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" Préparation d'articles moulée "
La présente invention est relative à la coulée de précision de métaux .
Depuis quelques années, plusieurs procédés de coulée de précision ont été élaborés. Un de ceux qui se sont révélés les plus prometteurs est le procédé dit "Croning", dans lequel la face de la lingotière est composée d'un agrégat lié avec une résine organique, par exemple une résine phénolique. Par ce procédé, on atteind une précision relativement élevée, ce qui réduit d'autant les opérations d'usinage ultérieures. Toutefois, ce procédé n'est pas applicable quand on veut obtenir une précision extrêmement élevée du fait que la résine liante
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engendre des gaz pendant la coulée du métail fondu dans la lingotière. Le gaz ainsi dégagé donne à la surface du métal un aspect défectueux qui ne convient guère quand l'article qu'on désireobtenir doit être coulé à haute précision.
On a essayé de surmonter cette difficulté en utilisant comme liants résineux des silicates alcoylés.
Toutefois, on s'est aperçu que les silicates alcoylés sont entachés de deux inconvénients sérieux. Le premier est que les silicates alcoylés dégagent du gaz au moment où ils viennent en contact avec le métal fondu, à moins que la lingotière n'ait été précédemment chauffée à des températures de l'ordre de 980 C. ou plus. Un chauffage à des températures aussi élevé est à la fois coûteux et long.
D'autre part, on a trouvé que les tentatives d'utilisation des silicates alcoylés dans de telles lingotières préparées par les techniques usuelles de bourrage se traduisent par un fendillement de la lingotière au cours de la cuisson. C'est pour ces raisons que les silicates alcoylés ne conviennent pas comme résines liantes dans le cadre du procédé "Croning".
On a également esseyé d'utiliser des silicates de métaux alcalins et des sels de métaux alcalins de silanols comme agent liant pour l'agrégat. Toutefois, ces matières présentent l'inconvénient sérieux de former des croûtes dures à la surface du métal. Il en est ainsi par suite de la vitrification de la surface de la lingotière quand elle est en contact avec le métal fondu. Il est donc difficile de séparer la lingotière de la surface du métal, et le procédé devient long et coûteux.
La présente invention a pour but principal de supprimer ces difficultés. Le procédé qui va être décrit ci-après présente les avantages suivants par rapport aux techniques antérieures :
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1. Il utilise comme liant résineux une matière soluble dans l'eau.
2. Il permet de former les lingotières par une technique simple de bourrage.
3. L'article moulé peut être cuit sans se fen- diller et jusqu'à la résistance désirée à une température égale ou inférieure à 370 C. Autrement dit, on peut avoir recours à des fours classiques habituellement utilisés en fonderie.
4. Les articles moulés ne dégagent pas de gaz en venant en contact avec le métal fondu.
5. Le démoulage est aisé en ce que la séparation entre la surface du métal et le moule ou la lingotière se fait facilement.
Ces avantages procurent un procédé moins onéreux pour la coulée de précision de métaux.
L'invention fournit donc un procédé de préparation d'articles moulés pouvant servir de moules et de noyaux dans l'élaboration d'articles métalliques coulés avec précision, procédé caractérisé en ce qu'on mélange une dispersion aqueuse d'un hydrolysat d'un silane répondant à la formule RSi(OR')3, dans laquelle chaque R est un radical éthyle ou propyle et chaque R' représente le méthyle ou l'éthyle, avec un agrégat de fonderie en une quantité telle que (1) l'eau utilisée soit suffisante pour lier ce dernier en un article non effritable et cohérent quand on conforme le mélange par un procédé de bourrage et telle que (2) la silice résiduelle après cuisson représente au moins 0,4% en poids par rapport au poids de l'agrégat ; conforme ensuite le mélange par moulage à refoulement pour lui conférer la forme désirée ;
sèche l'article moulé pour extraire la majeure partie de
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l'eau; et finalement;1;5ticle conformé à une
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température ne dépassant pas 370 C jusqu'à réduction de l'hydroliat en silice, de sorte qu'on obtient un article unitaire lié présentant une résistance à la compression d'au moins 28 kg/cm2.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, on mélange le silane avec l'eau et on agit jusqu'à hydrolyse pour donner une solution homogène. On facilite la mise en solution en utilisant une petite quantité d'un acide faible, tel que l'acide acétique, propionique ou similaire. De telles solutions restent stables pendant plusieurs semaines et sont prêtes à servir pour le procédé de l'invention.
