EP3487649B1 - Procede de fabrication de moule carapace - Google Patents

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EP3487649B1
EP3487649B1 EP17754752.8A EP17754752A EP3487649B1 EP 3487649 B1 EP3487649 B1 EP 3487649B1 EP 17754752 A EP17754752 A EP 17754752A EP 3487649 B1 EP3487649 B1 EP 3487649B1
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EP
European Patent Office
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model
process according
slip
powder
contact
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EP17754752.8A
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EP3487649A1 (fr
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Wen Zhang
Patrice Henri Claude RAGOT
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Safran Aircraft Engines SAS
Safran SA
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Safran SA
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/02Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
    • B22C1/04Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives for protection of the casting, e.g. against decarbonisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/165Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents in the manufacture of multilayered shell moulds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/02Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
    • B22C1/08Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives for decreasing shrinkage of the mould, e.g. for investment casting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04Use of lost patterns

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of a foundry mold in a so-called “lost wax” process, for the manufacture of precision metal parts.
  • This type of mold is also called a shell mold.
  • a model of the part to be manufactured is first produced in wax or in a removable material which can be melted or easily removed from the manufactured mold.
  • the model is successively soaked, sandblasted and / or coated with a reinforcement and dried.
  • the quenching operation is carried out in one or more slip (s).
  • the sandblasting operation also called stuccoing, consists in reinforcing the deposit formed by the layer of slip deposited on the model during quenching.
  • the water is removed from the various layers.
  • the model is eliminated for example during a passage in an autoclave (treatment by pressure and temperature).
  • the mold undergoes a heat treatment in order to give it the characteristics necessary for the casting of the metal.
  • a mold For the fabrication of precision metal parts, a mold must be stable when casting molten metal.
  • stable is meant that the molten metal must not cause the mold material to react in such a way that the latter deforms.
  • the composition of the first layer in contact with the model commonly called the contact layer, is chemically compatible and closely matches the profile of the model. .
  • This contact layer is the result of soaking the model in a contact slip.
  • the contact layer must be homogeneous, stable, fluid, dense, non-reactive with the molten metal of the precision part to be manufactured and compatible with the following layers of the mold.
  • the expansion coefficients of the contact layer and of the following layers constituting the mold must be compatible so as to avoid any damage caused by a difference in thermal expansion of the layers.
  • alumina is not compatible with certain alloys that make up the precision metal parts to be produced
  • electro-fused silica lacks refractoriness
  • zircon in addition to being radioactive, loses stability over time. as the temperature of the molten alloy increases.
  • the document GB 2 017 118 describes a method of making a shell mold.
  • the document JP H06 15404 describes a self-collapsing casting mold.
  • the document EP 0 479 672 describes a shell mold usable in lost wax casting.
  • the document EP 2 153 919 describes a shell mold and a method of making shell molds.
  • the object of the invention is in particular to provide a simple, effective and economical solution to these problems.
  • the invention proposes a method of manufacturing a shell mold with several layers, including at least one contact layer, from a model of a part to be manufactured in wax or other material. similar, the method comprising a step of dipping the model in a contact slip forming the contact layer and comprising a binder and a powder, the powder comprising a mullite-zirconia composite.
  • mullite-zirconia composite powder makes it possible to limit the chemical interactions between the shell mold and the metal alloy introduced by casting into the shell mold.
  • the aforementioned composite is preferably essentially or almost exclusively formed of mullite and zirconia. Obviously, it is understood that it could include impurities in negligible quantity. These impurities can be calcium or sodium, in particular.
  • the binder can be inorganic or organic or even be a mixture of organic and inorganic compounds.
  • the mullite-zirconia composite powder makes it possible in particular to produce a contact slip having good rheological stability, good chemical inertia with respect to the molten alloy and the manufacture of which is controlled.
  • a composite is a material composed of several elementary components, the association of which confers on all the properties that none of the components taken separately possesses.
  • the mullite-zirconia composite powder can be obtained by chemical synthesis using a mullite precursor such as alumina and / or silica and a zirconia precursor such as zircon. The grains of the powder are then formed from an aggregate of mullite and zirconia.
