Brevet FR2721240A1 — publié le 19951222

PROCEDE D'APPLICATION D'UN REVETEMENT SUR LA SURFACE INTERIEURE D'UN MOULE METALLIOUE L'invention concerne un procédé d'application d'un revêtement sur la surface intérieure d'un moule métallique. L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'application d'un revêtement constitué par un composé réfractaire sur un moule métallique permanent destiné à la fabrication de pièces métalliques par solidification d'un métal en fusion. L'application d'un revêtement est nécessaire pour éviter les actions érosive et adhésive du métal fondu sur le moule, et le protéger contre les agressions chimiques. 1l est connu d'avoir recours à un poteyage qui consiste en un enduit liquide ayant des propriétés réfractaires ou isolantes, appliqué sur la surface d'un moule permanent. En particulier on utilise aujourd'hui des poteyages réalisés à base de carbonate de calcium, de talc, d'argile etc... dispersés dans l'eau et additionnés à un liant tel que la silicate de soude. Ce poteyage est appliqué sur un moule métallique préalablement chauffé, par pulvérisation à l'aide d'un pistolet du type de ceux employés pour la peinture. L'intérêt du poteyage est à la fois son rôle d'isolant thermique, d'agent de démoulage et de protection du moule métallique contre les agressions chimiques et thermiques. Mais les revêtements ainsi appliqués s'usent sous l'effet des sollicitations mécaniques (choc, arrachement, érosion ...), thermiques (différence de dilatation thermique avec le support, fatigue, décomposition ...) et physico-chimiques (réaction avec le métal liquide mouillabilité). De ce fait la durée de vie d'un poteyage n'excède pas un ou deux jours. Or le changement de poteyage est une opération longue (plusieurs heures) puisqu'elle nécessite une dépose de l'outillage, un décapage de l'ancien poteyage par sablage, une préchauffe du moule, une application d'un nouveau poteyage, un remontage de l'outillage sur machine et une nouvelle montée en température. L'amélioration de la durée de vie du revêtement pourrait être réalisée par l'utilisation de matériaux plus résistants aux sollicitations précitées mais cela impliquerait que le procédé permette l'utilisation de tels matériaux sans dispersion dans l'eau ou ajout d'additifs. Le procédé de poteyage décrit ne permet donc pas une telle amélioration. Par ailleurs ce procédé n'est réalisé que manuellement, ce qui constitue un inconvénient important quant à son application industrielle. L'invention a pour objet un procédé permettant l'application d'un revêtement utilisant des matériaux réunissant de très bonnes propriétés d'adhérence au support, de densité et de cohésion élevées, de résistance à l'érosion, à la fatigue et aux chocs thermiques, de stabilité chimique et physique, et d'isolation thermique. L'invention a également pour objet un procédé permettant l'application d'un revêtement non mouillable par les métaux en fusion notamment l'aluminium. L'invention a encore pour objet un procédé d'application de revêtement permettant l'obtention d'un revêtement de très longue durée de vie. L'invention a encore pour objet un procédé permettant un décapage aisé du revêtement pour pouvoir le changer. L'invention a encore pour objet un procédé permettant de maîtriser l'épaisseur du revêtement réalisé. L'invention a enfin pour objet un procédé d'application de revêtement sur des moules métalliques qui peut être automatisé. Une application particulière de ce procédé est réalisée dans le domaine des pièces automobiles et notamment pour la fabrication de culasses moteurs en alliages légers. Selon l'invention, on réalise un traitement de surface du moule et on y projette le composé réfractaire. Avantageusement, la projection du composé réfractaire est constituée par une projection thermique plasmagène. Selon une autre caractéristique, le traitement de surface, tel qu'un corindonnage, consiste à créer une rugosité sur la surface du moule. En particulier, la valeur moyenne de la rugosité calculée sur une longueur de 4,8 mm est comprise entre 3 et 4,5 clam. Selon un mode de réalisation du procédé, le composé projeté est constitué par un alliage métallique. En particulier, le composé projeté est constitué par un alliage de chrome, nickel, aluminium et yttrium. Selon un second mode de réalisation, le composé projeté est constitué par une céramique. Avantageusement, la projection de la céramique est précédée par la projection thermique plasmogène sur la surface intérieure du moule d'un alliage métallique formant une couche intercalaire entre le moule et la céramique. Plus particulièrement, la couche intercalaire est constituée par un alliage de nickel et d'aluminium. Selon une variante de réalisation du procédé, la céramique est constituée par une zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium. Selon une seconde variante de réalisation du procédé, la céramique est constituée par un spinelle d'alumine-magnésie. