Brevet FR2874521A1 — publié le 20060303

La présente invention concerne le domaine de la fonderie à cire perdue. Elle s'applique en particulier à la fabrication de pièces métalliques de moteurs à turbine à gaz, telles que des aubages. Pour la fabrication d'éléments de rotors, de stators ou bien des éléments de structure, selon cette technique, on en réalise d'abord un modèle en cire ou autre matériau équivalent, facilement éliminable par la suite. Le cas échéant on regroupe plusieurs modèles en une grappe. On confectionne autour de ce modèle un moule céramique par trempage dans une première barbotine pour former une première couche de matière au contact de sa surface. On dépose un sable à la surface de cette couche afin de la renforcer et de faciliter l'accrochage de la couche suivante, et on sèche l'ensemble - ce qui constitue respectivement les opérations de stuccage et de séchage. On répète ensuite l'opération de trempage dans des barbotines de compositions éventuellement différentes, opération toujours associée aux opérations successives de stuccage et de séchage.On réalise ainsi une carapace céramique constituée d'une pluralité de couches possédant des caractéristiques réfractaires et de porosité précises. Les barbotines sont composées de particules de matériaux céramiques, notamment au moins une farine, tels que l'alumine, la mullite, le zircon ou autre, avec un liant colloïdal minéral et des adjuvants, le cas échéant, en fonction de la rhéologie souhaitée. Ces adjuvants permettent de maîtriser et de stabiliser les caractéristiques des différents types de couches, tout en s'affranchissant des effets des différentes caractéristiques physico-chimiques des matières premières constituant les barbotines. Il peut s'agir d'un agent mouillant, d'un fluidifiant ou d'un texturant en fonction, pour ce dernier, de l'épaisseur désirée pour le dépôt. On procède ensuite au décirage du moule carapace, qui est une opération par laquelle on élimine le matériau constituant le modèle d'origine. Après élimination du modèle, on obtient un moule céramique dont la cavité reproduit tous les détails du modèle. Le moule subit ensuite un traitement thermique à haute température ou cuisson , qui lui confère les propriétés mécaniques nécessaires. Le moule carapace est ainsi prêt pour la fabrication de la pièce métallique par coulée. Après contrôle de l'intégrité interne et externe du moule carapace, l'étape suivante consiste à couler un métal en fusion dans la cavité du moule puis à le solidifier. Dans le domaine de la fonderie à cire perdue on distingue actuellement plusieurs techniques de solidification, donc plusieurs techniques de coulée, selon la nature de l'alliage et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée. Il peut s'agir de solidification dirigée à structure colonnaire (DS), de solidification dirigée à structure monocristalline (SX) ou de solidification équiaxe (EX) respectivement.Les deux premières familles de pièces concernent des superalliages pour éléments soumis à de fortes contraintes tant thermiques que mécaniques dans le turboréacteur, comme les aubes de turbines haute pression. Après coulée de l'alliage, on casse la carapace par une opération de décochage, et on parachève la fabrication de la pièce métallique. La présente invention concerne le nettoyage du moule carapace après l'étape de cuisson. Elle vise avantageusement les moules qui sont ouverts à leurs deux extrémités. Il s'agit donc en particulier de moules qui sont destinés à la solidification dirigée à structure colonnaire (DS) et à structure monocristalline (SX). Un moule, après cuisson, peut comporter encore des particules résiduelles céramiques collées à sa surface interne. Ces particules sont le siège de défauts sur la pièce métallique une fois coulée. Il est donc important de pouvoir les éliminer. Dans le cas d'un moule borgne, la méthode de nettoyage peut consister à remplir d'eau le moule, et à le vider par renversement. On agite le moule pour améliorer le lavage si cela est possible. Cette méthode est peu efficace. Dans le cas d'un moule ouvert à ses deux extrémités, on peut mettre en circulation de l'eau de lavage à l'intérieur pour décoller et entraîner les particules résiduelles. Pour avoir un débit suffisant, on met en pression le moule avec bridage pour limiter le risque d'éclatement. Cette dernière technique nécessite la circulation d'une quantité importante d'eau et son efficacité n'est pas optimale car l'effet mécanique d'entraînement est faible. Il serait donc souhaitable de trouver un procédé plus efficace. Par ailleurs, pour éviter de mettre en fabrication des pièces non conformes, un contrôle est effectué par récupération des particules entraînées par l'eau de lavage du moule. Cependant, d'une part la quantité d'eau mise en u̇vre est pénalisante pour cette opération et la récupération n'est que partielle, d'autre part la circulation de l'eau n'est pas suffisante pour entraîner toutes les particules qui pourraient être des indicateurs de l'état des parois du moule céramique. Une méthode de nettoyage plus efficace serait donc aussi souhaitable dans le but d'améliorer la qualité du contrôle préalable des moules. Conformément à l'invention on pallie les inconvénients avec un procédé de nettoyage d'un moule céramique à parois poreuses et comportant au moins une ouverture, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes - mise