  • the grains of the mullite-zirconia composite powder have an average size of between 5 and 20 ⁇ m and a size distribution ranging from a submicron size up to a size of 100 ⁇ m.
  • the contact layer may have a thickness less than or equal to 1 mm. It is desirable to limit the thickness of the contact layer to avoid mechanically weakening the shell mold due to the presence of zirconia.
  • the level of zirconia in the powder is between 5% and 90% by weight and, preferably between 10% and 50% by weight, and even more preferably between 30% and 50%.
  • the binder is colloidal silica.
  • the contact slip also comprises at least one wetting agent and / or at least one anti-foaming agent.
  • the steps of soaking in the second slip, coating in the reinforcing material and drying the model coated with the reinforcing material and dried are repeated.
  • the phase of producing the contact slip also comprises a sub-step of adding the anti-foaming agent and / or the wetting agent.
  • the invention also relates to the use of a mold according to the method which has just been described, for the manufacture of a cast and solidified turbomachine part.
  • the mold 1, schematically shown in section on the figure 2 comprises a plurality of layers 2, 3, 4, 5, superimposed on each other and covering a model 6 made of wax or a similar material, that is to say a material having similar characteristics and easily removable.
  • the method for making the mold 1 comprises steps 100 to 700 which will now be described.
  • a first step 100 the model 6, in wax, of the precision part to be manufactured is produced.
  • the model 6 is made to the exact dimensions of the precision part and includes a high quality exterior surface finish 7.
  • a finishing pass i.e. a machining operation
  • the model 6 will have a surface condition such that a finishing pass will not be necessary and the precision part can be used directly on leaving the mold.
  • a contact layer 2 which may have a thickness less than or equal to 1 mm.
  • the contact layer 2 has an essential role in the use of the mold 1 since it is this which will give the precision part produced its outer surface. It is thus necessary for the contact slip to be dense and resistant at the same time, and for its viscosity and its covering power to be controlled.
  • Viscosity and density are necessary so that during dipping, the contact slip perfectly matches the wax model 6, and more precisely the outer surface 7 of the wax model 6 without creating, between the contact slip and the surface 7 exterior of the model 6, of air bubbles which would form, on an internal surface 8 of the mold 1, a cavity conducive to the creation of roughness on the exterior surface of the precision part.
  • the resistance of the contact slip will be necessary, so that the contact layer 2 does not deform during the manufacture of the precision part.
  • the contact slip is composed of an inorganic and / or organic binder and of a powder, in this case a mullite-zirconia composite.
  • the binder is an inorganic colloidal binder such as colloidal silica in an amount by mass of between 10% and 40% and, preferably, between 20% and 30%.
  • the inorganic binder can be sodium silicate or else ethyl silicate and the organic binder comprises water.
  • the powder comprises, by weight, a zirconia content of between 5% and 90% and, preferably, between 10% and 50% and even more preferably between 30% and 50%.
  • the mass distribution is given here by way of example, it being understood that a variation of the mass distribution of between 0.1% and 10% is possible.
  • the other additives which can be added can be a bactericidal agent to limit bacteria and increase the stability of the slip, or other organic binders making it possible to guarantee a uniform and resistant deposit of the contact layer 2 on model 6 in wax.
  • the contact slip also comprises a wetting agent and an anti-foaming agent.
  • the mixture in the quenching tank is then the contact slip.
  • composition of the contact slip has many advantages over the slip of the prior art, among which a better shelf life, good chemical stability, reduced manufacturing time, a non-radioactive formulation and an increased quality of the material. mold obtained.
  • a third step 300 the model 6 soaked in the contact slip, is sandblasted and then dried.
  • the sandblasting is carried out in a not very aggressive with a powder which will not affect the contact layer 2 and in particular the condition of the internal surface 8 of the mold 1.
  • Sanding makes it possible in particular to reinforce the contact layer 2 and to facilitate the attachment of a second layer of the mold 1.
  • a fourth step 400 the model 6 surrounded by the sandblasted and dried contact layer 2 is dipped in a second slip which may be of the same composition as the contact slip or of a different composition.
