EP4656310A1 - Procede de fabrication d'un noyau ameliore pour procede de fonderie a la cire perdue - Google Patents

Procede de fabrication d'un noyau ameliore pour procede de fonderie a la cire perdue

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Publication number
EP4656310A1
EP4656310A1 EP25178751.1A EP25178751A EP4656310A1 EP 4656310 A1 EP4656310 A1 EP 4656310A1 EP 25178751 A EP25178751 A EP 25178751A EP 4656310 A1 EP4656310 A1 EP 4656310A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
core
reinforcing composition
manufacturing process
impregnation
polyvinyl alcohol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25178751.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Wen Zhang
Julien Gonzalez
Alexis FOURNEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran SA
Original Assignee
Safran SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of EP4656310A1 publication Critical patent/EP4656310A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/106—Vented or reinforced cores

Definitions

  • the invention falls within the field of ceramic cores for the manufacture of cavities in metal parts obtained by lost-wax casting processes.
  • a wax model of the dawn is made around a core the size of the cavity, or cavities if applicable.
  • a ceramic mold called a shell, is formed around the wax model, and then the wax is removed.
  • Metal is formed in the shell in place of the removed wax, and thus around the core.
  • next-generation ceramic cores whose properties would be at least identical to those of previous-art cores but whose geometry could be even more finely controlled than cores obtained by a ceramic injection process.
  • the present presentation aims to address at least one of the problems described above.
  • the step of obtaining the ceramic core using an additive manufacturing process ensures that the core has dimensions perfectly suited to the cooling circuits of new turbomachine blades. Furthermore, additive manufacturing makes it possible to produce cores with geometries that would otherwise be impossible to demold.
  • the additive manufacturing process makes it possible to achieve shapes impossible to produce using prior art manufacturing processes, especially those involving powder compaction.
  • the reinforcing composition gives the cores sufficient mechanical properties to withstand the wax injection step required in any lost-wax casting process.
  • the cores are at least as good as those of the prior art in terms of mechanical properties.
  • the "mechanical properties" of a given core can be quantified in particular by measuring the mechanical resistance to breakage and/or the measurement of the mechanical resistance to bending of said core.
  • compositions suitable for use as reinforcing compounds were determined. Indeed, the inventors observed that existing reinforcing compositions, particularly those based on epoxy resin, while sufficient for prior art ceramic cores, especially those obtained by ceramic molding, did not allow for... to give ceramic cores obtained by additive manufacturing improved mechanical properties.
  • the average diameter of the pores is smaller for ceramic cores obtained by additive manufacturing, and the properties of the reinforcing compositions must be adapted, particularly in terms of viscosity, to allow a gain in mechanical properties for these cores.
  • candidate strengthening compositions must be free of compounds whose handling is regulated or discouraged, for example compounds classified as carcinogenic, mutagenic or reprotoxic (also known as "CMR" by acronym) to facilitate the implementation of new processes.
  • the draining step was chosen to ensure that after the step of impregnating the reinforcing composition at reduced pressure, the latter does not form defects negatively impacting the surface condition of the ceramic core.
  • the reinforcing composition can solidify directly on the surface of the impregnated core, which can cause surface defects such as roughness, bubbles, or unwanted deposits.
  • the presence of such defects can lead to the core being discarded because the The dimensions of the latter are crucial for obtaining an optimum cooling circuit in the final part.
  • the drying stage of the process is important because it allows the entire reinforcing composition to solidify on the ceramic material core and in its pores, giving the entire structure mechanical properties, including resistance to breakage and mechanical resistance to bending, superior to those it would have without the reinforcing composition.
  • the strengthening composition comprises an aqueous solution of polyvinyl alcohol with a degree of hydrolysis between 83% and 87%.
  • the degree of hydrolysis of a polyvinyl alcohol is understood in the usual and commercial sense of the term for this particular compound. Specifically, the degree of hydrolysis characterizes the proportion of alcohol groups attached to the carbon chain of the polyvinyl alcohol.
  • the reinforcing composition comprises, for more than 95% by mass, an aqueous solution of polyvinyl alcohol, or is made up of an aqueous solution of polyvinyl alcohol.
  • the strengthening composition comprises an aqueous solution of polyvinyl alcohol at a concentration between 85 gL -1 and 115 gL -1 .
