Brevet FR2829410A1 — publié le 20030314

L'invention concerne le calorifugeage de moules-carapaces céramiques destinés à la coulée de pièces, notamment en fonderie du type à modèle perdu. Il est connu de contrôler le mode de solidification du métal pendant un moulage à la cire perdue. Ceci exige le contrôle des échanges thermiques pendant la solidification et le refroidissement de la pièce, et la limitation des déperditions de chaleur lors des transferts du moule entre le four de préchauffage et l'enceinte de coulée. Une technique couramment utilisée consiste à envelopper entièrement ou partiellement les moules céramiques de nappes de laine réfractaire. Cette laine réfractaire présente une grande souplesse d'emploi, car il est aisé de régler l'épaisseur de l'enveloppe en fonction des zones du moule. En revanche, la laine étant constituée de fibres céramiques réfractaires peut présenter des risques sérieux pour la santé, ainsi que cela est connu notamment pour les fibres d'amiante, vis-à-vis du personnel enveloppant les moules et vis-à-vis du personnel traitant les déchets après l'utilisation des moules en fonderie. Il existe donc un besoin de remplacer ces fibres minérales. Une autre technique, dévoilée par FR-A-2 324 394, consiste à revêtir le moule-carapace de couches successives d'un matériau adhérent et d'un calorifuge sous forme particulaire ou fibreuse. Chaque couche isolante est mince, car elle est appliquée par trempé. Ce procédé par trempé ne permet pas de renforcer et/ou réduire localement l'isolation du moule-carapace en fonction de la vitesse de refroidissement recherchée à cet endroit. Le but de l'invention est ce proposer un procédé de calorifugeage de moules-carapaces qui soit peu coûteux et facile à mettre en oeuvre, qui permette un contrôle précis du mode de solidification des pièces pendant le moulage, et qui facilite le traitement des déchets après l'utilisation du moule en fonderie. Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à former un moule-carapace céramique, à appliquer autour du moule-carapace des feuilles de mousse organique à pores ouverts, préalablement trempées dans une barbotine chargée d'oxydes réfractaires et essorées, et à éliminer la partie organique par cuisson afin d'obtenir une mousse céramique autour du moule-carapace. L'utilisation de feuilles de mousse organique imprégnées d'oxydes réfractaires permet de conserver la souplesse d'emplois des nappes de laine réfractaire de l'art antérieur avec une meilleure reproductibilité, puisque les propriétés thermiques des nappes dépendent de leur densité et que la manipulation de ces nappes occasionne des tassements aléatoires. La mousse céramique est obtenue au cours de la cuisson par frittage des oxydes céramiques qui peuvent être les mêmes que ceux utilisés pour la fabrication des carapaces. Ce n'est donc pas un produit fibreux qui dégage des poussières. Les gaz (CO, CO2) dégagés par la mousse organique lors de sa combustion au cours de la cuisson sont facilement traitables, de la même façon que sont traités les gaz formés lors du brûlage des cires constituant le modèle fusible du moulecarapace. Le moule carapace est formé de manière traditionnelle selon les étapes suivantes : On prépare un ou plusieurs modèles fusibles de fonderie en cire ou en polymère fusible à basse température ; dans le cas ou on veut mouler plusieurs pièces à la fois, comme par exemple pour le moulage de plusieurs aubes, on assemble les modèles fusibles en grappes. On prépare la barbotine en mélangeant une charge réfractaire dans de la silice colloïdale. La silice colloïdale, qui est un mélange d'eau et de fines particules de Si02 est un produit couramment commercialisé et prêt à être utilisé. La silice colloïdale forme un gel en séchant. La charge réfractaire est constituée par des oxydes choisis en fonction de divers critères : la finesse de la surface obtenue, la porosité, la non-réactivité avec le métal en fusion. Les particules ont des dimensions allant de 10 à 500 microns. Les oxydes utilisés sont principalement le Zircon (ZrSi04), la Mullite (3Als03 + 2Si02), et l'Alumine (A1203). On forme ensuite le moule carapace par couches successives en trempant le modèle fusible ou la grappe de modèles fusibles dans la barbotine, en le retirant de la barbotine, puis en le séchant. Avant le Qfhaorp'H'nn mir'h nn niit la 500 microns, par exemple de Zircon ou de Mullite, pour former un stucco qui permet de renforcer la carapace, d'améliorer l'accrochage de la couche suivante et de limiter le retrait au séchage et à la cuisson. On élimine ensuite le modèle fusible par fusion en autoclave. Cette dernière opération est appelée"décirage". Avant de procéder à la cuisson du moule-carapace ainsi formé, on applique autour de cette dernière des feuilles ou nappes de mousse organique préalablement imprégnées d'oxydes céramiques réfractaires, tels que la silice (Si02), la zircone (Zr02) ou la mullite (3Ah03 + 2SiO2) qui possèdent des caractéristiques thermiques les plus intéressantes. Au cours de cette opération, la couche précédente de mousse organique imprégnée peut également être saupoudrée de stucco. L'application des feuilles de mousse organique est faite manuellement. Les feuilles de mousse organique imprégnées sont maintenues sur le moule-carapace avec un moyen résistant à la chaleur, du fil de fer par exemple. Le moule