  • a fifth step 500 the model, taken out of the second slip, is sandblasted and then dried.
  • a model 6 is obtained on which the contact layer 2 and a first reinforcing layer 3 are superimposed.
  • steps 400 and 500 can be repeated as a function of the thickness to be given to the mold 1.
  • this example of a mold 1 is in no way limiting and a greater or lesser number of reinforcing layers 3 could be provided.
  • a sixth step 600 the wax model 6 is melted so that only the mold 1 remains.
  • a seventh (and last) step 700 the mold 1, comprising an adequate number of reinforcing layers (here three reinforcing layers 3, 4, 5) undergoes a heat treatment, in this case baking in an oven. , in order to solidify the mold 1.
  • a heat treatment in this case baking in an oven.
  • the removal of the wax model 6 (also called the dewaxing step) is carried out before the heat treatment of the mold 1. It is also possible that the wax model 6 is removed during the step. 700 heat treatment, the temperature for consolidating the mold 1 being sufficient to melt the wax of the model 6, the steps 600 and 700 then being combined in a single step.
  • a material for example a metal alloy for the manufacture of the blades, can be cast in the mold 1, against the internal surface 8. After cooling, this cast material then forms the part. precision to manufacture.
  • the mold 1 can be removed mechanically (breaking the mold 1), chemically (dissolving the mold 1), or by a mechanical and chemical combination.
  • contact layer 2 presents a low (if any) risk of chemical reaction with a wide variety of materials which can be cast to form the contact. precision part.
  • the mullite-zirconia composite ensures good ease of implementation of the slip and makes it possible to cover the 6 models in wax with complex geometries and in particular to be housed in the grooves and other inaccessible cavities so that all the details 6 wax models are reproduced on the contact layer 2.
  • the mullite-zirconia composite offers the advantage of not being radioactive, and therefore easy to handle without specific equipment.
  • FIGS. 3 and 4 represent two images obtained by scanning electron microscopy of the grains of two different mullite-zirone composites which can both be used in the process according to the invention.
  • the mullite-zirconia composite can be obtained by fusion synthesis ( figure 3 ) or by synthesis by reactive sintering in the solid state ( figure 4 ) followed in either case by solidification by cooling.
  • the blocks of mullite-zirconia composite obtained then undergo micronization or ultra-fine grinding.
  • the figure 5 is a schematic illustration of several grains of a mullite-zirconia composite powder showing the diversity of grain shapes.
  • the grains of the mullite-zirconia composite powder have an average size of between 5 and 20 ⁇ m and a size distribution ranging from a submicron size up to a size of 100 ⁇ m.

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Description

  • La présente invention concerne la fabrication d'un moule de fonderie dans un procédé dit « à cire perdue », pour la fabrication de pièces métalliques de précision. Ce type de moule est également appelé moule carapace.
  • La réalisation des moules en « cire perdue » est connue et largement utilisée notamment pour la fabrication de pièces de précision ayant des géométries complexes ou de pièces de précision en très petite séries voire uniques.
  • Pour fabriquer un moule en cire perdue, on réalise d'abord un modèle de la pièce à fabriquer en cire ou dans un matériau éliminable qui pourra être fondu ou éliminé facilement du moule fabriqué.
  • Le modèle est successivement trempé, sablé et/ou enduit d'un renfort et séché. L'opération de trempe est réalisée dans une ou plusieurs barbotine(s). L'opération de sablage, également appelée stuccage, consiste à renforcer le dépôt constitué par la couche de barbotine déposée sur le modèle lors de la trempe. Après chaque opération de trempe et de sablage et/ou d'enduction, l'eau est éliminée des différentes couches. Ensuite, le modèle est éliminé par exemple lors d'un passage dans un autoclave (traitement par la pression et la température). Enfin, le moule subit un traitement thermique dans le but de lui conférer les caractéristiques nécessaires pour la coulée du métal.
  • Pour la fabrication de pièces métalliques de précision, un moule doit être stable lors de la coulée d'un métal fondu. Par stable, on entend que le métal fondu ne doit pas faire réagir le matériau du moule de telle sorte que celui-ci se déforme.
