BE541812A

BE541812A -

Info

Publication number: BE541812A
Authority: BE

Description

Le. lisison de grains réfractaires par de la silice colloïdale formée en place à partir de silicates alcalins, intervient dans les procédés connus, soit en fonderie courante.,, par exemple quand on fait agir le gaz carbonique sur des moules liés au silicate, soit en fonderie de précision en cire perdue dans lesquels la précipitation de silice est provoquée par un gélifiant mélangé préalablement à la solution de silicate.

La. précipitation de silice colloïdale peut être obtenue également à partir de silicate d'éthyle mais, en dépit de ce qu'on bénéficie, dans ce cas d'une grande réfractairité résultant elle-même de l'absence d'oxyde

de sodium dans la masse du moule, on n'utilise guère de produit, son prix'tent environ 66 fois plus élevé que celui du silicate de sodium 3 SiO2Na2O que le commerce livre couramment en solution ou non.

L'emploi des silicates alcalins tel qu'il a été fait jusqu'à présent n'est cependant pas exempt d'incon- vénient, les moules pour cire perdue liés par eux ne sont pas homogènes en cohésion, les parties périphéri- ques étant plus dures que le coeur; leur décochage après moulage est difficile et surtout les moules subissent des déformations sensibles au. cours des traitements ther- miques faits avant coulée et au cours de le, coulée elle- même, de telle sorte que les pièces longues et minces telles que les aubes de turbines ne peuvent pas être obtenues avec la précision de forme et de cote nécessaire et il faut consentir pour les obtenir à. un rebut consi- dérable.

En fonderie courante, ou. les déformations de moule ont des conséquences moins grves, on est très gêné par ' .la difficulté des décochages et par l'adhérence de matière du moule-aux pièces qui oblige à des nettoyages coûteux.

La Société demanderesse a déjà. pu apporter cer- taines améliorations dans la fabrication de moules à par- tir de silicate alcalin par la mise en oeuvre du procédé couvert par le brevet belge¯ No 513.113 du 25 Juil- let 195.2 pour .procédé de préparation du moule pour coulée de précision à cire perdue*, suivant lequel la solution de silicate utilisée contient entre 8 et 15 % de silice SiO2 par rapport à l'eau, le rapport entre le nombre de molécules de silice et d'oxyde de sodium
SiO2/Na2O étant compris entre 4 et 8.

Dans ce dernier procédé,, on.doit cependant subit l'inconvénient qui résulte d'une certaine instabilité des solutions qui deviennent inutilisables 24 heures

après leur constitution par suite de précipitation de silice. En outre, le procédé laisse subsister certaines irrégularités de cote dans certaines pièces longues et minces.

Un progrès très important dans les fabrications les plus délicates de la fonderie, courante ou en cire perdue, a pu être obtenu par un nouveau procédé, objet de la présente invention, qui remédie de façon complète aux défauts qui viennent d'être énumérés tout en con- servant le ténéfice du faible prix de revient qu'on at- teint par l'usage des silicates alcalins.

L'invention repose sur la découverte des pro- priétés très particulières et les aptitudes remarquables à l'emploi en fonderie, de solutions de silicates alca-' lins de certaines compositions. Suivant l'invention, on obtient à coup sûr sans rebut, des pièces de forme régu- libre, exemptes de défaut de surface, de cotes constantes à quelques centièmes,-de millimètre près dans des moules, de décochage facile et de cohésion homogène en ayant recours à des solutions de silicates alcalins qui con- tiennent entre 200 et 270 g de silice Sio2 par litre (18 à 22 % en poids) et dans lesquelles le rapport molé- cula.ire SiO2 (M étant le métal alcalin) est compris en- M2O tre 4,7 et 5.2. Ces solutions ont l'avantagea complémen- taire, important en fabrication, d'une stabilité parfaite qui en permet la conservation pendant plusieurs mois.

Dans le nouveau procédé, le durcissement de la matière du moule s'accomplit suivant le processus chimique usuel par action d'un agent de coagulation ajouté à la solution de liaison avant mise en place, les conditions chimiques à remplir étant connues depuis longtemps et définies par exemple dans le traité de Chimie Minérale de Paul Pascal, Nome 6, page 474 (1982). Il n'est pas hécessaire qu'après addition de l'agent de coagulation,

le liant soit de nature acide et que la quantité d'acide ajouté soit suffisante pour transformer la totalité de l'alcali du silicate en un sel alcalin. Il suffit de se placer dans le domaine de formation du gel, domaine dont, les limites sont précisées dans l'ouvrage de Paul Pascal déjà cité.