  • the reinforcing composition according to the invention consists of an aqueous solution of polyvinyl alcohol having a concentration between 85 gL -1 and 115 gL -1 .
  • the reinforcing composition according to the invention is an organic solution.
  • the reinforcement composition according to the invention does not comprise refractory materials, in particular selected from zircon, mullite, bauxite, corundum, quartz, talc, mica, andalusite, kyanite and mixtures thereof.
  • the reinforcing composition according to the invention will be removed from the core during the first heat treatment exceeding 100-200°C. It is therefore a temporary and ephemeral addition to the internal structure of the core, specifically designed to enhance the mechanical performance of the core during a single critical step: wax injection.
  • the step of impregnating the reinforcing composition can be carried out at a pressure between 0.9 bar and 0.3 bar.
  • the draining step is carried out for a duration of between 30 minutes and 2.0 hours.
  • a duration of 30 minutes to 2.0 hours for the draining stage represents an optimum here for obtaining good mechanical properties.
  • the drying step can be carried out in the open air or in an oven at a temperature less than or equal to 200°C.
  • oven drying allowed better evaporation of the solvents in the strengthening composition, which accelerates the process and ensures that the active components of the strengthening composition do not risk degrading during evaporation.
  • the drying step includes a step of introducing the core into an oven at a temperature between 70°C and 90°C for a period of between 30 minutes and 2.0 hours.
  • the inventors determined that such a temperature is an optimum allowing excellent evacuation of the water contained in the reinforcing composition, while controlling the temperature and therefore the costs associated with the drying stage.
  • the drying step is carried out by exposing the core to a single temperature.
  • the core is not exposed to variations in the imposed temperature during the drying stage, which ensures excellent industrial reproducibility.
  • a step without temperature variation can, for example, be carried out by introducing the part into an oven at a regulated temperature.
  • Such a step is much simpler to carry out than one that would include a heating ramp and/or a cooling ramp. This results in a simpler process to implement.
  • the ceramic material core comprises alumina, silica, zirconia, mullite, yttrium, silicon carbide, or a mixture of two or more of these compounds.
  • the variation in mass of the nucleus during the impregnation step is between 1% and 5% of the mass of the dry nucleus, i.e. the nucleus before its impregnation.
  • FIG. 1 represents very schematically a 100 core made of ceramic material obtained by additive manufacturing.
  • FIG. 1 represents a core foot 111 intended to facilitate the handling of the ceramic material core during the various stages of the foundry process, and a functional portion of the core 110 intended to form the cooling circuit.
  • the base of core 111 allows for precise positioning of the core in a mold for a lost-wax casting process. However, this The latter will be machined in a final step, and its geometry is therefore not critical for the needs of the cooling circuit.
  • the core 100 may comprise alumina, silica, zirconia, mullite, yttrium, silicon carbide or a mixture of two or more of these compounds.
  • the 100 core made of ceramic material is obtained by an additive manufacturing process.
  • additive manufacturing can be a digital light processing (DLP) method.
  • DLP digital light processing
  • One such method involves the polymerization of a photosensitive liquid suspension contained in a vat using selective UV radiation.
  • such a method makes it possible to print cores with more complex geometries than those accessible to ceramic powder compaction methods usually used for manufacturing cores in ceramic material.
  • a reinforcing composition is applied to the surface of the core.
  • impregnation takes place at a pressure less than or equal to 1 bar.
  • the impregnation step of the reinforcing composition can be carried out at a pressure between 0.9 and 0.3 bar.
  • the impregnation can be carried out in two stages, a first stage of vacuuming a chamber including the ceramic core to be impregnated, and a second stage of feeding the chamber with the reinforcing composition until the reinforcing composition completely covers the part.
  • Such an application of the reinforcing composition should allow excellent impregnation of the ceramic material core and in particular of the open porosity of the latter by the reinforcing composition.
  • the inventors are of the opinion that the improvement of the mechanical properties of the core by the impregnation of the reinforcing composition is at least partly due to the filling of the open porosities of the ceramic material core by the polymeric composition which increases the minimum stress allowing the appearance of a crack.
  • the minimum stress required for a crack to propagate is also increased, because the ductile nature of the polymer present in the reinforcing composition and which covers the ceramic core allows the two walls of the crack to be bonded together, thus hindering its propagation in the material.