  • Afin que le moule présente un état de surface parfait pour la réalisation d'une pièce, il est important que la composition de la première couche en contact avec le modèle, couramment appelée couche de contact, soit compatible chimiquement et épouse fidèlement le profil du modèle. Cette couche de contact est le résultat du trempage du modèle dans une barbotine de contact. La couche de contact se doit d'être homogène, stable, fluide, dense, non réactive avec le métal fondu de la pièce de précision à fabriquer et compatible avec les couches suivantes du moule. Par ailleurs, les coefficients de dilatation de la couche de contact et des couches suivantes constituant le moule doivent être compatibles de sorte à éviter tout endommagement causé par une différence de dilatation thermique des couches.
  • Il est connu d'utiliser différentes barbotines qui comprennent soit de l'alumine, soit du zircon, ou soit de la silice électro fondue. Chacun de ces composés présente au moins un inconvénient particulier. A titre d'exemple, l'alumine n'est pas compatible avec certains alliages constitutifs des pièces métalliques de précision à produire, la silice électro fondue manque de réfractarité, et le zircon, en plus d'être radioactif, perd en stabilité à mesure que la température de l'alliage fondu augmente.
  • Le document GB 2 017 118 décrit un procédé de fabrication d'un moule carapace.
  • Le document US 5,927,379 décrit un procédé et une composition permettant de former des carapaces pour la coulée de précision ainsi que des procédés de coulée d'articles métalliques à l'aide de ces carapaces.
  • Le document JP H06 15404 décrit un moule de coulée à auto-affaissement.
  • Le document EP 0 479 672 décrit un moule carapace utilisable en fonderie de cire perdue.
  • Le document EP 2 153 919 décrit un moule carapace et un procédé de fabrication de moules carapace.
  • L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes.
  • A cet effet, l'invention propose, un procédé de fabrication de moule carapace à plusieurs couches dont au moins une couche de contact, à partir d'un modèle de pièce à fabriquer en cire ou autre matériau semblable, le procédé comprenant une étape de trempage du modèle dans une barbotine de contact formant la couche de contact et comprenant un liant et une poudre, la poudre comprenant un composite mullite-zircone.
  • L'utilisation d'une poudre composite mullite-zircone permet de limiter les interactions chimiques entre le moule carapace et l'alliage métallique introduit par coulée dans le moule carapace. Le composite précité est de préférence essentiellement ou quasi exclusivement formé de mullite et de zircone. Bien évidemment, on comprend qu'il pourra comprendre des impuretés en quantité négligeable. Ces impuretés peuvent être du calcium ou du sodium, notamment. Selon une caractéristique de l'invention, le liant peut être inorganique ou organique ou encore être un mélange de composés organiques et inorganiques.
  • La poudre composite mullite-zircone permet notamment de réaliser une barbotine de contact ayant une bonne stabilité rhéologique, une bonne inertie chimique vis-à-vis de l'alliage fondu et dont on maîtrise la fabrication.
  • On rappelle qu'un composite est un matériau composé de plusieurs composants élémentaires dont l'association confère à l'ensemble des propriétés qu'aucun des composants pris séparément ne possède.
  • La poudre composite mullite-zircone peut être obtenue par synthèse chimique à l'aide d'un précurseur de la mullite tels que l'alumine et /ou la silice et d'un précurseur de la zircone tel que le zircon. Les grains de la poudre sont alors formés d'un agrégat de mullite et de zircone.
  • De préférence, les grains de la poudre composite mullite-zircone ont une taille moyenne comprise entre 5 et 20 µm et une distribution de la taille s'étalant entre une taille sous-micronique jusqu'à une taille de 100 µm.
  • Selon une autre caractéristique, la couche de contact peut avoir une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm. Il est souhaitable de limiter l'épaisseur de la couche de contact pour éviter d'affaiblir mécaniquement le moule carapace du fait de la présence de zircone.
