela est déjà connu. Ainsi, le métal subit un début de solidification et ne pénètre pas avec certitude dans toutes les anfractuosités du moule, de sorte que la précision du moulage est diminuée. Etant donné que, suivant le procédé faisant l'objet de l'invention, le moule, agit comme creuset et provoque une refusion du métal, celui-ci a le temps, avant tout début de solidification, de pénétrer dans les anfractuosités précitées, de sorte que le moulage obtenu est extrêmement précis. L'effet obtenu par ce procédé se distingue de celui exercé par une poudre ou un garnissage de masselotte ou de haut de lingotière par le fait que le moule lui-même est constitué ici par un mélange exothermique, de sorte que la totalité du métal est soumise à l'effet de refusion exercé, pour pénétrer dans les anfractuosités du moule. La production d'un moule en mélange exothermique de ce type peut être réalisée sans difficulté. Il est aisé, en particulier, de produire un moule à l'intérieur d'un châssis approprié, autour d'un modèle en cire de la pièce devant être moulée. Une mince couche de protection, par exemple en poudre de silice ou en cristobalite peut être appliquée si désiré autour du modèle en cire et le mélange exothermique est tassé et durci autour de cette couche ou du modèle lui-même. La technique de l'aluminothermie est maintenant bien connue, de sorte qu'il est aisé pour les techniciens spécialisés dans ce domaine de définir une composition exothermique capable de fournir, pendant un temps approprié, qui peut être par exemple de 10 à 15 minutes, une température déterminée avec une certaine précision, laquelle peut être par exemple de l'ordre de 10o0C supérieure à la température de fusion du métal coulé. Ainsi, dans le cas de métaux précieux comme un alliage dtor et de platine, dont le point de fusion est voisin de 1300 C, le mélange peut être étudié de façon à fournir une température approximative de 14000C, L'allumage du mélange exothermique s'effectue avant la coulée, en fonction de la durée de l'effet exothermique.Au moment de la coulée1 le métal vient au contact de la couche protectrice ou directement au contact des la masse exothermique. Le métal, qui se refroidit lors de la coulée, subit alors une nouvelle fusion sous l'effet de la chaleur qui lui est transmise et il revient à un état parfaitement liquide qui lui permet de pénétrer dans toutes les anfractuosités du moule. Le refroidissement est assuré ensuite en fonction de la nature du métal ou alliage coulé. Suivant une particularité de l'invention, on entoure la masse exothermique constituant le corps du moule-creuset d'une couche isolante, afin de retarder le refroidissement du métal coulé, et on laisse le moulage refroidir dans le moule. On évite ainsi le post-traitement thermique ou recuit qui est autrement nécessaire dans de nombreux cas, compte tenu du choc thermique subi par le métal ou l'alliage coulé quand on démoule l'objet, par suite du brusque changement de température entre la température de coulée et la température ambiante. Ce choc thermique peut parfois être comparé à une trempe.Il supprime la flexibilité du moulage, lequel dévient rigide et cassant, de sorte qutun post-traitement thermique connu, consistant à chauffer le métal de l'objet dans un four jusqu'à son point de transformation, pus à la refroidir lentement, par exemple à raison de 80"C par heure, est nécessaire. Suivant l'invention, l'isolant qui entoure la masse exothermique permet, en laissant l'objet dans le moule, de contrôler le refroidissement du métal à raison de 60 - 80"C par heure environ, jusqu'à une température approximative de 200"C, à laquelle on peut démouler. Un recuit est alors inutile. Suivant une-autre particularité de l'invention, la masse exothermique constituant le moule est reliée à une pompe à vide ou à une source de dépression équivalente qui exerce à travers ce mélange de nature poreuse un effet de succion dans la cavité du moule. Ainsi, l'air ou les gaz qui pourraient gêner une pénétration du métal liquide dans toutes les anfractuosités du moule sont évacués à travers la masse poreuse de mélange exothermique, sous l'effet de l'aspiration exercée par la pompe ou par la source de dépression équivalente. Cette caractéristique permet encore d'augmenter la précision des moulages obtenus. L'invention concerne encore un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi que les moulages de précision obtenus par l'application de ce procédé et (ou) par l'utilisation de ce dispositif. La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, donné à titre non limitatif permettra de mieux comprendre l'invention. La figure unique est une représentation schématique en coupe d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Sur cette figure, on a représenté en 1 la cavité de moulage, qui a été produite selon la technique bien connue des moulages à cire perdue. Cette cavité de moulage est entourée suivant l'invention par un corps de moule 2 qui est constitué par une masse mélange exothermique, lequel sera décrit plus loin. La cavité de moulage est séparée ici du mélange exothermique de préférence par une mince couche 3 qui peut être formée par exemple par une poudre de silice ou une matière analogue. Le trou de coulée 4 du métal liquide est prévu ici dans la partie supérieure du moule. Il constitue en même temps ltou- verture destinée à la masselotte, laquelle assure, d'une façon en soi connue, le