en dépression de l'intérieur du moule, - immersion du moule en dépression dans un liquide de manière à permettre une pénétration du liquide à l'intérieur du moule à travers les pores des parois céramiques, - aspiration du liquide, qui a pénétré dans le moule, - introduction d'un liquide de rinçage à l'intérieur du moule et évacuation par aspiration dudit liquide. De préférence, après rinçage du moule on répète au moins une fois l'opération d'aspiration de liquide qui a pénétré dans le moule à travers la paroi de ce dernier. Le procédé de l'invention met ainsi à profit la porosité de la paroi, qui est de l'ordre de 20 à 30% généralement, pour aspirer le liquide, l'eau de préférence, par dépression. Cette circulation à travers les parois permet de décoller par suintement les particules qui sont peu adhérentes. La dépression est aussi mise à profit pour forcer une circulation du liquide pour entraîner les particules. Ce procédé permet aussi un contrôle quantifiable et rapide de la santé interne des moules. En particulier, ce type de moule constitue un moule carapace de fonderie à cire perdue, après élimination du modèle en cire. L'invention s'applique de manière particulièrement avantageuse au nettoyage d'un moule comportant au moins une première ouverture et une deuxième ouverture, les deux étant distantes l'une de l'autre. Ces moules sont utilisés dans les techniques de fabrication de pièces par solidification dirigée d'un métal coulé dans le moule. Avantageusement, on introduit le liquide de rinçage par la première ouverture et on aspire le liquide qui a traversé les parois par la deuxième ouverture. En particulier, on évacue le liquide de rinçage par la deuxième ouverture. On procède aussi à la mise sous vide par aspiration de l'air par la deuxième ouverture. Conformément à une autre caractéristique, on filtre le liquide sortant du moule pour en recueillir les particules solides que l'on analyse. En particulier pour un moule avec deux ouvertures, on dispose un filtre dans le circuit en aval de la deuxième ouverture. La mise en u̇vre d'un contrôle fiable de l'état de la cavité interne du moule est ainsi particulièrement rapide et aisée. On décrit maintenant le procédé plus en détail dans une application particulière non limitative, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente schématiquement une installation de nettoyage conforme à l'invention, pendant la phase de mise en dépression du moule, la figure 2 représente l'installation de la figure 1 pendant la phase de décollement des particules à l'intérieur du moule, la figure 3 représente la même installation pendant la phase de rinçage, la figure 4 représente la même installation pendant la phase de remise à la pression atmosphérique. En se reportant à la figure 1, le moule (10), par exemple un moule de fabrication d'aubes mobiles de turbine de moteur à turbine à gaz, comprend des pièces individuelles (11 et 12) disposées en grappe. Le moule provient de l'unité de fabrication des moules à partir notamment d'un modèle en cire ou de toute autre matière provisoire que l'on élimine après la formation du moule. Les parois des pièces individuelles du moule ont une épaisseur de 4 à 8 mm ; notamment leur porosité est comprise entre 20 et 30%. A ce stade le moule n'est pas encore dans son état prêt à la coulée. Il a subi l'opération de décirage, puis de cuisson permettant sa manipulation et les opérations de préparation à la coulée. Il peut comporter encore des impuretés qu'il s'agit d'éliminer. Par ailleurs en contrôlant la qualité interne du moule, on peut, par ce procédé, réagir rapidement à une dérive de fabrication. Les pièces individuelles du moule sont reliées par un conduit de distribution du métal en fusion (13). Ce conduit est lui-même relié à un godet d'alimentation (14). Au moment de la coulée, on verse le métal en fusion dans le godet (14). Il est distribué par le canal (13) à chacune des pièces individuelles constituant le moule (10) par une première ouverture (11A, 12A) ménagée sur le sommet de chacune de celles-ci. Dans l'application ici illustrée du procédé de l'invention, chaque pièce individuelle est ouverte dans sa partie basse. Une deuxième ouverture (11B, 12B) est ménagée dans la paroi inférieure du moule. Un tube rigide (16) dit descendant disposé entre les pièces individuelles assure la stabilité mécanique de l'ensemble du moule (10). Le moule (10) repose sur une grille (20) avec une cuvette pour recueillir le liquide. La cuvette communique à travers un filtre (21) et, par une canalisation (22), avec un réservoir tampon (24). Ce réservoir (24) est relié à une pompe à vide (25). La pompe (25) est capable de créer un vide primaire dans le réservoir (24). Les orifices du moule (10) sont obturés. Un bouchon (14') est placé dans le godet (14). Il est traversé par un tube (26) lui-même pourvu d'un robinet (27). Un bouchon (16') obture le tube descendant (16). Le moule repose sur la grille (20) par l'intermédiaire d'un tapis en mousse (20') qui assure l'étanchéité avec l'extérieur. On favorise également l'étanchéité des moules avec le montage sans nécessiter de moyens mécaniques de bridage. Dans l'étape correspondant à la figure 1, on fait le vide dans le réservoir tampon (24) en mettant en action la pompe (25). Le vide se propage à travers la canalisation (22) jusqu'au moule à travers le tapis (20'). Le robinet (27) est fermé. Au bout d'un