  • Pour obtenir une barbotine de contact de bonne qualité, le taux de zircone dans la poudre est compris entre 5% et 90% en masse et, de préférence entre 10% et 50% en masse et encore plus préférentiellement entre 30% et 50%.
  • Avantageusement, le liant est de la silice colloïdale.
  • Pour favoriser le mouillage de la couche de contact sur la surface du modèle, la barbotine de contact comprend également au moins un agent mouillant et/ou au moins un agent anti-moussant.
  • Pour réaliser un moule résistant permettant la fabrication d'une pièce de précision, le procédé comprend, à la suite du trempage du modèle dans la barbotine de contact, des étapes dans lesquelles :
    • on sable le modèle,
    • on sèche le modèle sablé,
    • on trempe le modèle sablé et séché dans une deuxième barbotine qui peut être de préférence dépourvue de zircone afin de lui conférer une meilleure résistance mécanique,
    • on enduit le modèle trempé dans la deuxième barbotine d'un matériau de renfort,
    • on sèche le modèle enduit du matériau de renfort, et
    • on réalise un traitement thermique sur le modèle enduit du matériau de renfort et séché.
  • Avantageusement, les étapes de trempage dans la deuxième barbotine, d'enduction dans le matériau de renfort et de séchage du modèle enduit du matériau de renfort et séché sont réitérées.
  • La succession d'étapes de ce procédé et, le cas échéant, la réitération de certaines étapes permettent d'obtenir un moule de bonne qualité qui résistera à la fabrication d'une pièce de précision et offrira un bon état de surface extérieure à la pièce de précision fabriquée.
  • Ce procédé, préalablement au trempage du modèle dans la barbotine de contact, comprend une phase de réalisation de la barbotine de contact comprenant les sous-étapes où :
    • on introduit le liant dans récipient,
    • on ajoute la poudre composite mullilte-zircone dans le mélangeur,
    • on laisse le mélange de liant colloïdal minéral et de poudre composite se stabiliser.
  • Avantageusement, la phase de réalisation de la barbotine de contact comprend également une sous-étape d'ajout de l'anti-moussant et/ou de l'agent mouillant.
  • En outre, l'invention concerne également l'utilisation d'un moule selon le procédé qui vient d'être décrit, pour la fabrication d'une pièce de turbomachine coulée et solidifiée.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est un ordinogramme montrant les étapes de réalisation d'un moule de fonderie à cire perdue selon l'invention, et
    • la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un moule de fonderie préalablement à une étape de traitement thermique.
    • les figures 3 et 4 sont des images obtenues en microscopie électronique à balayage des grains de deux composites mullite-zirone différents pouvant l'un et l'autre être utilisés dans le procédé selon l'invention ;
    • la figure 5 est une illustration de différents grains d'une poudre du composite mullite-zircone.
  • On a représenté, sur la figure 1, un ordinogramme montrant les étapes de la fabrication d'un moule 1 à cire perdue pour la fabrication de pièces de précision. Le nom « moule à carapace » est également utilisé pour appeler ce type de moule, toutefois, dans la suite de la description, nous utiliserons le terme simplifié de moule 1.
  • Le moule 1, schématiquement représenté en coupe sur la figure 2 comprend une pluralité de couches 2, 3, 4, 5, superposées les unes sur les autres et recouvrant un modèle 6 en cire ou dans un matériau semblable, c'est-à-dire un matériau ayant des caractéristiques similaires et facilement éliminable.
  • Le procédé de réalisation du moule 1 comprend les étapes 100 à 700 qui vont maintenant être décrites.
  • Dans une première étape 100, on réalise le modèle 6, en cire, de la pièce de précision à fabriquer.
  • Pour permettre la réalisation d'une pièce de précision parfaite, le modèle 6 est réalisé aux dimensions exactes de la pièce de précision et comprend un état de surface 7 extérieure de grande qualité. Ainsi, seules quelques légères aspérités peuvent être visibles ou détectables sur la surface 7 extérieure du modèle 6 de sorte que la pièce de précision finale n'aura besoin que d'une passe (c'est-à-dire une opération d'usinage) de finition visant à rectifier la surface externe de la pièce de précision obtenue.
