Brevet FR2509206A1 — publié le 19830114

Parmi les phénomènes très importants qui ont marqué l'évolution de l'industrie de la fonderie dans son bouleversement de l'actuelle période,il saut citer en tout premier lieu l'introduction des sables chirniques dans les 25 dernières années qui a permis ltessorde la mécanisation et de la qualité. Les sables dits ' naturels " dont l'utilisation était généralisée antérieurement, mais qui ont encore une place notable pour des rasons éconcniques, sont des mélanges de silice et d'argile extraits dans des carrières. Une formule dérivée obLenue en usine par mélange de silice pure et d' argile synthétique reste de la mCe fa- mille. Les sables dits " chimiques " par contre sont des mélanges d'un réfractaire en pouctre avec des résines et on provoque la polymérisation ou la conden- sation dc ces résines par addition de catalyseur ou par chauffage. Lors de cette réaction les résines liquides deviennent solides et collent les grains de réfractaire en- tr'eux Le mélange de réfractaire et de resine rait saprise au contact du modèle et au démoulage on obtient l'em- preinte qui doit recevoir le métal. Des groupes voisins de sables existent où les resines sont remplacées par d' autres produits chimiques susceptibles de passer également de l'état lL- de a l'état solide par d'autres types de reaction, par exem- ple l'hydrolyse pour les sables contenant du silicate de de soude. Tous les sables chimiques ont dont la particularité commune avoir un produit chimiq te liqui- de de liaison qui deviendra solide C'est le liquide et sa transformation qui posent les problèmes objet de l'innova- tion. Quant au réfractaire en poudre, c'est en général de la silice pure d'où le nom de "sable" qui a été conservé.Mais il peut entre de l'oxyde de zirconium ( zircon ). Par ailleurs dans des familles dérivées on remplace l'oxyde réfractaire par des produits en poudre divers comme le graphite,le carbure de silicium, l'oxyde de fer, despoudres métalliques etc.... pour obtenir la famille des " produits moulables " utilisés en Le terme " Sables chimiques "en- globe tous ces cas dans le texte suivant. Par leur nature meme ces sables chimiques présentent le rave inconvénient de pouvoir réa- gir avec le matériau du modèle sur lequel ils sont déposés pour faire leur prise et cette réaction se traduit frquem- ment par une adhérence du sable sur la surface du modèle des grains disséminés ou des plages de sable restent collés à la surface et pour les enlever il est nécessaire de frotter le modèle avec un chiffon,voire une toile légèrement abrasive. La gravité des inconvénients qui en résultent est évidente, en particulier : augmentation des temps de production, rupture du rythme de production, dégradation de l'état de surface de la pièce, ébarbage nécessaire pour le corriger, modification des cotes de la pièce qui en résultent, modification de la géométrie du mo- dèle au cours des nettoyages. Face à ce problème, la technique actuelle met en oeuvre 3 familles de palliatifs - les vernis - les revetements métalliques - les agents de démoulage - Les vernis - Ils sont utilisés en particulier sur les modèles en bois- Leur effet est très aléatoire. - Les revetements métalliques - Ils sont utilisés en particulier depuis quelques années sur les outillages en résines conductrices. I1 s'agit en général de revetement à base nickel. Ils améliorent la tenue au collage.Mais le phénomène subsiste sous forme d'adhérence de grains. - Les agents de démoulage - Ce sont des produits chimiques divers pulvérisés sur les modèles en général ( le plus sim- ple est le pétrole ) ou frottés s'ils sont en poudre(le graphite,le talc par exemple). Leur nombre considérable sur le marché montre que leur efficacité est très alèatoire. Par ailleurs ils ont souvent une influence négative car ils peuvent réagir avec le métalpour donner des porosités de surface. Pour apporter une solution à ce problème l'invention proposée s'est attachée à assurerdeux objectifs 1) réaliser sur le modèle une surface où le sable n'adhère pas. 2) donner à cette qualité de la surface un caractère permanent pour ne pas rompre le rythme de travail de production. Pour atteindre le premier objectif