  • the amount of impregnated reinforcing composition can be characterized by the mass variation of the impregnated core relative to the core before impregnation.
  • the variation in mass of the nucleus during the impregnation step is between 1% and 5% of the mass of the dry nucleus, i.e. the nucleus before its impregnation.
  • This draining step can be carried out by placing the core 100 on a vibrating support.
  • the core 100 coated with the reinforcing composition can be suspended from a support not shown so that drainage occurs by gravity.
  • the 100 kernel is then subjected to a heat treatment for drying.
  • drying can be carried out by placing the core 100 in an oven, the temperature of which is controlled.
  • the 100 core After drying, the 100 core is ready to be used in a lost-wax casting process.
  • Such a process is known as such and ultimately allows the obtaining of a blade in metallic material 500 of which an internal cavity 510 has the shape of the core in ceramic material 100, or more precisely of its portion 110, obtained by the obtaining process described above.
  • the dotted lines in figure 2 indicate that cavity 510 is within the thickness of blade 500.
  • the blade is an aeronautical turbomachine blade.
  • All the ceramic material cores in this example were obtained by a digital light processing (DLP) additive manufacturing method.
  • DLP digital light processing
  • a core not undergoing any strengthening treatment has an average flexural strength of approximately 10.0 MPa.
  • the preparation of a strengthening solution can be carried out in the following manner.
  • a commercial polyvinyl alcohol in solid form is dissolved in distilled water.
  • the strengthening composition is obtained under magnetic stirring at a temperature of 80°C.
  • compositions with the desired concentrations and degrees of hydrolysis may be suitable.
  • the ceramic core is then impregnated with the impregnation composition.
  • the impregnation is carried out in two stages, the first of which involves vacuum-sealing a chamber containing the ceramic core to be impregnated, and the second of which involves feeding the chamber with the reinforcing composition until the reinforcing composition completely covers the part.
  • the kernel is left to drain.
  • drying is carried out by introducing the drained kernel into an oven.
  • the flexural strength is determined for the core.
  • Table 1 below groups the results to be compared with a flexural strength of 10.0 MPa for a ceramic material core without reinforcing composition.
  • [Table 2] Parameter tested Measured flexural strength Degree of hydrolysis 85%: 19.3 MPa 98%: 18.3 MPa Concentration of the strengthening composition 50 g/L: 14.5 MPa 100 g/L: 19.3 MPa 150 g/L: 13.7 MPa Value and duration of the vacuum during impregnation 0.6 bar 20 min: 18.6 MPa 0.6 bar 35min: 17.5 MPa 0.3 bar 20 min: 19.3 MPa 0.1 bar 20 min: 17.5 MPa Draining time 1 hour: 16.8 MPa 144h: 14.6 MPa Temperature of Profile 1: Profile 2: Profile 3: the oven 16.8 MPa 17.2 MPa 18.6 MPa
  • Table 2 illustrates on the one hand that the proposed process still makes it possible to increase the flexural strength of a ceramic core.
  • Table 2 illustrates for each parameter that preferred values are indeed linked to a final increase in the core's flexural strength.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un noyau pour un procédé de fonderie à la cire perdue comprenant :
- une étape d'obtention du noyau 100 en matériau céramique par un procédé de fabrication additive ;
- une étape d'imprégnation de la porosité ouverte du noyau par une composition de renforcement, la composition de renforcement comprenant une solution aqueuse d'alcool polyvinylique à un degré d'hydrolyse compris entre 82% et 98,4%, et à une concentration comprise entre 35 g.L-1 et 165 g.L-1 ; l'étape d'imprégnation étant réalisée à une pression inférieure ou égale à 1 bar,
- une étape d'égouttage ; puis
- une étape de séchage.

Description

    Domaine Technique
  • L'invention s'inscrit dans le domaine des noyaux céramiques pour la fabrication de cavités dans des pièces métalliques obtenues par des procédés de fonderie à la cire perdue.
    • Technique antérieure
  • L'augmentation de la température de fonctionnement des turbomachines aéronautiques permet une augmentation de leur rendement et donc des économies de carburant.
  • Néanmoins, l'augmentation des températures de fonctionnement soumet les matériaux constitutifs des turbomachines à des conditions plus agressives.