  • Avantageusement, le modèle 6 aura un état de surface tel, qu'une passe de finition ne sera pas nécessaire et la pièce de précision pourra être utilisée directement à la sortie du moule.
  • Par exemple, la pièce de précision à fabriquer sera une aube de turbomachine qui doit avoir une surface extérieure dépourvue d'aspérités de sorte à :
    • limiter le risque de cassure de l'aube qui est soumise à une force centrifuge importante en utilisation, ou encore
    • limiter les perturbations d'un flux d'air s'écoulant sur la surface extérieure de l'aube.
  • Dans une deuxième étape 200, on trempe le modèle dans une barbotine de contact afin de former, autour du modèle 6, une couche 2 de contact pouvant avoir une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm.
  • La couche 2 de contact a un rôle essentiel dans l'utilisation du moule 1 puisque c'est elle qui donnera à la pièce de précision produite sa surface extérieure. Il est ainsi nécessaire que la barbotine de contact soit dense et résistante à la fois, et que sa viscosité et son pouvoir couvrant soient maîtrisés.
  • La viscosité et la densité sont nécessaires de sorte que lors du trempage, la barbotine de contact épouse parfaitement le modèle 6 en cire, et plus précisément la surface 7 extérieure du modèle 6 en cire sans créer, entre la barbotine de contact et la surface 7 extérieure du modèle 6, de bulles d'air qui formeraient, sur une surface 8 interne du moule 1, une cavité propice à la création d'aspérité sur la surface extérieure de la pièce de précision.
  • En revanche, la résistance de la barbotine de contact sera nécessaire, pour que la couche 2 de contact ne se déforme pas lors de la fabrication de la pièce de précision.
  • Pour répondre à ce double critère de viscosité et de résistance, la barbotine de contact est composée d'un liant inorganique et/ou organique et d'une poudre, en l'espèce un composite mullite-zircone.
  • De préférence, le liant est un liant colloïdal minéral tel que de la silice colloïdale dans une quantité massique comprise entre 10% et 40 % et, de préférence, entre 20% et 30%.
  • A titre d'exemples non limitatifs, le liant inorganique peut être du silicate de soude ou encore du silicate éthyle et le liant organique comprend de l'eau.
  • La poudre comprend, en masse, un taux de zircone compris entre 5% et 90% et, de préférence, compris entre 10% et 50% et encore plus préférentiellement entre 30% et 50%.
  • Selon un mode préféré de réalisation, la répartition massique des éléments composant la barbotine de contact est la suivante :
    • liant (silice colloïdale) : 29,8% ;
    • poudre composite (mullite-zircone) : 70,0% ;
    • agent mouillant, anti-moussant et autres additifs : 0,2%.
  • La répartition massique est ici donnée à titre d'exemple, étant entendu qu'une variation de la répartition massique comprise entre 0,1% et 10% est possible.
  • A titre d'exemples, les autres additifs pouvant être ajoutés peuvent être un agent bactéricide pour limiter les bactéries et augmenter la stabilité de la barbotine, ou d'autres liants organiques permettant de garantir un dépôt uniforme et résistant de la couche 2 de contact sur le modèle 6 en cire.
  • Avantageusement, la barbotine de contact comprend également un agent mouillant et un agent anti-moussant.
  • La confection de la barbotine de contact peut être réalisée comme suit :
    • on introduit et mélange le liant colloïdal minéral et l'agent mouillant dans un récipient, en l'espèce un mélangeur,
    • on ajoute ensuite la poudre composite mullite-zircone dans le mélangeur,
    • on ajoute l'anti-moussant,
    • on maintient le mélangeur en marche pendant une durée comprise entre 1 heure et 48 heures, et de préférence pendant une durée de 24 heures,
    • on transfère le mélange obtenu dans un récipient permettant de réaliser le trempage du modèle, par exemple une cuve de trempée, et
    • on laisse le mélange se stabiliser pendant une durée comprise entre 24 heures et 48 heures, et de préférence pendant une durée de 24 heures.