réapprovisionnement de la cavité de moulage en métal liquide. Ce trou de coulée 4, destiné à la masselotte, est relié par des canaux 5, à la cavité de moulage 1. Dans le cas présent, la masse exothermique 2 formant le corps du moule est entourée par une couche isolante 11 et l'en- semble est logé dans un chtssis en tôle 6, muni d'un fond 7 et d'un couvercle 8. Un orifice ménagé dans le fond 7, de ce chas- sis en tôle est relié par un conduit 9 à une pompe à vide 10. Comme indiqué précédemment, la cavité de moulage l, est produite ici par la technique connue des moulages à cire perdue, qui est utilisée de façon classique pour les moulages de précision, notamment en prothèse dentaire. Cette cavité est entourée ici complètement par la masse exothermique, qui peut être constituée par exemple par un mélange d'une ou plusieurs matières réfractaires bonnes conductrices de la chaleur, par un agent exothermique formé judicieusement par de la grenaille ou des particules d'aluminium, par au moins un agent porteur d'oxygène tel que l'alumine, la magnésie, les chlorates, etc ... par au moins un liant qui peut être à volonté de nature organique ou inorganique (par exemple une résine ou un orthosilicate), et éventuellement par un plastifiant.Ce mélange renferme judicieusement une quantite d'aluminium supérieure à 30%, afin de permettre d'atteindre une température suffisante par effet aluminothermique, par exemple une température de 100 C environ supérieure au point de fusion du métal, c'est-à-dire une température de tordre de 1400"C dans le cas d'un alliage précieux d'or et de platine. Les mélanges exothermiques de ce type sont maintenant bien connus en fonderie et en aciérie. Il est aisé à un technicien spécialisé dans ce domaine de déterminer une composition de mélange aluminothermique fournissant une température donnée, avec une approximation de l'ordre de 15 à 300C,même aux temperatures élevées, et ceci pendant un temps également déterminé, qui peut être compris dans le cas présent, entre 10 et 15 minutes par exemple. Etant donné que la composition du mélange exothermique constituant le corps 2 du moulera varier-selon le métal coulé et également selon le volume de la pièce à -mouler, il semble inutile de donner ici des compositions précises, compte tenu en particulier de la connaissance que l'on a actuellement, comme indiqué précédemment, de l'effet fourni par de telles compositions. Pour la réalisation du moule, on peut entourer par exemple le modèle de l'objet à mouler, à une certaine distance, d'une paroi en tôle, carton ou autre matière, et verser dans la cavité ainsi formée le mélange exothermique constituant la masse 2. On utilise alors de préférence au moins un liant donnant du corps à vert ou même à sec à cette masse exothermique. Avant de placer le modèle en cire de l'objet dans la cavité dans laquelle le moule va être formé, on peut appliquer sur la surface extérieure de ce modèle une couche plastique, par exemple en farine de silice ou cristobalite, d'une épaisseur de 1 à 2 mm par exemple. Lors de l'étuvage ou de la polymérisation pour durcir lamasse formant le moule, la cire fondue est absorbée par cette couche, qui forme ainsi une surface non adhésive pour le métal coulé, de sorte que l'objet moulé peut être démoulé facilement. Quand la masse exothermique a été mise en place, on verse autour de celle-ci, à l'intérieur d'une autre paroi en tôle, par exemple, constituant la paroi proprement dite du châssis 6 du moule, un matériau ou mélange isolant approprié 11. De tels isolants sont d'une utilisation courante en fonderie. Ils peuvent être par exemple à base de fibre de verre. Dans le cas d'un moule ayant par exemple 40 cm de côté, on a constaté que le modèle peut être entouré de mélange exothermique sur une épaisseur de 10 cm environ de chaque côté, cette masse exothermique étant elle-même entourée d'une couche d'isolant de 10 cm environ d'épaisseur. Le rôle de cet isolant sera indiqué plus loin. Avant a coulée du métal liquide dans le moule, on allume le mélange exothermique, qui va ainsi dégager de la chaleur. On sait que de tels mélanges ne s'allument qu'à des températures relativement élevées, de l'ordre 1000 à iiOO"C, de sorte qu'un allumage n'est pas à craindre lors de l'étuvage du moule ou de la polymérisation du liant de la masse exothermique. Cet allumage peut être réalisé par exemple au moyen d'une résistance électrique insérée dans la masse exothermique. La réaction exothermique est visible. Quand cette réaction est déclenchée, on coule alors le métal dans le moule par le trou de coulée 4, le métal à haute température parvenant par les canaux 5 dans la cavité de moulage 1. Juste après la coulée1 on déclenche le fonctionnement de la pompe à vide, pendant un temps de 10 à 30 secondes environ, ce qui exerce sur la cavité de moulage, à travers la masse exothermique poreuse, une dépression qui peut aller par exemple de 50 à 100 mm de mercure, en favorisant la pénétration du métal jusque dans les moindres anfractuosités du moule. La succion exercée par la pompe à vide 10 est transmise comme indiqué à travers le mélange poreux constituant la masse exothermique, cette porosité résultant à la fois de la granulométrie des constituants de cette masse exothermique et de la présence éventuelle, dans ce mélange, de matières combustibles qui fournissent un caractère poreux par leur élimination par combustion après l'allumage de la masse