  • Cela augmente par exemple les besoins en refroidissement des aubes situées en zone chaude. Pour répondre à ce besoin, il a été proposé des nouveaux circuits de refroidissement pour de telles aubes.
  • Ces nouveaux circuits de refroidissement sont plus adaptés aux nouvelles contraintes, et offrent un meilleur refroidissement des aubes de turbomachines.
  • De manière classique, les circuits de refroidissement creux dans les aubes en matériau métallique sont obtenus via des procédés de fabrication à la cire perdue.
  • Dans de tels procédés, un modèle en cire de l'aube est fabriqué autour d'un noyau aux dimensions de la cavité, ou des cavités le cas échéant. Un moule, dit carapace, en céramique est formé autour du modèle en cire, puis la cire est éliminée. Un métal est formé dans la carapace en lieu et place de la cire éliminée, et donc autour du noyau.
  • L'élimination ultérieure du noyau permet de former dans l'aube en métal le circuit de refroidissement.
  • L'augmentation de la complexité des circuits de refroidissement impose d'utiliser de nouvelles méthodes pour la fabrication du noyau.
  • En effet, si les noyaux des procédés de l'art antérieur pouvaient être obtenus par des procédés d'injection céramique, de telles méthodes ne permettent pas d'obtenir la résolution géométrique dont il est nécessaire de disposer pour les nouveaux circuits de refroidissement.
  • En outre, et indépendamment du procédé choisi pour la fabrication du noyau céramique, il est habituellement proposé d'imprégner les noyaux pour augmenter leurs propriétés mécaniques.
  • Cette étape du procédé pose dans l'art antérieur des difficultés supplémentaires puisque certaines des résines d'imprégnation des noyaux qui pourraient être utilisées font l'objet d'une règlementation stricte ou dont il est préconisé de se passer.
  • Ainsi, un besoin d'amélioration subsiste pour les noyaux céramiques de nouvelle génération, dont les propriétés seraient au moins identiques à celles des noyaux de l'art antérieur mais dont la géométrie pourrait être encore plus finement contrôlée que les noyaux obtenus par un procédé d'injection céramique.
    • Exposé de l'invention
  • Le présent exposé vise à répondre à au moins l'un des problèmes décrits plus haut.
  • Pour cela, elle concerne selon un premier de ses aspects un procédé de fabrication d'un noyau pour un procédé de fonderie à la cire perdue comprenant :
    • une étape d'obtention du noyau en matériau céramique par un procédé de fabrication additive ;
    • une étape d'imprégnation de la porosité ouverte du noyau par une composition de renforcement, la composition de renforcement comprenant une solution aqueuse d'alcool polyvinylique à un degré d'hydrolyse compris entre 82% et 98,4%, et à une concentration comprise entre 35 g.L-1 et 165 g.L-1 ; l'étape d'imprégnation étant réalisée à une pression inférieure ou égale à 1 bar,
    • une étape d'égouttage ; puis
    • une étape de séchage.
  • Il est du mérite des inventeurs d'avoir développé une composition de renforcement qui permettent à un noyau en matériau céramique obtenu par un procédé de fabrication additive de présenter une résistance mécanique et un état de surface compatible avec une application dans un procédé de fonderie à la cire perdue.
  • Tout d'abord, l'étape d'obtention du noyau en matériau céramique par un procédé de fabrication additive assure que le noyau puisse avoir des dimensions parfaitement adaptées aux circuits de refroidissement pour de nouvelles aubes de turbomachines. En outre, il est possible d'obtenir par fabrication additive des noyaux dont la géométrie ne serait pas démoulable.
  • En particulier, le procédé de fabrication additive permet d'accéder à des formes impossibles à réaliser par les procédés de fabrication de l'art antérieur, notamment ceux par compactage de poudre.
  • En outre, dans un procédé la composition de renforcement confère aux noyaux des propriétés mécaniques suffisantes pour résister à l'étape d'injection de cire nécessaire à tout procédé de fonderie à la cire perdue. En particulier, les noyaux sont au moins aussi bons que ceux de l'art antérieur en termes de propriétés mécaniques.
  • On définira ici et ailleurs dans la présente demande les « propriétés mécaniques » d'un noyau comme les paramètres habituels permettant de caractériser son comportement lorsqu'il est soumis à une sollicitation mécanique.