  • A la suite de ces étapes, le mélange dans la cuve de trempé est alors la barbotine de contact.
  • La composition de la barbotine de contact présente de nombreux avantages par rapport à la barbotine de l'art antérieur, parmi lesquels une meilleure durée de vie, une bonne stabilité chimique, un temps de fabrication réduit, une formulation non radioactive et une qualité accrue du moule obtenu.
  • A titre d'exemple, par rapport à la barbotine de l'art antérieur, la barbotine de contact selon l'invention offre :
    • un temps de fabrication divisé au minimum par deux,
    • une densité supérieure d'au moins 16%,
    • une viscosité inférieure d'au moins 60% à la fin de la fabrication et d'environ 50% trente jours après la fin de la fabrication, et
    • un meilleur recouvrement du modèle 6 en cire, notamment dans ses formes complexes, par exemple des renfoncements ou des rainures.
  • Dans une troisième étape 300, le modèle 6 trempé dans la barbotine de contact, est sablé puis séché. Le sablage est réalisé de manière peu agressive avec une poudre qui n'affectera pas la couche 2 de contact et notamment l'état de la surface 8 interne du moule 1.
  • Le sablage permet notamment de renforcer la couche 2 de contact et de faciliter l'accrochage d'une deuxième couche du moule 1.
  • Dans une quatrième étape 400, on trempe le modèle 6 entouré de la couche 2 de contact sablée et séchée, dans une deuxième barbotine pouvant être de même composition que la barbotine de contact ou de composition différente.
  • Dans une cinquième étape 500, le modèle, sorti de la deuxième barbotine, est sablé puis séché.
  • A la fin de l'étape 500, on obtient un modèle 6 sur lequel sont superposées la couche 2 de contact et une première couche 3 de renfort.
  • Comme cela est représenté sur l'ordinogramme de la figure 1 par la flèche en traits pointillés, les étapes 400 et 500 peuvent être réitérées en fonction de l'épaisseur à donner au moule 1.
  • Dans l'exemple de moule 1 illustré sur la figure 2, une deuxième couche 4 de renfort et une troisième couche 5 de renfort ont été superposées sur la première couche de renfort.
  • Toutefois, cet exemple de moule 1 n'est nullement limitatif et un nombre supérieur ou inférieur de couches 3 de renfort pourrait être prévu.
  • Dans une sixième étape 600, le modèle 6 en cire est fondu de sorte qu'il ne reste que le moule 1.
  • Enfin, dans une septième (et dernière) étape 700, le moule 1, comprenant un nombre adéquat de couches de renfort (ici trois couches 3, 4, 5 de renfort) subit un traitement thermique, en l'espèce une cuisson dans un four, afin de solidifier le moule 1.
  • Toutefois, d'une manière générale, l'élimination du modèle 6 en cire (également appelée étape de décirage) est effectuée avant le traitement thermique du moule 1. Il est également possible que le modèle 6 en cire soit éliminé lors de l'étape 700 de traitement thermique, la température pour consolider le moule 1 étant suffisante pour faire fondre la cire du modèle 6, les étapes 600 et 700 étant alors combinées en une seule étape.
  • Lorsque le moule 1 est terminé, une matière, par exemple un alliage métallique pour la fabrication des aubes, peut être coulé dans le moule 1, contre la surface interne 8. A l'issue de son refroidissement, ce matériau coulé forme alors la pièce de précision à fabriquer.
  • Pour retirer la pièce de précision du moule 1, on peut éliminer le moule 1 par voie mécanique (cassage du moule 1), par voie chimique (dissolution du moule 1), ou par une combinaison mécanique et chimique.
  • Un autre avantage offert par le choix d'une poudre composite mullite-zircone pour la barbotine de contact est que la couche 2 de contact présente un faible (voire inexistant) risque de réaction chimique avec une variété importante de matériaux pouvant être coulés pour former la pièce de précision.
  • En outre, le composite mullite-zircone assure une bonne facilité de mise en œuvre de la barbotine et permet de recouvrir les modèles 6 en cire à géométries complexes et notamment de se loger dans les rainures et autres cavités peu accessibles de sorte que tous les détails des modèles 6 en cire sont reproduits sur la couche 2 de contact.