carapace ainsi revêtu est une nouvelle fois séché en autoclave. On procède ensuite à la cuisson de l'ensemble dans un four. La mousse organique utilisée est de préférence une mousse organique polymère composée d'un réseau d'arêtes pontées en triangle. Ce réseau d'arêtes constitue les faces de cellules ouvertes (98 à 100%). On peut citer comme produits polymères de départ, des mousses organiques provenant des polyuréthannes à base de polyesters ou de polyéthers, des mousses de chlorure de polyvinyle, des polyuréthannes enduits de polyéthylène, ou semblables. Cette mousse organique est banale et bon marché, mais elle doit être du type"à pores ouverts", afin de permettre son imprégnation. L'épaisseur des feuilles est variable selon les besoins, elle peut être par exemple comprise entre 20 et 40mm. On peut aussi réaliser des blocs de mousse de forme particulière, qui s'adaptent sur des régions spécifiques du moule-carapace afin de permettre un contrôle précis des échanges thermiques dans ces régions. La mousse organique utilisée doit avoir au moins 20 pores par pouce et de préférence environ 30 pores par pouce. Des essais réalisés avec des mousses organiques très fines ayant 70 pores par pouce n'ont pas donné de résultats meilleurs. Pour imprégner les feuilles de mousse organique polymère, on la trempe dans une barbotine. Cette barbotine est constituée de silice colloïdale et de particules de céramique, tels que ceux déjà mentionnés. Elle doit être stable et suffisamment concentrée en matière sèche pour pouvoir bien revêtir le polymère, sans toutefois occlure les pores, afin d'obtenir une réplique du support organique par la suspension céramique. Après trempage des feuilles de mousse organique, on procède à l'élimination de l'excès de barbotine au sein des feuilles. Cette élimination peut être obtenue de différentes façons, comme la compression, le soufflage d'air comprimé, la centrifugation, le laminage. Ce sont ces feuilles ou nappes ou blocs de mousse organique imprégnés qui sont appliqués sur les moules-carapaces formés comme décrit plus haut, en suivant les instructions des gammes d'emballage, avant de passer à la cuisson du moule-carapace revêtu de feuilles de mousse organique imprégnées. Lors du cycle de cuisson, le polymère brûle et laisse place ainsi à une mousse céramique qui après cuisson est assez résistante pour être manipulée. La terminaison du moule carapace se réalise également au cours du même cycle de cuisson. Le procédé selon l'invention peut être facilement inséré dans le cycle standard de fonderie sans modification majeure, car l'élimination de la mousse organique se fait lors du brûlage du moule après décirage. Il est à noter que l'application des feuilles de mousse imprégnées peut être réalisée avant le décirage du moule-carapace, car les feuilles de mousse imprégnées résistent au décirage. La mousse céramique qui revêt le moule-carapace après l'opération de cuisson constitue, dans le domaine des températures allant de 1000 à 1500 C, un isolant thermique équivalent aux fibres minérales synthétiques connues aujourd'hui, et assure au moule une bonne stabilité physique et chimique avec la température. En ce qui concerne les problèmes de traitement des déchets, il est à noter que les barbotines usées qui ne conviennent plus pour la fahrimrtn r Q r'arartar ? nnrff* rlp InTiotmn : ntiT. : F". : rnvnt trf* recyclées en barbotine d'imprégnation des feuilles de mousse organiques. Des distributeurs semblables ont été réalisés par moulage à la cire perdue au moyen de deux moules réalisés conformément à l'invention, l'un avec une mousse organique de grosse porosité ayant 20 pores par pouce, l'autre avec une mousse organique plus fine ayant 30 pores par pouce, et au moyen d'un moule-carapace emballé classiquement avec des fibres minérales synthétiques. Après la coulée du métal on constate que : - le distributeur réalisé avec le moule conforme à l'invention, dont la mousse organique avait 20 pores par pouce, est criqué et présente des grains plus fins que le standard. On en conclût que le refroidissement est plus rapide ; - les distributeurs réalisés avec les deux autres moules sont équivalents métallurgiquement : taille de grains équivalente, absence de criques, pas de porosité interne ou débouchante. Revendications 1. Procédé pour calorifuger des moules-carapaces destinés à la coulée de pièces, notamment en fonderie, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à former un moule-carapace céramique, à appliquer autour du moule-carapace des feuilles de mousse organique à pores ouverts, préalablement trempées dans une barbotine chargée d'oxydes réfractaires et essorées, et à éliminer la partie organique par cuisson afin d'obtenir une mousse céramique autour du moule-carapace. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la mousse organique a au moins 20 pores par pouce. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la mousse organique a environ 30 pores par pouce. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la barbotine est constituée de silice colloïdale et d'oxydes céramiques réfractaires. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les oxydes céramiques réfractaires sont choisis parmi la silice, l'alumine, la zircone et la mullite. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la mousse organique utilisée est une mousse polymère.