Il n'est pas nécessaire non plus que l'agent gélifiant soit l'acide chlorhydrique, il est préférable au contraire de recourir à l'acide nitrique dont le sel alcalin est décomposé à la température de chauffage du moule avant coulée, température qui est le plus souvent comprise entre 800 et 900 .

Suivant l'invention, les solutions de silicate de caractéristiques voulues sont préparées par réaction à température modérée, ne nécessitant pas la mise sous pression et le travail en autoclave, de silice hydratée et de solution commerciale de silicate alcalin de con- centration appropiée.

Une bonne préparation consiste par exemple à mélanger ensemble :
EMI4.1
Solution de trisilicate de soude 38 - 40 Bè 53ezo ) Gel de silice a 14-% d'eau ........ 7,86 ) % en Gel silice ¯ à'eau ) poids Eau .............................. a,8i ) puis à chauffer le tout à 95 C dans un récipient, qui peut être muni d'un agitateur et d'un réfrigérant à reflux. La dissolution de la silice est complète en 60 minutes. Le produit ainsi obtenu a pour composition : SiO2 = 20,9 % Na2O = 4,6 Densité à 20 C = 1,220 Le rapport moléculaire est égal à 4,7.

Au lieu de gel de .silice, ,on peut faire entrer en réaction la. silice précipitée ou encore la silice fossile du type Kieselguhr. Une bonne préparation cet ' obtenue par exemple en chauffant à 98 C:

EMI5.1
Solution de trisilicate de soude 38-40 é ............................... 48,20 . en Silice précipitée à 18 jb d'eau 7,93 j poids Eau .................................... 42,88 ) poise Le produit obtenu a pour composition
EMI5.2
Si02 21,2 Na20 = 4,36 % Densité à 2000 = 1,217 Le rapport moléculaire est égal à 6,03.

Une autre préparation dans laquelle on met en oeuvre le silicate de potasse, est encore citée comme exemple complémentaire. Le mélange de :
EMI5.3
,Trisilicate de potasse 30-32 Bd ............................... e3 ) )jg en Silice précipitée a 16, d'eau ......... 8 ) ) poids Eau 28 )
EMI5.4
est chauffé â 9600; la. dissolution estloomplète en 40 minutes.

Le-produit obtenu a pour composition :
EMI5.5
8i02 = 17,9 % X20 = 6,9 ï6 . Densité à 2000 = 1,188
Le rapport moléculaire est égal à 4,76.

Les préparations peuvent encore être faîtes en utilisant de la silice fraîchement précipitée, bien lavée, dont on aura déterminé la teneur en eau pour fixer les poids à. mettre en réaction.

A titre d'exemple, seront cités des modes d'uti- lisation des produite préparés comme il vient d'être dit dans la fonderie en cire perdue, pour les enduits de modèle ou pour la masse même du moule. La description sera celle de la fabrication complète d'un moule.

On prépare d'abord une solution ayant pour com- position :

EMI6.1
Pentsilicae de soude, densité 1, 280....... 380) Glycérine 30 Bé ............................ 88) Solution épaississante (10 de bentonite).. 100) en Agent mouillant Sipon Z 20 ................. 2) ) cm3 Agent antimousse (Acétate de Bornyle) ...... 2) Eau 428)
Total ...1.000 cm3
A solution ainsi obtenue, on ajoute 2.200 g de fleur de silice de composition granulométrique sui- vante:
0 à 1 micron 5 % en poids
1 à 10 " 25 " "
10 à 50 ' 50 " "
EMI6.2
50 a 10 0 " l.5...

100 à 200 : 5
Ce mélange est ensuite dégazé dans une cloche à vide pendant 10 minutes pour éliminer les bulles d'air et les gaz dissous.
EMI6.3

Le modela cire ou 1' a,ss-etmbla,ge de modèles en une grappe est enduit par immersion dans ce mélange et séché . complètement ensuite à l'air libre. Un tel enduit au
EMI6.4
pentasilice.te de soude résiste indéfiniment aux solu- tions aqueuses et n'a pas besoin d'être protégé spéciale- ment alors que ce serait nécessaire avec un enduit fait à. partir de trisilicate de soude, les enduits de cette dernière sorte se désagrégeant par contact de quelques minutes avec 1eau. La. grappe ensuite est fixée à l'in- térieur d'un récipient cylindrique étanche dont le haut est ouvert;

2 litres du mélange liquide suivant sont in- troduits dans ce récipient', :
EMI6.5
Pente.silice.te de soude, densité 1,220 380 où,3 Eau ..................................:........ . 610 cm3 " 'ide nitrique 362é (53 jô de N03H) .......... 10 ema Total .......... 1.000 cm3

Le tout est porte sur une table vibrante et do la chamotte (40 Al2O3) est introduite en pluie dans le liquide.