On mélange ensuite la dispersion aqueuse ainsi formée par tout procédé convenable avec un agrégat de fonderie désiré. Les proportions relatives de l'eau et du composé organo-siliceux utilisé doivent être telles que le mélange soit non effritable et cohérent. Cette contingence est nécessaire pour permettre la formation satisfaisante de l'agrégat par un procédé de bourrage classique. Si la quantité d'eau est trop faible, l'article élaboré s'effrite quand on l'enlève du modèle. Si la quantité d'eau est trop grande, l'agrégat coule après son enlèvement du modèle. La quantité exacte d'eau varie avec le degré de finesse qu'on désire donner à l'agrégat et doit être déterminée pour chaque matériau.
La quantité du composé organo-siliceux doit être calculée pour que la silice résiduelle, après cuisson, représente au moins 0,4% du poids de l'agrégat. Ici encore, la quantité optimale du composé organo-siliceux varie avec la granulométrie de l'agrégat. Pour des particules plus grossières, la quantité du composé organo-siliceux est plus faible, et inversement pour un agrégat formé de particules plus fines, il faut une quantité plus importante du composé organo-siliceux. Dans tous les cas, la quantité
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mise en jeu doit être suffisante pour former un article cuit ayant une résistance à la compression d'au moins
28 kg/cm2. On n'éprouve aucune difficulté à déterminer les proportions nécessaires en examinant la résistance à la compression des articles cuits.
Bien entendu, les rai- sons économiques militent en faveur d'une quantité aussi faible que possible de silane compatible avec la résis- tance voulue. Généralement, le composé organo-siliceux ne représente qu'une faible proportion pondérable de l'agrégat.
Après que la dispersion aqueuse a été mélangée avec l'agrégat, on conforme le mélange par une technique de bourrage babituelle et on laisse l'article conformé sécher pour extraire la majeure partie de l'eau. Even- tuellement, on peut faciliter le séchage en chauffant à une température de 105 C ou plus, bien qu'un simple sé- chage à l'air soit possible.
On cuit ensuite les articles séchés à des tem- pératures inférieures à 370 C jusqu'à réduction du compo- sé organo-siliceux en silice. A ce stade, l'article cesse - de perdre du poids. Généralement, un chauffage pendant
8 heures à des températures comprises entre 315 et 370 C est suffisant. Cependant, on peut utiliser des températu- res plus basses en prolongeant la durée du chauffage.
Des articles formés conformément à l'invention possèdent une résistance à la compression d'au moins
28 kg/cm2. Ces résistances sont indispensables pour pou- voir élaborer des moules d'une vie utile suffisante pour permettre la coulée de précision de métaux.
Aux fins de la présente invention, on peut uti- liser n'importe quel agrégat de fonderie servant habituel- lement à la formation de moules en sable pour coulée de précision. Parmi ces agrégats, on peut mentionner le sable,
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le silicate de zirconium, la cyanite, l'olivine et l'alumine. En bref, on peut avoir recours à toute matière réfractaire qui reste inerte vis-à-vis du métal à couler et qui fond au-dessous de la température de coulée.
Les exemples suivants servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée.
Exemple 1
Dans chacun des mélanges indiqués plus bas, on hydrolyse l'éthyltriméthoxysilane en le mélangeant avec une solution à 0,1% d'acide acétique dans l'eau. On agite le mélange jusqu'à la mise en solution complète et on y mélange ensuite le silicate de zirconium dans un mélangeur. Avec les mélanges ainsi obtenus, on forme des cylindres normalisés de 5 cm sur un appareil à bourrer le sable. On sèche les cylindres ainsi formés à 105 C pendant huit heures et on les chauffe ensuite à 315 C dans l'air pendant huit autres heures. Cette opération provoque l'oxydation des groupes -2 éthyle dans le C2H3SiO3/2 résiduel pour donner de la SiO2. Après refroidissement à température ambiante, on mesure la résistance à la compression de chaque cylindre.
Les résultats sont donnés ci-dessous :
Le sable de silicate de zirconium utilisé à la granulométrie suivante :
Pas de particules de plus de 420 microns.
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<tb>
<tb>
4,06% <SEP> plus <SEP> grandes <SEP> que <SEP> 250 <SEP> microns.
<tb> 34,8 <SEP> % <SEP> " <SEP> 149 <SEP> microns.
<tb>
50,6 <SEP> % <SEP> " <SEP> 105 <SEP> microns.
<tb>
7,82% <SEP> " <SEP> 74 <SEP> microns.
<tb>
0,37% <SEP> " <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
0,98% <SEP> plus <SEP> petites <SEP> que <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
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La fleur de silicate de zirconium utilisée à la granulométrie suivante :
Pas de particules de plus de 250 microns.
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<tb>
<tb> 0,013% <SEP> plus <SEP> grandes <SEP> que <SEP> 149 <SEP> miceuns.
<tb>
0,005% <SEP> " <SEP> 105 <SEP> microns.
