Brevet FR2340787A1 — publié le 19770909

La présente invention concerne un procédé de fabrication de moules à base d'agrégats réfractaires pour la fonderie de précision Pour lier ensemble les agrégats réfractaires utilisés comme moules en fonderie de précision , le rôle primordial des sols de silice colloïdale est bien connu . Ces sols sont obtenus de trois manières comportant chacune des inconvénients .La pre mière consiste à fabriquer des sols de silice en milieu organique, acétone ou alcool , à partir de l'hydrolyse de silicate d'éthvle Elle présente l'inconvénient de rester très chère du fait des élé- ments employés pour fabriquer la matière première , le tétrachlo rure de silicium . La seconde manière consiste à passer des hydrosols de silice sur des échangeurs d'ions pour éliminer les sels puis à redisperser la silice colloïdale ainsi obtenue dans des solutions aqueuses . Ces sols aqueux sont eux aussi d'un prix élevé, mais en plus l'évaporation lente de l'eau ralentit considérablement le cycle de fabrication des agrégats réfractaires . La troisième manière consiste à transformer des hydrosols de silice en organosols de silice par osmose , dialyse , ou électrolyse .Ces sols organiques de silice peu coûteux ne sont stables qu'avec un faible pourcentage de silice , c'est-à-dire de 8 à 16 % , ce qui di minue leur capacité de liaison à chaud pour les agrégats refrac taires ires L'un des buts de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de moules à bas prix de revient tout en éliminant les faiblesses de liaison des organosols de silice . Un autre but de l'invention est de réaliser des moules à caractéristiques mécaniques améliorées , et à stabilité dans le temps nettement prolongée . L'invention a pour objet un procédé de fabrication de moules à base d'agrégats réfractaires pour la fonderie de précision , caractérisé en ce que le liant destiné à être mélangé aux agrégats réfractaires est obtenu par les étapes suivantes - on prépare un hydrosol de silice contenant de 3 à 6% environ de silice - on mélange cet hydrosol à un liquide organique et, après séparation , on recueille un organosol contenant de 16 à 30% environ de silice - on étend cet organosol jusqu'à 20 % en volume environ , d'eau contenant jusqu'à 4 % environ de phosphate - de sorte que les agrégats réfractaires soient liés ensemble aussi bien par l'acide silicique colloïdal , que par liaison ph,osphatiquelors de la fusion des métaux à mouler L'invention a également pour objet un procédé de préparation de liant pour la fabrication de moules à base d'agrégats réfractaires pour la fonderie de précision , caractérisé en ce que: - on prépare un hydrosol contenant de 3 à 6 % environ de silice - on mélange cet hydrosol à un liquide organique et après séparation , on recueille un organosol contenant de 16 à 30 % environ de silice - on étend cet organosol jusqu'à 20 % en volume environ , d'eau contenant jusqu'à 4 % environ de phosphate La matière de base reste les hydrosols de silice obtenus par la réaction d'un acide fort sur un silicate soluble selon des méthodes bien connues .En choisissant des solutions de silicate soluble les plus concentrées possible , on obtient des hydrosols de silice contenant entre 3,99 % et 5,12 % de silice colloïdale . Pour ce faire , il suffit de choisir par exemple au départ des silicates de sodium ayant un rapport SiO2Na20 de 3,3 à 3,65 et de les faire réagir avec un acide fort tel que l'acide sulfurique .Par exemple 1000 cc d'une solution de silicate de sodium de rapport 3,3 dosée à 1,25 normale par addition d'eau , réagissant avec 225cc d'une solution d'acide sulfurique 6 fois normale , donne un hydrosol de silice contenant 3,3 % de SiO2 ; alors que 1000 cc d'une solu tion de silicate de sodium de rapport 3,65 diluée à la même normalité réagit de manière semblable pour donner un hydrosol contenant 5,12 % de SiO2 .De tels hydrosols , qui ont un Ph de 1 à 1,5 restent stables suffisamment longtemps pour permettre les opérations suivantes destinées à les transformer en organosols plus concen trés , puis à les renforcer tout en les rediluant La seconde opération consiste à effectuer le changement de milieu en remplaçant l'eau par un liquide organique tel que l'acétone ou un alcool .Pour ce faire , la méthode la plus