le modèle ou la bolte à noyaux qui recevront le sable et appelés désormais " outillage " sont traités pour que soit constituée une couche poreuse de très faible épaisseur qui soit chimiquement la plus neutre possible pour éviter les réactions avec les sables chimiques. Les oxydes étant les composés qui satisfont le mieuxcecritère,l'outillage est de préférence selon l'invention, en alliage d'aluminium l'oxyde d'aluminium étant à très haute chaleur de formation. En outre pour que l'oxyde formé soit le plus neutre possible,l'alliage à retenir de préférence doit etre de la famille Aluminium - Silicium plutôt que Aluminium - Cuivre l'oxyde de cuivre étant plus réactif que l'oxyde de sili- cium. Le traitement à effectuer sur l'outillage consiste dans ce cas en une oxydation anodique pour développer sur la surface une pellicule dioxyde qui prend naissance sur le métal de base sans discontinuite. Cette couche d'oxyde de quelques centièmes de millimètre d'épaisseur est ensuite colorée pour etre decelable mais avec un colorant qui doit etre également le plus chimiquement neutre possible De ce fait, selon l'invention, ce colorant sera choisi, de préférence, parmi les corps simples au sens chimique du terme,c'est A dire sans fonction. Parmi les corps simples les métalloïdes sont moins réactifs que les métai.ix en présence des J'onctions chimiques des résines ou des catalyseurs contenus dans les sables. C 7 est donc dans ce groupe que doit vent etre retenus les colorants de la couche d'oxyde. Une suspension de carbone pur par exemple répond à ces condi tions. La surface ainsi colorée est ensuite imprégnée d'une substance egalement la plus chimie quement neutre possible pour ne pas reagir avec les oomo- sants du sable. Dans ce but, la substance d impré- gnation est, selon llinvention choisie , de préférence parmi les corps organiques saturés, sans liaisons doubles ou trio ples et sans radicaux acide,hydroxyle,cétone etc... ces dire par exemple dans les hydrocarbures de la série des alcanes. A -cette base ainsi définie il peut etre ajouté un élément spécifique adapté à un type de resine particulier du sable chimique et propre à doper la substance d'imprégnation. Pour atteindre le 2ème objectif donner à cette qualité de surface un caractère permanent deux mesures sont prises 1) la substance d'imprégnation définie précédemment est en outre choisie,de préférence,à longue channe pour avoir une très faible tension de vapeur et une grande viscosité. 2) la forme de la couche d'oxyde est transformée pendant ou après l'imprêaflation pour qu'elle "emprisonne " la substance dtimprégnation. Dans ce but 1'outillage,dans le cas de l'alliage d'aluminium,est porté,après oxydation anodique et coloration,et pendant ou après l'imprégnation, à une température déterminée pour assurer une telle transfor- mation de forme de la couche d'oxyde. De ce fait - la substance dimpregnation recouvre la surface d'une façon continue - elle est rendue solidaire du métal de base par les colonnes d'oxyde qu'elle imprègne et-dont elle remplit les interstices,colonnes qui elles-memes naissent de l'alliage sous-jacent sans discontinuité,assurant de ce fait la permanence de la protection - la surface résiste à l'abrasion du sable car la couche d'oxyde est réalisée dans des conditions qui assurent cette qualité (composition du bain,temps,température). - si la protection est endommagée,le phénomène apparait car la couche d'oxyde est colorée et sa disparition remet en évidence l'aluminium sous-jacent. Des retouches sont alors possibles,-voire à la limite un renouvellement de la surface oxydée et imprecnée,l'opération ne modifiant la géométrie de l'outillage que de l'épaisseur de la couche enlevée soit quelques centièmes de millimètre. Il est donne ci-après à titre informatif un exemple d'application du procédé de protection précédemment décri. - L'outillage est réalisé pour sa structure essentielle en alliage d'aluminium corroyé ou coulé de préférence de composition de type Aluminium - Silicium .Si la structure est en alliage coulé,il faut veiller à ce que les surfaces de travail,celles qui recevront le sable chimique,soient exemptes de porosités et de peaux d'oxyde qui seraient