<tb>
0,075% <SEP> " <SEP> 74 <SEP> microns.
<tb>
0,400% <SEP> n <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
99,400% <SEP> plus <SEP> petites <SEP> que <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
TABLEAU I
EMI7.2
<tb>
<tb> Mélange <SEP> Sable <SEP> de <SEP> Fleur <SEP> de <SEP> EthyltriN <SEP> Silicate <SEP> de <SEP> Silicate <SEP> de <SEP> Méthoxy- <SEP> E <SEP> a <SEP> u
<tb> Zirconium <SEP> Zirconium <SEP> Silane
<tb> 1 <SEP> 600 <SEP> g. <SEP> 400 <SEP> g. <SEP> 7,6 <SEP> g. <SEP> 7,6 <SEP> g.
<tb>
2 <SEP> 600 <SEP> g. <SEP> 400 <SEP> g. <SEP> 12,6 <SEP> g. <SEP> 12,6 <SEP> g.
<tb>
3 <SEP> 600 <SEP> g. <SEP> 400 <SEP> g. <SEP> 17,6 <SEP> g. <SEP> 17,6 <SEP> g.
<tb>
4 <SEP> 600 <SEP> g. <SEP> 400 <SEP> g. <SEP> 25,1 <SEP> g. <SEP> 25,1 <SEP> g.
<tb>
5 <SEP> 600 <SEP> g. <SEP> 400 <SEP> g. <SEP> 37,8 <SEP> g. <SEP> 37,8 <SEP> g.
<tb>
La teneur en Si02 et la résistance à la compression des articles obtenus de chacun.de ces mélanges sont indiqués dans le Tableau ci-dessous : TABLEAU II
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<tb>
<tb> Mélange <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> SiO2 <SEP> par <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> N <SEP> rapport <SEP> au <SEP> poids <SEP> compression
<tb> du <SEP> silicate <SEP> Kg/cm2.
<tb>
1 <SEP> 0,3 <SEP> 11
<tb> 2 <SEP> 0,5 <SEP> 34
<tb> 3 <SEP> 0,7 <SEP> 66
<tb> 4 <SEP> 1,0 <SEP> 103
<tb> 5 <SEP> 1,5 <SEP> 152 <SEP>
<tb>
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Exemple 2
Dans chacun des échantillons indiqués ci-des-
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sous, on hydrolyse de 1 '# éthyl-criméthoxysilane en le mé- langeant avec une solution aqueuse à 0,1 % en poids d'acide acétique. On mélange ensuite la solution de l'hydrolysat ainsi obtenue avec un mélange comprenant 420 g de cyanite N 48 et 180 g de cyanite N 100. On varie la quantité de la solution aqueuse de façon à donner une teneur en pourcentages pondéraux de silice par rapport
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au poids de la cyanite, co-1-IL-,.pj:mément au tableau ci-dessous.
Après avoir mélangé la solution avec la cyanite, on conforme le mélange en noyaux de 5 cm sur un appareil à bourrer le sable. On sèche les noyaux pendant huit heures à 105 C et on cuit ensuite à l'air pendant huit heures à 350 C pour oxyder l'éthylsiloxane en SiO2 . Après refroidissement, on essaie la résistance à la compression des noyaux. Les résultats sont consignés au Tableau III ci-dessous :
La granulome trie de.la cyanite N 48 est la suivante :
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<tb>
<tb> 0,45 <SEP> % <SEP> de <SEP> particules <SEP> plus <SEP> grandes <SEP> que <SEP> 420 <SEP> microns.
<tb>
3,22 <SEP> % <SEP> " <SEP> " <SEP> 250 <SEP> microns.
<tb>
10,55 <SEP> % <SEP> Il <SEP> " <SEP> 149 <SEP> microns.
<tb>
15,48 <SEP> % <SEP> " <SEP> " <SEP> 105 <SEP> microns.
<tb>
16,95 <SEP> % <SEP> " <SEP> " <SEP> 74 <SEP> microns.
<tb>
8,88% <SEP> " <SEP> " <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
44,35 <SEP> % <SEP> " <SEP> plus <SEP> petites <SEP> que <SEP> 65 <SEP> microns,
<tb>
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La granulométrie de la cyanite N 100 est la suivante :
Pas de particules de plus de 420 microns.
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<tb>
<tb> 0,4 <SEP> % <SEP> plus <SEP> grandes <SEP> que <SEP> 250 <SEP> microns.
<tb>
6,3% <SEP> " <SEP> 149 <SEP> microns.
<tb>
15,6 <SEP> % <SEP> " <SEP> 105 <SEP> microns.
<tb>
25,73% <SEP> " <SEP> 74 <SEP> microns.