  • Les « propriétés mécaniques » d'un noyau donné peuvent être quantifiées notamment par la mesure de la résistance mécanique à la rupture et/ou la mesure de la résistance mécanique à la flexion dudit noyau.
  • Enfin, il est encore du mérite des inventeurs d'avoir déterminé des compositions aptes à servir de composition de renforcement. En effet, les inventeurs ont constaté que les compositions de renforcement existantes, notamment celles à base de résine époxy, et suffisantes pour les noyaux en matériau céramique de l'art antérieur, notamment ceux obtenus par moulage de céramique ne permettaient pas de donner aux noyaux céramiques obtenus par fabrication additive des propriétés mécaniques améliorées.
  • Sans vouloir être liés par la théorie, les inventeurs sont d'avis que les compositions de renforcement connues et développées pour les noyaux obtenus par compactage de poudre ne permettent pas une bonne imprégnation pour les noyaux obtenus par fabrication additive. Ils sont également d'avis que cela est dû aux différences pour la structure de la porosité des noyaux céramiques obtenus par les deux méthodes.
  • En effet, le diamètre moyen des porosités est plus petit pour les noyaux céramiques obtenus par fabrication additive, et les propriétés des compositions de renforcement doivent être adaptées, notamment en termes de viscosité, pour permettre un gain de propriétés mécaniques à ces noyaux.
  • En outre, les compositions de renforcement candidates doivent être dénuées de composés dont la manipulation est règlementée ou déconseillée, par exemple de composés classés cancérigènes, mutagènes ou reprotoxiques (aussi dits « CMR » par acronyme) pour faciliter la mise en place des nouveaux procédés.
  • Les compositions de renforcement à base d'une solution aqueuse d'alcool polyvinylique satisfont précisément à ces points.
  • Au-delà de la nature de la composition de renforcement, les différentes étapes du procédé résultent d'une succession d'optimisations mises au point par les inventeurs.
  • En particulier, l'étape d'égouttage a été choisie pour assurer qu'après l'étape d'imprégnation de la composition de renforcement à une pression réduite, cette dernière ne forme pas de défauts impactant négativement l'état de surface du noyau céramique.
  • En effet, lorsque l'étape d'égouttage est absente et qu'il est directement procédé à l'étape de séchage, la composition de renforcement peut se solidifier directement à la surface du noyau imprégné, ce qui peut causer l'apparition de défauts de surfaces tels que des aspérités, des bulles ou des dépôts non souhaités. La présence de tels défauts peut entraîner la mise au rebut du noyau car les dimensions de ce dernier sont capitales pour l'obtention d'un circuit de refroidissement optimum dans la pièce finale.
  • Enfin, l'étape de séchage du procédé est importante, car elle permet la solidification de l'ensemble de la composition de renforcement sur le noyau en matériau céramique ainsi que dans les porosités de ce dernier, conférant à l'ensemble des propriétés mécaniques, et notamment une résistance à la rupture et leur résistance mécanique à la flexion supérieures à celles qu'il aurait sans la composition de renforcement.
  • Dans un mode de réalisation, la composition de renforcement comprend une solution aqueuse d'alcool polyvinylique à un degré d'hydrolyse compris entre 83 % et 87 %.
  • Le « degré d'hydrolyse » d'un alcool polyvinylique s'entend au sens habituel et commercial de ce terme pour ce composé particulier. Notamment, le degré d'hydrolyse caractérise la proportion de fonctions alcool portées par la chaîne carbonée de l'alcool polyvinylique.
  • Ainsi que cela sera démontré par les exemples fournis à la fin de cette demande les inventeurs ont établis qu'un degré d'hydrolyse compris entre 83% et 87% permettait l'obtention des meilleures propriétés mécaniques pour le noyau en matériau céramique après imprégnation.
  • Dans un mode de réalisation, la composition de renforcement comprend, pour plus de 95% en masse une solution aqueuse d'alcool polyvinylique, voire est constituée d'une solution aqueuse d'alcool polyvinylique.
  • Dans un mode de réalisation, la composition de renforcement comprend une solution aqueuse d'alcool polyvinylique à une concentration comprise entre 85 g.L-1 et 115 g.L-1.