  • Enfin le composite mullite-zircone offre l'avantage de ne pas être radioactif, et donc manipulable sans équipement spécifique.
  • On se réfère maintenant aux figures 3 et 4 qui représentent deux images obtenues en microscopie électronique à balayage des grains de deux composites mullite-zirone différents pouvant l'un et l'autre être utilisés dans le procédé selon l'invention. Le composite mullite-zircone peut être obtenu par synthèse par fusion (figure 3) ou par synthèse par frittage réactif à l'état solide (figure 4) suivi dans l'un et l'autre des cas par une solidification par refroidissement. Les blocs de composite mullite-zircone obtenus subissent ensuite une micronisation ou un broyage ultra-fin.
  • Sur l'image de la figure 3, on peut distinguer plusieurs grains 9 de la poudre composite mullite-zircone, la mullite étant indiquée par la référence 10 et la zircone par la référence 11. Sur l'image de la figure 4, on ne distingue pas la mullite de la zircone au sein d'un grain 9 du fait d'une plus grande homogénéité de la répartition de la mullite et de la zircone au sein d'un grain de la poudre composite mullite-zircone.
  • La figure 5 est une illustration schématique de plusieurs grains d'une poudre composite mullite-zircone montrant la diversité des formes de grains. De préférence, les grains de la poudre composite mullite-zircone ont une taille moyenne comprise entre 5 et 20 µm et une distribution de la taille s'étalant entre une taille sous-micronique jusqu'à une taille de 100 µm.

Claims (13)

  1. Procédé de fabrication de moule (1) carapace à plusieurs couches (2, 3, 4, 5) dont au moins une couche (2) de contact, à partir d'un modèle (6) de pièce à fabriquer en cire ou autre matériau semblable, le procédé comprenant une étape de trempage du modèle (6) dans une barbotine de contact formant la couche (2) de contact et comprenant un liant et une poudre, caractérisé en ce que la poudre comprend un composite mullite-zircone.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le taux de zircone dans la poudre est compris entre 5% et 90% en masse.
  3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le taux de zircone dans la poudre est compris entre 10% et 50% en masse.
  4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le taux de zircone dans la poudre est compris entre 30% et 50% en masse.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains de la poudre composite mullite-zircone ont une taille moyenne comprise entre 5 et 20 µm.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche de contact a une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liant est de la silice colloïdale.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la barbotine de contact comprend également au moins un agent mouillant et/ou au moins un agent anti-moussant.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend, à la suite du trempage du modèle (6) dans la barbotine de contact, les étapes dans lesquelles :
    - on sable le modèle (6),
    - on sèche le modèle (6) sablé,
    - on trempe le modèle (6) sablé et séché dans une deuxième barbotine, de préférence dépourvue de zircone,
    - on enduit le modèle (6) trempé dans la deuxième barbotine d'un matériau de renfort,
    - on sèche le modèle (6) enduit du matériau de renfort, et
    - on réalise un traitement thermique sur le modèle (6) enduit du matériau de renfort et séché.
  10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les étapes de trempage dans la deuxième barbotine, d'enduction dans le matériau de renfort et de séchage du modèle (6) enduit du matériau de renfort et séché sont réitérées.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel, préalablement au trempage du modèle (6) dans la barbotine de contact, comprend une phase de réalisation de la barbotine de contact comprenant les étapes où :
    - on introduit le liant colloïdal minéral dans un récipient, en l'espèce un mélangeur,
    - on ajoute la poudre composite mullite-zircone dans le mélangeur,
    - on laisse le mélange de liant colloïdal minéral et de poudre se stabiliser.
  12. Procédé selon la revendication précédente lorsqu'elle dépend de la revendication 7, dans lequel la phase de réalisation de la barbotine de contact comprend également une étape d'ajout de l'anti-moussant et/ou de l'agent mouillant.
  13. Utilisation d'un moule (1) obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes pour la fabrication d'une pièce de turbomachine coulée et solidifiée.
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