<tb>
Il,5 <SEP> % <SEP> " <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
40,1 <SEP> % <SEP> plus <SEP> petites <SEP> que <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
TABLEAU III
EMI9.2
<tb>
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> SiO2 <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> après <SEP> cuisson <SEP> compression
<tb> kg/cm2
<tb> 1,0 <SEP> 12
<tb> 1,5 <SEP> 21
<tb> 2,5 <SEP> 48
<tb> 3,5 <SEP> 73
<tb>
Exemple 3
On mélange 25 g d'éthyltriméthoxysilane avec 25 g d'une sclution aqueuse contenant 0,1 % en poids d'acide acétique. On secoue le mélange jusqu'à l'obtention d'une solution homogène et on le mélange ensuite avec un mélange de 600 g de sable d'olivine N 70 et 200 g de sable d'olivine N 150. On forme le mélange dans un moule à bourrage et on sèche l'article moulé à 105 pendant 8 heures. On chauffe l'article dans l'air à 350 C pendant 8 heures.
La résistance à la compression à température ambiante est de 35 kg/cm2 et l'article contient 1,25% de SiO2 par rapport au poids total de l'olivine.
On répète l'essai en utilisant 40 g d'éthylméthoxysilane, 40 g d'une solution aqueuse à 0,1% d'acide
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acétique, 450 g de sable d'olivine N 70 et 350 g de sable d'olivine N 150. L'article cuit obtenu contient 2% en poids de SiÛ2 par rapport au poids total de l'olivine et sa résistance à la compression est de 70 kg/cm2.
La granulométrie du sable d'olivine ? 70 est la suivante :
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<tb>
<tb> 3,7 <SEP> % <SEP> de <SEP> particules <SEP> plus <SEP> grandes <SEP> que <SEP> 420 <SEP> microns.
<tb>
49,15% <SEP> " <SEP> " <SEP> 250 <SEP> microns.
<tb>
33,4 <SEP> % <SEP> " <SEP> " <SEP> 149 <SEP> microns.
<tb>
5,69% <SEP> " <SEP> " <SEP> 105 <SEP> microns.
<tb>
2,8% <SEP> " <SEP> " <SEP> 74 <SEP> microns.
<tb>
0,9 <SEP> % <SEP> " <SEP> " <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
4,2 <SEP> % <SEP> plus <SEP> petites <SEP> que <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
La granulométrie du sable d'olivine N 150 est la suivante :
Acune particule plus grande que 250 microns.
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<tb>
<tb> 1,7 <SEP> % <SEP> plus <SEP> grandes <SEP> que <SEP> 149 <SEP> microns.
<tb>
16,7 <SEP> % <SEP> " <SEP> 105 <SEP> microns.
<tb>
62,1 <SEP> % <SEP> " <SEP> 74 <SEP> microns.
<tb>
6,6 <SEP> % <SEP> " <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
12,6 <SEP> % <SEP> plus <SEP> petites <SEP> que <SEP> 65 <SEP> microns.
<tb>
Exemple 4
On utilise le même processus qu'à l'exemple 3 pour préparer un article cuit à partir d'un mélange de 700 g d'alumine de 149 microns, 200 g d'alumine de 44 microns, 25 g d'éthyltriméthoxysilane et 25 g d'une solution aqueuse d'acide acétique à 0,1%. L'article cuit obtenu présente une résistance à la compression de 46 kg/cm2. et contient 1,1% en poids de SiO2 par rapport au poids total de l'alumine.
On répète le même essai en utilisant 700 g d'alumine de 149 microns, 200 g d'alumine de 44 microns,
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40 g d'éthyltriméthoxysilane et 40 g d'une solution aqueuse d'acide acétique- 0,1%. La résistance à la compression de l'article cuit est de 86 kg/cm2 et il renferme 1,78% en poids de SiO2 par rapport au poids total de l'alumine.
Exemple 5
On mélange 48,1 g d'éthyltriéthoxysilane avec 48,1$d'une solution aqueuse contenant 0,1% d'acide acétique. On secoue le mélange pendant une nuit pour obtenir une solution homogène. On incorpore cette solution dans un mélange de 420 g de cyanite N 48 et 180g de cyanite N 100. On forme le mélange en un cylindre en utilisant un appareil à bourrer le sable "Dietert", on sèche pendant 8 heures à 105 C et on cuit à l'air pendant 8 heures à 350 C pour obtenir finalement un article renferment 2,5% de SiO2 par rapport au poids total de la cyanite. La résistance à la compression de l'article est de 44 kg/cm2.
Exemple 6
On obtient des résultats équivalents en répétant le processus de l'exemple 2, mais en utilisant 52,5 g de propyltriméthoxysilane. L'article résultant contient 3,15% de SiÛ2 par rapport au poids total de la cyanite.