  • Dans un mode de réalisation, la composition de renforcement selon l'invention est constituée par une solution aqueuse d'alcool polyvinylique ayant une concentration comprise entre 85 g.L-1 et 115 g.L-1.
  • Ainsi que cela sera démontré par les exemples fournis à la fin de cette demande c'est pour de telles compositions que sont obtenues les meilleures propriétés mécaniques pour le noyau en matériau céramique après imprégnation.
  • Dans un mode de réalisation, la composition de renforcement selon l'invention est une solution organique.
  • Dans un mode de réalisation, la composition de renforcement selon l'invention ne comprend pas de matériaux réfractaires, en particulier choisis parmi le zircon, la mullite, la bauxite, le corindon, le quartz, le talc, le mica, l'andalousite, le cyanite et leurs mélanges.
  • Dans un mode de réalisation, la composition de renforcement selon l'invention sera éliminée du noyau au 1e traitement thermique dépassant les 100 - 200°C. Il s'agit donc d'un ajout temporaire et éphémère à la structure interne du noyau permettant précisément de renforcer les performances mécaniques du noyau lors d'une seule étape critique : l'injection cire.
  • Dans un mode de réalisation, l'étape d'imprégnation de la composition de renforcement peut être réalisée à une pression comprise entre 0,9 bar et 0,3 bar.
  • En effet, et ainsi que cela sera illustré par les exemples, c'est pour ces pressions que sont obtenues les meilleures propriétés mécaniques pour le noyau en matériau céramique après renforcement.
  • Dans un mode de réalisation, l'étape d'égouttage est réalisée pendant une durée comprise entre 30 minutes et 2,0 heures.
  • Les inventeurs ont établi qu'une durée trop courte pour l'étape d'égouttage ne permettait pas de se débarrasser convenablement de tous les défauts de surface qui nuiraient aux bonnes dimensions du noyau.
  • Au contraire, une durée trop longue de l'étape d'égouttage cause une évaporation trop importante de la composition de renforcement ce qui diminue l'efficacité de l'imprégnation de la pièce et donc l'effet sur les propriétés mécaniques du noyau final.
  • En outre il est souhaitable d'un point de vue industriel d'avoir des étapes les plus courtes possibles pour augmenter le rendement global du procédé.
  • C'est pourquoi une durée de 30 minutes à 2,0 heures pour l'étape d'égouttage représente ici un optimum pour l'obtention de bonnes propriétés mécaniques.
  • Dans un mode de réalisation, l'étape de séchage peut être réalisée à l'air libre ou dans une étuve à une température inférieure ou égale à 200°C.
  • Les inventeurs ont d'une part constaté qu'un séchage à l'air libre était suffisant pour obtenir l'effet souhaité pour la composition de renforcement. Il s'ensuit un procédé simple, car l'étape de séchage ne nécessite alors aucune ressource particulière.
  • Les inventeurs ont d'autre part constaté qu'un séchage à l'étuve permettait une meilleure évaporation des solvants de la composition de renforcement ce qui permet d'accélérer le procédé, et d'assurer que les composants actifs de la composition de renforcement ne risquent pas de se dégrader le temps de l'évaporation.
  • Dans un mode de réalisation, l'étape de séchage comprend une étape d'introduction du noyau dans une étuve à une température comprise entre 70°C et 90°C pendant une durée comprise entre 30 minutes et 2,0 heures.
  • En effet, les inventeurs ont déterminé qu'une telle température est un optimum permettant une excellente évacuation de l'eau contenue dans la composition de renforcement, tout en maîtrisant la température et donc les coûts associés à l'étape de séchage.
  • Dans un mode de réalisation, l'étape de séchage est réalisée par exposition du noyau à une unique température.
  • Un tel mode de réalisation, le noyau n'est pas exposé à des variations de la température imposée au cours de l'étape de séchage ce qui permet d'assurer une excellente reproductibilité industrielle.
  • En effet, une étape sans variation de température peut, par exemple, être réalisée par introduction de la pièce dans une étuve à une température régulée.
  • Une telle étape est beaucoup plus simple à réaliser qu'une étape qui comprendrait une rampe de chauffage et/ou une rampe de refroidissement. Il s'ensuit donc un procédé plus simple à réaliser.
  • Dans un mode de réalisation, le noyau en matériau céramique comprend de l'alumine, de la silice, de la zircone, de la mullite, de l'yttrine, du carbure de silicium ou un mélange de deux ou plus de ces composés.