débouchées voire creusées à l'oxydation anodique et generaient le démoulage. L'outillage coulé doit donc être conçu conme une pièce de qualité. - L'outillage après usinage,polissage et ayant re çu tous ses appendices est dégraissé par exemple au perchlorethylène en phase vapeur. - Toutes les parties en métal autres que l'aluminium sont protégées par masquage à la cire et au pinceau par exemple. - L'ensemble est alors soumis à oxydation anodique, (la pièce est en anode).Plusieurs formes d'oxydation anodique existent en particulier: - en bain à base d'acide sulfurique - " " " d'aide chromique Ces opérations sont classiques. Elles sont conduites pour avoir des épaisseurs d'oxyde de 1, à 4 centièmes de millimètre d'épaisseur. Afin d'obtenir une couche d'oxyde sans autre élément une solution qui donne de bons résultats est l'oxydation en bain d'acide sulfurique,à température,20, pendant 1 heure pour avoir 4 centièmes de millimètre d'oxyde La pièce est ensuite lavèe à l'eau puis colorée en application des principes indiqués précédemment dans une suspension de carbone-et à 200 C. La pièce ainsi oxydée et colorée et munie de masques doit subir l'imprégnation par un produit qui s'oppose à l'adhérence puis la transformation de la forme de la couche d'oxyde. Pour ce faire elle est plongée par exemple dans un bain de paraffine à 1Q00 pendant 1 heure environ. L'excès de paraffine qui reste sur la pièce sous forme de gouttes est enlevé par immersion dans un bain deau chaude. La protection décrite ci-dessus à titre d'exemple donne une surface qui évite tout collage en présence des sables chimiques habituels,en particulier ceux à base de résine isocyanate et de résine phénolique. Aucun nettoyage ntest nécessaire entre 2 opérations de moulage et il ne faut appliquer aucun agent de démoulage par pulvérisation ou autre moyenXLa couche par ailleurs résiste très bien à l'abrasion par les sa- bles en raison de la dureté élevée de l'oxyde d'aluminium formé. - Le procédé peut etre appliqué à toute surface d'outillage qui se termine par de l'alumi nium ou un de ses alliages, en particulier - un dépôt d'aluminium sur la couche base nickel ou autre métal recouvrant un modèle en résine - ou sur un modèle base acier, fonte ou bronze. REVENDICATIONS 1 Procédé de préparation de surface d'un outillage defon derie destiné à recevoir des sables susceptibles d'en traîner une réaction avec cette surface et caractérisé par le fait qu'on crée sur cette surface une couche po reuse présentant une résistance élevée aux réactions chimiques. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'on colore la surface par une substance présentant une résistance élevée aux réactions chimiques. 3 Procédé selon les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'on imprègne la surfa ce par une substance présentant une résistance élevée aux réactions chimiques. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait qu'on pro voque une modification de la forme de la couche poreuse créée selon la revendication 1. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que la couche de surface à préparer est en aluminium ou en alliage d'aluminium. 6 Procédé selon la revendication 5 caractérisé par le fait que la couche poreuse est obte nue par oxydation anodique. 7 Procédé selon les revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que le colorant de la couche est du carbone. 8 Procédé selon les revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que la substance d'im 'prégnation de la couche est un/des hydrocarbures sans liaisons multiples. 9 Procédé selon les revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que la substance d'im prégnation est un/des hydrocarbures sans radicaux asso ciés à des fonctions chimiques. 10 Procédé selon les revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que la substance d'im prénotion est à longue channe. 11 Procédé selon les revendications 1 à 10 caractérisé par le fait que la substance d'im prégnation est de la série des alcanes. 12 Procédé selon les revendications 1 à 11 caractérisé par le fait que la substance de ba se d'imprégnation contient un/des additifs spécifiques des propriétés de non-adhérence aux sables.