simple est de mélanger à l'hydrosol un alcool , tel que l'alcool éthylique , après avoir sursaturé le même hydrosol avec un sel soluble approprié , tel que le sulfate ou le chlorure de sodium . I1 se produit alors une séparation en deux couches , celle du bas étant presque entièrement aqueuse et contenant aussi bien le sel de satura tion que le sel initial de l'hydrosol , et celle du haut presque entièrement organique et contenant la majeure partie de la silice colloldale .Par exemple 1000 cc d'hydrosol de silice contenant 3,8 % de SiO2 mélangés avec 300 cc d'alcool éthylique en présence de 255 gr. de sulfate de sodium laisseront après décantation une phase alcoolique contenant 29 % de SiO2 , alors qu'un hydrosol de silice contenant 5 % de SiO2 mélangé avec 500 cc d'acétone en présence de 300 gr. de chlorure de sodium décantera pour laisser une phase organique contenant 19,6 % de Six2. I1 est évident qu'en choisissant un pourcentage déterminé de solvant organique par rapport au volume de l'hydrosol , il devient possible d'obtenir des organosols de silice contenant de 16 à 30 % de SiO2 Selon leur concentration en SiO2 , ces organosols seront plus ou moins stables , c'est-à-dire que plus le pourcentage de silice sera élevé , moins longtemps la solution restera stable .Par exemple un organosol à 30 % de SiO2 restera liquide de 8 à 10 heures alors qu'un organosol contenant seulement 19 % de silice durera 48 heures . Par exemple en ajoutant à 1000 cc d'un organosol à 25% de SiO2 , 600 cc d'alcool méthylique ou d'acétone , l'organosol final ne contiendra que 15,6 % de SiO2 , mais sa stabilité sera portée à 160 heures . Malheureusement de telles dilutions diminuent la résistance à chaud des agrégats réfractaires que l'on lie ensemble de telle manière qu'ils deviennent impropres à l'utilisation en fonderie de précision . Pour tourner cette difficulté intrinsèque , il a fallu trouver une autre manière d'augmenter la résistance à chaud . Or pour augmenter la résistance mécanique à chaud des agrégats réfractaires tels que briques et pièces de forme de fours , il est bien connu d'utiliser les phosphates tels que le phosphate d'aluminium, le phosphate d'ammonium-magnésium , le phosphate de sodium , ou le phosphate d'ammonium primaire . Dans le cadre de l'invention , il devient possible de combiner les deux liaisons - celle de la silice colloïdale et celle des phosphates - en diluant faiblement les organosols ci-dessus obtenus avec une solution aqueuse de phosphates à réaction acide , tel que le phosphate d'ammonium . En ajoutant par exemple à l'organosol jusqu'à 20 % en volume d'eau contenant de 1 à 4 % de phosphate d'ammonium par rapport à la solution finale , on obtient non seulement une augmentation très sensible de la résistance à chaud des agrégats réfractaires liés par de tels organosols , mais aussi une extension importante de la stabi lité de tels organosols dans le temps , car on passe entre 170 heures et 360 heures Par exemple,en ajoutant 200 cc d'eau contenant 4 % de phosphate ammoniaco-magnésien à 1000 cc d'un organosol de silice contenant 21 % de SiO2 , ce mélange organosol-eau contiendra seulement 17,4% de Six2 final .Par contre cet organosol restera stable 225 heures et aura un pouvoir de liaison pour les agrégats réfractaires lors de la coulée des métaux , très supérieur à l'organosol original contenant 21% de SiO2 Pour situer les résultats obtenus à chaud avec de tels organosols , les essais de flexion sous charge faits avec des éprouvettes de 30 mm. de diamètre et 300 mm. de long fabriquées avec les mêmes agrégats réfractaires ont donné des résistances au moins du double de celles des éprouvettes fabriquées avec les organosols sans addition .Par exemple alors qu'une éprouvette réalisée avec un organosol de silice à 20 % de silice se rompt sous une charge de 6,350 Kg, la même éprouvette fabriquée avec un organosol de silice à 15 % de silice plus une addition aqueuse dosée pour 2 % de phos phate d'ammonium résiste à la rupture jusqu'à une charge de 13,150 Kg. Ces organosols se prêtent fort bien aux méthodes de moulage répandues dans cette industrie , c'est-à-dire fabrication de noyaux et d'éléments de moules pour les procédés dits de moulage céramique , ainsi que pour les procédés dits "à la cire