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation du procédé d'application d'un revêtement sur la surface intérieure d'un moule métallique en référence aux figures suivantes: - la figure 1 est un tableau représentant les paramètres de projection thermique plasmagène pour différents composés réfractaires, - la figure 2 est un tableau représentant la rugosité optimale choisie pour trois composés réfractaires cités dans le tableau représenté à la figure 1. Le procédé d'application d'un revêtement sur la surface intérieure d'un moule métallique consiste essentiellement en deux étapes - une première étape consiste à préparer la surface du moule en créant des aspérités. Cette rugosité est avantageusement réalisée par le procédé connu de l'homme de l'art de corindonnage qui permet l'application de grains abrasifs d'alumine ou corindon. Cette étape est importante car elle va permettre d'améliorer "l'accrochage" mécanique du revêtement en optimisant l'état de surface du moule. La rugosité moyenne, calculée sur une longueur de 4,8 mm et connue par l'homme de l'art sous le symbole Ra, optimale de la surface du moule est comprise entre 3 et 4,5 ym. D'autres techniques telles que le sablage peuvent également être utilisées cependant cette dernière ne semble pas présenter d'aussi bons résultats que le corindonnage. - une deuxième étape consiste en une projection thermique plasmagène d'un composé réfractaire. Cette technique permet non seulement une automatisation du procédé mais également du fait de la très grande vitesse de projection (environ 300m/s) et des très hautes températures des gaz de projection (allant jusqu'à 1500"C) une adhérence accrue du composé réfractaire sous forme de poudre. Par ailleurs cette technique donne également une faible porosité, propriété qui posait généralement des problèmes lors de l'utilisation des procédés classiques, et une bonne cohésion du dépôt. Le choix du composé réfractaire est délicat puisque il doit réunir un certain nombre de caractéristiques en particulier : une bonne adhérence au support, la possibilité de réaliser un dépôt d'une certaine épaisseur, une certaine rugosité , une bonne résistance à l'érosion, à la fatigue et aux chocs thermiques, une bonne stabilité chimique et physique. L'épaisseur du dépôt est un paramètre important à maîtriser en effet il doit être optimisé afin d'être à la fois suffisant pour assurer l'isolation thermique mais pas trop important afin de permettre l'obtention d'une bonne adhérence. Les procédés utilisés jusqu'à présent ne permettent pas la maîtrise de ce facteur contrairement au procédé décrit. Le contrôle de l'épaisseur est réalisé en faisant varier la vitesse de projection, la distance de projection et le nombre de passages effectués. Les composés doivent également être non mouillables par le métal fondu, avec des propriétés d'isolants thermiques et de décapage aisé pour un nouveau rechargement. La rugosité du revêtement constitué par les poudres projetées est également une condition importante puisqu'elle est un facteur d'adhérence de la poudre sur la surface rugueuse du moule. La rugosité du revêtement favorise également le remplissage du moule par le métal fondu qui "grimpe" sur les parois en évitant les problèmes dits de "refus" notamment dus au mauvais remplissage, et l'évacuation des gaz lors de la coulée. La rugosité est principalement conditionnée par la granulométrie de ces poudres et les conditions de projection. Certaines céramiques et certains alliages métalliques réunissent de telles propriétés. Cependant afin d'optimiser l'adhérence lors de l'utilisation d'une céramique, la projection de cette dernière est préférentiellement précédée par le projection thermique plasmagène d'un alliage métallique tel qu'un alliage de nickel-aluminium 95/5 qui constitue une couche intercalaire entre la surface intérieure du moule et la céramique. L'épaisseur de cette couche intercalaire est très inférieure à celle de la céramique. Sont apparus comme particulièrement intéressants : la zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium et le spinelle d'alumine-magnésie parmi les céramiques, et l'alliage NiCrAlY parmi les alliages métalliques. En effet on constate que la zircone yttriée et le spinelle présentent un très bon compromis : ils sont moins résistants à l'arrachement que le NiCrAlY mais meilleurs isolants et ont de