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Fabrication de moules.
L'invention concerne la fabrication de coquilles de moula- ge en matière réfractaire en utilisant des liants contenant de la silice.
On a déjà proposé différents procédés pour préparer des moules réfractaires et, parmi ceux-ci, un procédé, qui est efficace et économique quant aux matières premières utilisées, est le procédé dit de moulage en coquille. Dans ce procédé, on forme une coquille autour d'un modèle fusible en le revêtant d'une couche de bouillie d'une matière réfractaire en poudre et d'un agent.liante en provo- quant la gélification de la bouillie et en éliminant ensuite le modèle par fusion ou combustion.Pour fabriquer une coquille d'une
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épaisseur suffisante pour servir de moule dans le moulage par coulée des métaux, on a trouvé qu'il est, en général,-nécessaire d'appli- .
quer plusieurs couches de bouillie, de sorte que la coquille finale présente une structure stratifiée. Chaque couche doit évidemment être laissée au repos pendant un temps suffisant pour la gélifica- tion avant l'application de la couche suivante et le temps mis pour fermer la coquille finie dépend donc dans une certaine mesure de la vitesse à. laquelle la couche de bouillie peut être transformée en gel.
Or, la demanderesse a mis au point un procédé de fabrica- tion d'une coquille réfractaire, procédé dans lequel on utilise un liant contenant de la silice et dans lequel un revêtement contenant ce liant est transformé en gel, de façon rapide et d'une manière contrôlée.
Le procédé suivant l'invention est un procédé de fabrica- tion de coquilles de moulage réfractaires dans lequel: on applique, sur un modèle fusible, une couche d'une bouillie aqueuse présentant un pH acide, et comprenant une charge en matière réfractaire fine- ment divisée et un liant contenant de la silice, le liant présentant une teneur en silice, exprimée en SiO2 comprise entre 7 et 50% en poids; on place le modèle recouvert dans une chambre; on injecte de l'ammoniac dans la chambre pour obtenir une atmosphère contenant de 0,05 à. 10% en volume d'ammoniac; on maintient le modèle recouvert dans cette atmosphère pendant un temps compris entre 10 secondes et 5 minutes et suffisant pour transformer le revêtement en gel; on évacue l'atmosphère chargée d'ammoniac hors de la chambre; enfin on enlève le modèle recouvert.
Habituellement, le liant a une teneur en silice comprise entre 7 et 35% en poids.
Le liant est de préférence une solution d'un silicate or- ganique hydrolysé, tel que le silicate d'éthyle, ou un sol de silice (c'est-à-dire une solution colloïdale de silice). La teneur en silice du liant est très souvent comprise entre 10 et 30%, par rapport au poids du liant,et est par exemple d'environ 25% en poids.
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Lorsque le liant est formé par hydrolyse d'un silicate or- ganique, celui-ci peut être un orthosilicate, mais, en pratique, ce liant est habituellement un silicate condensé, c'est-à-dire un mélange de polysilicates. On obtient de bons résultats en utilisant un silicate d'éthyle ou un silicate d'isopropyle, par exemple un mélange de silicates préparé par réaction du tétrafluorure de sili- cium avec l'alcool éthylique ou l'alcool isopropylique contenant une petite proportion d'eau. Le silicate d'éthyle du commerce "Silester OS" ("Silester" est une marque déposée) convient parti- culièrement bien.
Lors de l'emploi, le silicate est hydrolysé avec une quantité d'eau pouvant atteindre 15% en poids, en présence d'un , acide, par exemple l'acide chlorhydrique et d'un solvant mutuel, par exemple alcool éthylique cu isopropylique; le liant présente, en conséquence, un pH acide.
Le liant peut aussi être un sol de silice, celui-ci pou- vant par exemple contenir de 15 à 50% en poids de silice. On obtient de bons résultats lorsque la concentration en silice du sol est de l'ordre de 20 à 40% en poids, en particulier lorsque la concentra- tion est d'environ 30% en poids. Les sols de silice aqueux conte- nant environ 30% en poids de silice, qui se trouvent dans le commer- ce sous les marques "Syton 2X" et "Syton P" ("Syton" est une marque déposée) conviennent particulièrement bien. De préférence le sol de silice est acidifié de telle sorte que le liant ait un pH acide.
On peut utiliser les charges en matières réfractaires clas- siques pour la préparation d'une bouillie avec le liant. Des charges convenables sont par exemple les oxydes réfractaires et les silicates' tels que l'alumine, la silice, la sillimantite et le zircon. On uti- lise aussi des matières réfractaires de type analogue dans la fabri- . cation du "stuc" qui est normalement appliqué sur la couche de bouillie avant que la gélification se produise. Par exemple, on peut faire tomber, des particules de matière réfractaire sèche sur le revêtement humide pour former le "stuc".
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La dimension des particules de la charge réfractaire utilisée pour la préparation de la bouillie èst de préférence in- férieure à 0,075 mm, c'est-à-dire qu'il,n'y a pas de refus sur un tamis avec une ouverture de mailles de 0,075 mm et, de préférence, la charge réfractaire doit comporter'une proportion notable, par exemple de 50 à 75%, de matière dont les particules ont une dimen- sion inférieure à 0,053 mm. On peut préparer la bouillie simplement en mélangeant la charge réfractaire pulvérulente par petites por- tions, avec le liant. Une bouillie de viscosité convenable peut par exemple contenir d'environ 30 à 90 parties de liant pour 100 par- ties, en poids, de charge réfractaire suivant le type et l'état de division de la charge.