certain temps un vide primaire est créé dans les cavités du moule (10). On place ensuite la grille avec le moule dans une cuve (30) remplie d'un liquide. L'eau convient pour cette application. Cette étape est représentée sur la figure 2. La paroi du moule présente une porosité comprise généralement entre 20 et 30% dans les applications de fabrication d'aubages de turbomachines, en particulier par fonderie à cire perdue. En raison de cette porosité et de la différence de pression, l'eau passe à travers les parois depuis la cuve vers l'intérieur du moule. Elle est évacuée ensuite dans le réservoir tampon (24) par les ouvertures (11B et 12B), la grille et la conduite (22) sous l'effet de la dépression provoquée par la pompe. En traversant les parois, l'eau entraîne avec elle toutes les matières céramiques venant de la fabrication du moule et qui ne sont pas bien scellées.En particulier, si la couche de contact n'est pas correctement déposée, des particules de la matière qui la constitue sont entraînées avec l'eau. L'étape suivante représentée à la figure 3 consiste à rincer le moule. On ouvre le robinet (27), et on introduit de l'eau par le conduit (26). Cette eau entraîne les particules qui ont été libérées par suintement, lors de l'étape précédente. Le débit n'est volontairement pas trop fort pour ne pas abîmer les noyaux, le cas échéant. Les particules sont arrêtées par le filtre (21). L'eau est recueillie dans le réservoir (24). La pompe continue éventuellement à aspirer l'eau dans le réservoir en maintenant le vide dans celui-ci. Après avoir rempli le réservoir par exemple, on répète, si cela est jugé nécessaire, la phase précédente en fermant le robinet (27), en vidant le réservoir, si nécessaire, et en créant un vide dans celui-ci, qui se communique aux pièces individuelles constituant le moule, par aspiration au moyen de la pompe à vide (25). En pratique on répète 3 ou 4 fois la mise sous vide dans l'eau et le rinçage. L'étape suivante montrée avec la figure 4, consiste à retirer le moule de la cuve et à y introduire de l'air par la conduite (26). On achève ainsi d'évacuer l'eau résiduelle. On ferme ensuite la communication avec la pompe à vide, et on élimine l'eau du réservoir en ouvrant un robinet non représenté sur la figure. Le moule est ainsi nettoyé. On procède alors au contrôle de sa conformité. On recueille les particules logées dans le filtre (21). Leur analyse permet de savoir très rapidement si le moule comprend des zones de faiblesse avec perte de matière céramique. Pratiquement cette analyse est normalisée. On attribue au moule une note de démérite en fonction de la quantité de particules récupérées. Le moule part selon le résultat obtenu, soit à l'atelier pour la coulée du métal et sa solidification, soit est mis au rebut. Cette méthode est très fiable et permet de prendre rapidement les mesures appropriées si une dérive de fabrication des moules est mise en évidence. Le procédé a été illustré dans une application au nettoyage d'un moule comprenant au moins deux ouvertures distinctes. Cependant le procédé s'applique également au nettoyage d'un moule avec une seule ouverture, avec une adaptation appropriée. REVENDICATIONS 1. Procédé de nettoyage de moules carapaces à paroi céramique poreuse et comportant au moins une ouverture, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes - mise en dépression de l'intérieur du moule (10), - immersion du moule en dépression dans un liquide de manière à permettre la pénétration de liquide à l'intérieur du moule (10) à travers les pores de la paroi céramique, - aspiration du liquide, qui a pénétré dans le moule, - introduction d'un liquide de rinçage à l'intérieur du moule (10) et son évacuation. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel, après rinçage du moule, on répète au moins une fois l'opération consistant à faire pénétrer du liquide à l'intérieur du moule à travers la paroi et d'évacuation du liquide qui a pénétré dans le moule. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, selon lequel le moule comporte au moins une première ouverture (11A, 12A) et une deuxième ouverture (11B, 12B), les deux ouvertures étant distantes l'une de l'autre. 4. Procédé selon la revendication 3, selon lequel on introduit le liquide de rinçage par la première ouverture (11A, 12A) et on aspire le liquide qui a traversé les parois par la deuxième ouverture (11B, 12B). 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, selon lequel on évacue le liquide de rinçage par la deuxième ouverture (11B, 12B). 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5 selon lequel on procède à la mise sous vide par aspiration de l'air par la deuxième ouverture (11B, 12B). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 de nettoyage d'un moule carapace de fonderie à cire perdue, après élimination du modèle en cire. 8. Procédé selon la revendication 7 en combinaison avec l'une des revendications 3 à 7, de nettoyage d'un moule destiné à la fabrication de pièces métalliques par solidification dirigée d'un métal coulé dans le moule. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 selon lequel on filtre le liquide sortant du moule et on en recueille les particules solides pour examen. 10. Procédé selon la revendication 9 en combinaison avec la revendication 3, selon lequel on dispose un filtre (21) dans le circuit en aval de la deuxième ouverture (11 B, 12B).