Cette chamotte a la granulométrie suivante : de 500 a. 260 microns : 15 % en poids
250 à 100 " 51% " 100 à 50 " 16 % " inférieur à 50 " : 18 % "
100% Sous l'influence des vibrations, les grains de chamotte se sarrent autour du modèle enduit, le serrage est ter- miné en 30 minutes. Ensuite, le liant liquide se trans- forme en gel de silice sous l'influence de l'acide ni- . trique en 2 heures environ. Le moule est ensuite étuvé puis cuit à 850 C. Au cours de cette cuisson, la. cire s'élimine en laissant une empreinte nette dans le moule réfractaire et le métal est ensuite coulé dans celui-ci.

Un moule fait de cette façon possède sur un moule fait à partir de trisilicate de soude les avanta- ges suivants :
1 - L'homogénéité est très bonne, la dureté est sensiblement constante en tous points du moule.

2 - Le décochage est facile.

3 - Lee pièces moulées sont de dimensions cons- tantes, les déformations du moule étant réduites au minimum.

4 - Les surfaces moulées ont un bel aspect, la surface du moule très réfractaire se scorifiant très peu.

Une autre préparation de moule pourrait être faite en ayant recours, non pas à la chamotte, mais à la silice quartzeuse et les résultats sont aussi satis- faisante.

Ce résultat est tout à. fait\inattendu, parce que

beaucoup plus complet que ne l'aurait laissé espérer l'augmentation de réfractairité résultant de l'accrois- sement du rapport SiO2, car il est bien connu que les
M2O transformations allotropiques du quartz, au cours du chauffage, s'accompagnent de déformations que l'on consi- dérait irrémédiables.

On peut penser, à la lumière de ce résultat surprenant, que la présence d'une certaine proportion d'oxyde de métal alcalin par rapport aux grains réfractaires de silice, est nécessaire pour que la transformation de quartz en autres formes allotopi- ques de la silice s'effectue d'une façon complète pour atteindre son état d'équilibre, et que la présence de pentasilicate a pour effet heureux de maintenir la. silice sous forme de quartz dans un état de faux équilibre.

L'avantage qu'on trouve à l'usage des pentasilicates n'est pas limité aux moules de fonderie à cire perdue, cet avantage subsiste pour tout autre procédé de moulage des métaux, par exemple : en sable cuit ou non employant des noyaux étuves, procédé de moulage au gaz carbonique; dans ce dernier cas en particulier l'emploi de pentasilicate alcalin nécessitant, pour la transforma- tion du silicate liquide en gel irréversible, une quan- tité bien moindre de gaz carbonique.

REVENDICATIONS
1) Procédé de fonderie dans lequel l'agglomérant des moules est de la silice formée en place à partir de sili- cate alcalin, caractérisé par la mise en oeuvre de solu- tions de silicates alcalins dans lesquels le rapport moléculaire SiO2- M étant le métal alcalin - est com- M2O pris entre 4,7 et 5,2 et dans lequel la teneur en silice est comprise entre 200 et 270 g par litre de solution.

2) Procédé de fonderie d'après la revendication 1, dans lequel on prépare la solution aqueuse de silicate alcalin en chauffant ensemble à température comprise

entre 90 et 100 0 à la pression atmosphérique, de la silice hydratée et une solution de trisilicate dans laquelle le rapport SiÛ 3 est compris entre 3 et 3,5.

M2O
3) Application des procédés suivant la revendi- cation 1) ou 2) à la préparation des moules de fonderie dite "à cire perdue".

4) Les produits industriels nouveaux obtenue suivant les revendications 1) 2) ou 3), pour la fabrica- tion des moules de fonderie.

Claims

RESUME Procédé de fonderie dans lequel l'agglomérant des moules est de la silice formée en place à partir de silicate alcalin.