perdue" utilisant soit la méthode des couches successives d'enrobage , soit les moules dits massifs avec un seul enrobage consolidé par secousses ou par application du vide I1 est possible par exemple de mélanger 1000 cc d'un organosol à 17 % de SiO2 , et 2,5 % de phosphate d'ammonium à 5,000 kg. d'un mélange de 1,700 kg de sillimanite et 3,300 kg de mullite pour obtenir un mélange mobile propre à remplir les boites à noyaux; ce mélange une fois solidifié permet d'obtenir des noyaux qui résistent fort bien à la pression ferrostatique lors de la coulée d'un acier à 16800C.Malgré l'augmentation de la résistance à chaud , les noyaux restent facilement débourrables Pour la cire perdue , 1000 cc d'un organosol à 15% de SiO2 et 1,75 % de phosphate ammoniaco-magnésien mélangés à 3,275 Kg. de farine de zircon , donnent un mélange mobile parfaitement apte à l'enrobage de modèles en cire pour la fabrication de moules dits "carapaces" obtenus par couches successives Ainsi , seloI'invention , des hydrosols de silice contenant de 3 à 6 % environ de silice sont mélangés à un liquide organique pour donner , après séparation , des organosols de silice contenant de 16 à 30 % environ de silice . Ces organosols sont étendus , jusqu'à 20 % en volume environ , d'eau contenant jusqu'à 4 % environ de ph-osphate , pour améliorer leur stabilité .Ces organosols constituent des liants à stabilité améliorée , qui sont ensuite mélangés aux agrégats réfractaires habituels pour constituer les moules de fonderie de précision , dans lesquels les agrégats réfractaires sont liés ensemble aussi bien par l'acide silicique collol- dal , que par liaison phosphatique lors de la fusion des métaux à mouler Les sols organiques de silice améliorés selon la présente demande présentent donc non seulement une très forte augmentation du pouvoir de liaison des agrégats réfractaires à chaud ,mais restent d'un prix de fabrication extrêmement bas . Le matériel et les procédés de fabrication ne nécessitent que des cuves sans protection particulière munies d'agitateurs conventionnels ; il n'y a aucun apport d'énergie et il n'y a pas de dégagements polluants lors de leur fabrication . Ces sols sont compatibles avec tous les maté riaux réfractaires habituellement utilisés en fonderie de préci sion , tels que mullite , alumine , sillimanite , sable de zircon andalousite ou quartz électro-fondu . De ce fait , il devient possible non seulement d'abaisser le prix de revient des moules de fonderie de précision , mais aussi couler des pièces plus lourdes, étendant ainsi le champ d'application de cette industrie REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de moules à base a' agrégats réfractaires pour la fonderie de précision caractérisé en ce que le liant destiné à être mélangé aux agrégats réfractaires est obtenu par les étapes suivantes - on prépare un hydrosol de silice contenant de 3 à 6% environ de silice - on mélange cet hydrosol à un liquide organique et après séparation , on recueille un organosol contenant de 16 à 30% environ de silice - on étend cet organosol jusqu'à 20 % en volume environ , d'eau contenant jusqu'à 4 % environ de phosphate - de sorte que les agrégats réfractaires soient liés ensemble aussi bien par l'acide silicique collolda? , que par liaison phosphatique lors de la fusion des métaux à mouler 2 - Procédé de préparation de liant pour la fabrication de moules à base d'agrégats réfractaires pour la fonderie de précision, caractérisé en ce que - on prépare un hydrosol contenant de 3 à 6 % environ de silice - on mélange cet hydrosol à un liquide organique et après séparation , on recueille un organosol contenant de 16 à 30% environ de silice - on étend cet orgzanosol jusqu'à 20 % en volume environ, d'eau contenant jusqu'à 4 % environ de phosphate 3 - Liant pour la fabrication de moules à base d'agrégats réfractaires pour la fonderie de précision , caractérisé en ce qu'il est constitué d'un organosol contenant de 16 à 30 % environ de silice , étendu jusqu'à 20 % environ d'eau contenant jusqu'à 4 % environ de phosphate 4 - Moule de fonderie de précision à base d'agrégats réfractaires , caractérisé en ce que les agrégats sont liés par un liant constitué d'un organosol de silice étendu jusqu'à 20 % d'eau contenant jusqu'à 4 % environ de phosphate