exothermique. L'effet de succion exercé sur la paroi de la cavité de moulage évite l'emprisonnement de bulles d'air ou de gaz dans les petites dépressions du moule et augmente encore en conséquence la précision du moulage. Il s'ajoute en outre à l'effet de la pesanteur pour assurer la pénétration du métal dans les profils du moule. Simultanément à cette succion, la masse exothermique constituant le corps du moule agit sur le métal qui a pénétré dans la cavité de moulage 1 à la manière d'un creuset, en provoquant par la chaleur dégagée une refusion de ce métal, qui avait subi un début de refroidissement au cours de la coulée et dont la condition liquide est ainsi prolongée ou rétablie, ce qui lui permet de pénétrer dans toutes les anfractuosités de la cavité de moulage. -Selon la technique connue, même si le moule est préchauffé, le métal liquide coulé, en venant au contact de la paroi de ce moule, subit un effet de refroidissement et il se forme une pellicule qui gêne la pénétration du métal dans les dépressions les plus petites, ce qui nuit en conséquence à la précision du moulage. Par l'utilisation d'un moule en mélange exothermique agissant comme un creuset et provoquant la refusion de ce métal par effet aluminothermique, l'invention remédie à cet inconve- nient et augmente ainsi la précision des moulages-obtenus. L'invention se distingue à cet égard des opérations connues utilisant, en fonderie ou en aciérie, des garnissages ou plaques en matière exothermique par le fait que, dans un tel cas, ces plaques provoquent seulement le maintien à l'état liquide de la masselotte ou de la tête du lingot pour combler les retassures résultant du retrait du métal lors de sa solidification, tandis que dans le cas présent on obtient un résultat nouveau du fait que c'est le corps du moule lui-même qui est en mélange exothermique et qu'il en résulte ainsi un effet de creuset et une pénétration du métal liquide dans les dépressions de la cavité du moulage pour augmenter la précision de celui-ci. Une fois que la coulée a été~effectuée, on couvre la masselotte avec un couvercle ou une pastille exothermique solide à haut rendement. Suivant l'invention, le refroidissement de l'objet moulé s'effectue à l'intérieur du moule. Après la coulée, le moule peut être enlevé de l'installation et placé sur un support luimême isolant, et un couvercle isolant est également placé sur le moule. Ainsi, l'objet moulé, qui demeure dans la cavité de moulage, est entouré de toutes parts par l'isolant, ce qui permet d'obtenir un refroidissement lent, de l'ordre de 60 à 800C par heure, par exemple jusqu'à 2000C, température à laquelle le démoulage peut avoir lieu. On évite ainsi tout choc thermique pour le métal et par conséquent toute nécessité de recuit. On voit que les différents moyens utilisés suivant l'invention concourent à l'obtention d'un résultat amélioré partie lièrement important dans le cas des moulages de précision, par exemple en métal précieux. Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la production de moulages de précision en métaux ou alliages, caractérisé en ce qu'on effectue la coulée du métal en fusion dans un moule- constitué au moins en partie par un mélange exothermique et on provoque l'allumage de ce mélange exothermique avant la coulée du métal, de façon que le moule agisse à la manière d'un creuset provoquant la refusion du métal coulé, en prolongeant son état liquide pour lui permettre de pénétrer avec certitude dans toutes les anfractuosités du moulue. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise pour former le corps du moule un mélange exothermique capable de fournir, après son allumage, une tempéra ture d'environ 100.C supérieure à la température du métal ou de l'alliage coulé, pendant un temps de 10 à 15 minutes. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on contrôle ensuite le refroidissement du métal, en le ralentissant par l'utilisation d'un isolant entourant le moule. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce luron exerce sur la masse de mélange exothermique un effet d'aspiration depuis l'extérieur, afin d'obtenir à travers cette masse poreuse une succion stexer- çant dans la cavité de moulage. 5.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est constitué par un moule formé au moins en partie par une masse exothermique dans lequel la cavité émoulage a été ménagée par la technique de moulages à cire perdue. 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que cette masse exothermique renferme au moins un réfractaire, de la grenaille ou des particules d'aluminium, un ou plusieurs porteurs d'oxygène, un liant et éventuellement des plastifiants. 7.- Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la masse exothermique est entourée par une couche d'isolant relativement épaisse. 8.- Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'une pompe à vide ou une source de dépression équi valente est reliée par un conduit au corps du moule formé par la masse exothermique. 9.- Moulages de précision à cire perdue produits par le procédé suivant l'une quelconque des revendications i à 4 ou à l'aide du dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8. 10.- Moulages de précision constitués par des prothèses dentaires ou des parties de prothèses dentaires, produits par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou à l'aide du dispositif suivant ltune quelconque des revendications 5 à 8.