bonnes tenues vis-à-vis de l'aluminium fondu. D'autre part, la zircone yttriée, le spinelle et le NiCrAlY sont très résistants à la fissuration, à la rupture en fatigue et aux chocs thermiques. Et en particulier le revêtement en zircone yttriée possède l'isolation thermique la plus élevée. Le revêtement ainsi réalisé a une très longue durée de vie, de plus son décapage est réalisé aisément par une opération de corindonnage pour permettre de changer le revêtement. L'exemple cité à titre non limitatif qui suit, permet de mettre en évidence les propriétés du revêtement obtenu par le procédé conformément à l'invention et, de plus, de les comparer à celles obtenues par l'utilisation du procédé classique. EXEMPLE D'APPLICATION DU PROCEDE Dans cet exemple on a réalisé le procédé, conformément à l'invention, d'application sur la surface intérieure d'un moule de culasse de véhicule automobile, d'un revêtement avec différents composés réfractaires respectivement constitué par la zircone yttriée, le spinelle d'aluminemagnésie pour lesquels on a utilisé une couche intercalaire d'alliage NiA1 95/5 et l'alliage métallique NiCrAlY dans un rapport d'environ 75/18/6/1. 1- CONDITIONS OPERATOIRES Le calcul des rugosités moyennes a été réalisé sur une longueur de 4,8 mm. Rugosité de la surface du moule Le corindon utilisé pour cette opération est commercialisé sous le nom CRISTALBA 46 d'origine la société PECHINEY. Ce corindon de granulométrie 350 ym, a été projeté de manière classique sous un pression de 6 bars à une distance de 150mm. La rugosité optimale moyenne, Ra, obtenue de la surface du moule est proche de 4 zm. Paramètres de projection Les paramètres ont été optimisés et sont portés sur le tableau représenté à la figure 1. Epaisseur du revêtement optimisée est d'environ 100ym, dont 30 à 40 ym pour la couche intercalaire de NiAi. Rugosité des dépôts La rugosité choisie pour chaque composé est portée sur le tableau de la figure 2 où Ra désigne cette rugosité. 2- RESULTATS Au bout de 300 à 500 pièces fabriquées, chiffre qui correspond à une dégradation totale du poteyage réalisé de manière classique à base de carbonate de calcium, de talc, d'argile etc... dispersés dans l'eau et additionnés à un liant tel que la silicate de soude, le revêtement de zircone yttriée, spinelle ou de NiCrAlY n'a subi aucune détérioration notable. Plus précisément une usure sur le revêtement réalisé par le procédé classique apparaît dès qu'une dizaine de pièces ont été réalisées. Lors de l'application du procédé décrit, une telle usure n'apparaît que de façon très localisée et extrêmement faible après la fabrication d'une centaine de pièces. De plus, on a constaté que cette très faible usure ne semblait pas évoluée au cours du temps. On peut donc s'attendre à obtenir une durée de vie du revêtement réalisé par application du procédé conforme à l'invention, considérablement supérieure à celle obtenue par les procédés classiques. REVENDICATIONS 1) Procédé d'application d'un revêtement constitué par un composé réfractaire sur la surface intérieure d'un moule métallique, caractérisé en ce que l'on réalise un traitement de surface du moule et que l'on y projette le composé réfractaire. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la projection du composé réfractaire est constituée par une projection thermique plasmagène. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le traitement de surface, tel qu'un corindonnage, consiste à créer une rugosité sur la surface du moule. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la valeur moyenne de la rugosité calculée sur une longueur de 4,8 mm est comprise entre 3 et 4,5 clam. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le composé projeté est constitué par un alliage métallique. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le composé projeté est constitué par un alliage de chrome, nickel, aluminium et yttrium. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le composé projeté est une céramique. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la projection de la céramique est précédée par la projection thermique plasmogène sur la surface intérieure du moule d'un alliage métallique formant une couche intercalaire entre le moule et la céramique. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la couche intercalaire est constituée par un alliage de nickel et d'aluminium. 10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que la céramique est constituée par une zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium. 11) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que la céramique est constituée par un spinelle d'aluminemagnésie.