La bouillie a un pH acide, ce pH étant par exemple compris entre 1,5 et 5,0 et étant de préférence égal à environ 2 ou 3. Un acide organique ou minéral peut être présent pour conférer un pH acide à la bouillie, comme par exemple les acides acétique, nitrique ou chlorhydrique. On transforme la couche de.bouillie en gel-.en l'exposant à une atmosphère d'ammoniac, le temps d'exposition étant compris entre 10 secondes et 5 minutes. Ce temps peut être par exemple compris entre 30 secondes et 2 minutes, comme par exemple un.temps denviron 1 minute. Les durées plus cour- tes dans cet intervalle peuvent être préférables lorsque le procédé constitue une phase, 'd'une opération continue.
La concentration en ammoniac dans l'atmosphère est de préférence comprise entre 0,1 et 5%, par exemple entre 0,2 et '2 ou 3%, et est par exemple d'environ
0,5% en volume. Une couche d'une bouillie, dans laquelle le liant contient environ 20% de silice peut, par exemple, être transformée en gel en 20 secondes dans une atmosphère contenant 2% en volume d'ammoniac.
Une fois le revêtement transformé en gel, on évacue l'at- mosphère d'ammoniac et on dépose une autre couche,de la même manière.
Lorsqu'on a formé un certain nombre de couches sur le noyau fusible, on peut éliminer ce dernier par fusion; par exemple, on peut élimi- ner un modèle en cire par traitement à la vapeur sous pression.
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' le procédé suivant l'invention est illustré par les exem- ples ci-après sans être limité à ceux-ci.
EXEMPLE 1.
Dans cet exemple, on décrit la fabrication d'une coquille convenant pour le moulage d'une aube de pompe.
On prépare une solution hydrolysée de silicate d'éthyle de la manière suiventé:
Tout en agitant, on verse lentement 600 cm3 de "Silester OS" (un silicate d'éthyle du commerce contenant l'équivalent de 40 à 42% en poids de silice) dans un mélange de 360 cm3 d'alcools industriels ! (dénaturés au méthanol contenant 6% en poids d'eau) de 40 cm3 d'eau et de 1,0 cm3 d'acide chlorhydrique concentré. La quantité d'eau représente environ la$ du poids du silicate d'éthyle. On poursuit l'agitation pendant 20 minutes encore et on abandonne la solution au repos pendant 16 heures. Elle constitue le liant.
On ajoute progressivement 2000 cm3 de sillimanite dont les particules ont une dimension telle qu'elles traversent en totalité un tamis à ouvertures de 0,075 mm tout en agitant de façon continue, dans la solution hydrolysée de silicate d'éthyle, ce qui donne une bouillie finale pouvant être appliquée sur un modèle.
On trempe ensuite dans la bouillie un modèle en cire d'une aube pourvue d'une certaine longueur de fil métallique solide des- tiné à former une poignée, on le fait tourner lentement pour obte- nir un revêtement uniforme et de façon à éviter l'emprisonnement de bulles d'air, puis on le retire et on le fait égoutter pendant 30 secondes. On laisse une extrémité du modèle non recouverte. On applique un stuc de type grossier de sillimanite (dont toutes les particules restent sur un tamis à ouvertures de 0,177 mm) sur la surface humide, de façon aussi uniforme que possible. On transporte ensuite le modèle recouvert dans une chambre que l'on ferme. On in- jecte dell'ammonica gazeux dans la chambre de façon à obtenir une atmosphère contenant 0,5% en volume d'ammoniac.
Après une minute, on évacue l'atmosphère à l'aide d'une pompe et on retire le modèle recouvert..
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Après ce traitement de la gélification de la bouillie, on ' applique.une deuxième couche débouillie.'On répète le procédé en appliquant alternativement du stuc et de la bouillie jusqu'à ce que l'on ait déposa plusieurs couches. Après exposition de la couche fi- nale à l'ammoniac, on sèche le modèle recouvert dans de l'air chaud en circulation jusqu'à ce que l'excès d'alcool et d'eau ait été éliminé. -
Ensuite, on élimine la cire du modèle recouvert, dans un autoclave, en utilisant de la vapeur (souspression), ce qui donne une coquille utilisable pour le moulage d'une aube métallique.
Lorsque la concentration de l'ammoniac gazeux dans la chambre est de 0,1% en volume,le temps de gélification est de 4 minutes.
EXEMPLE 2.
Dans cet exemple, on décrit la production d'une coquille réfractaire par un procédé dans lequel le liant est un sol de silice;
On prépare une bouillie à partir de 160 grammes de silli- manite dont les particules ont une dimension inférieure à 0,065 mm et de 100 grammes de "Syton 2 X" (un sol de silice stable contenant 30% en poids de silice en dispersion colloïdale dans l'eau) auquel on ajouté de l'acide chlorhydrique concentré en quantité suffisante pour obtenir une solution approximativement 0,1 N (environ 1,5 cm3).
La bouillie contient aussi une petite quantité d'un agent tensio- actif.
On utilise cette bouillie pour appliquer un revêtement sur un modèle en cire comme décrit dans l'exemple 1. On transporte ensuite le modèle recouvert dans une chambre (étuve) et on-l'expose à une atmosphère econtenant 3% en volume d'ammoniac, pendant 25 secondes. Au bout de cette période, le revêtement a durci et on peut appliquer d'autres couches de bouillie.