  • Dans un mode de réalisation, la variation de masse du noyau pendant l'étape d'imprégnation est comprise entre 1% et 5% de la masse du noyau sec, c'est-à-dire le noyau avant son imprégnation.
    • Brève description des dessins
    • [Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique d'un noyau en matériau céramique obtenu par fabrication additive.
    • [Fig. 2] La figure 2 est une représentation schématique d'une aube en matériau métallique obtenue par un procédé de fonderie à la cire perdue utilisant un noyau en matériau céramique obtenu dans un mode de réalisation de l'invention.
    Description des modes de réalisation
  • L'invention est à présent décrite au moyen de figures, présentes à but descriptif pour illustrer certains modes de réalisation de l'invention et qui ne doivent pas être interprétées comme limitant cette dernière.
  • La figure 1 représente très schématiquement un noyau 100 en matériau céramique obtenu par fabrication additive.
  • La figure 1 lui représente un pied de noyau 111 destiné à faciliter la manutention du noyau en matériau céramique au cours des différentes étapes du procédé de fonderie, et une portion fonctionnelle du noyau 110 destinée à former le circuit de refroidissement.
  • Le pied du noyau 111 permet par exemple un positionnement précis du noyau dans un moule pour un procédé de fonderie à la cire perdue. Néanmoins, ce dernier sera usiné lors d'une étape finale, et sa géométrie n'est donc pas déterminante pour les besoins du circuit de refroidissement.
  • Dans un mode de réalisation, le noyau 100 peut comprendre de l'alumine, de la silice, de la zircone, de la mullite, de l'yttrine, du carbure de silicium ou un mélange de deux ou plus de ces composés.
  • Comme décrit, le noyau 100 en matériau céramique est obtenu par un procédé de fabrication additive.
  • Des méthodes permettant la création d'un tel noyau 100 sont connues en tant que telles et ne seront pas décrites ici plus en détail. Par exemple, la méthode de fabrication additive peut être une méthode de traitement numérique de la lumière (aussi dit DLP pour l'acronyme en langue anglaise « Digital Light Processing »).
  • Une telle méthode qui comprend la polymérisation d'une suspension photosensible liquide contenue dans une cuve grâce à un rayonnement UV sélectif.
  • Notamment une telle méthode permet d'imprimer des noyaux aux géométries plus complexes que celles accessibles aux méthodes de compactage de poudres céramiques habituellement utilisées pour la fabrication des noyaux en matériau céramique.
  • Une fois le noyau 100 obtenu, une composition de renforcement est appliquée à la surface du noyau.
  • Comme indiqué, l'imprégnation a lieu à une pression inférieure ou égale à 1 bar.
  • Par exemple, l'étape d'imprégnation de la composition de renforcement peut être réalisée à une pression comprise entre 0,9 et 0,3 bar.
  • Dans un mode de réalisation, l'imprégnation peut être réalisée en deux étapes, une première de mise sous vide d'une enceinte comprenant le noyau céramique à imprégner, et une deuxième d'alimentation de l'enceinte par la composition de renforcement jusqu'à ce que la composition de renforcement recouvre intégralement la pièce.
  • Une telle application de la composition de renforcement doit permettre une excellente imprégnation du noyau en matériau céramique et notamment de la porosité ouverte de ce dernier par la composition de renforcement.
  • Sans vouloir être liés par la théorie, les inventeurs sont d'avis que l'amélioration des propriétés mécaniques du noyau par l'imprégnation de la composition de renforcement est au moins en partie due au comblement des porosités ouvertes du noyau en matériau céramique par la composition polymérique ce qui augmente la contrainte minimale permettant l'apparition d'une fissure.
  • En outre, la contrainte minimale permettant de propager une fissure est également augmentée, car la nature ductile du polymère présente dans la composition de renforcement et qui recouvre le noyau céramique permet de lier entre elles les deux parois de la fissure, ce qui entrave sa propagation dans le matériau.
  • Dans un mode de réalisation, la quantité de composition de renforcement imprégnée peut être caractérisée par la variation de masse du noyau imprégné par rapport au noyau avant imprégnation.
  • Dans un mode de réalisation, la variation de masse du noyau pendant l'étape d'imprégnation est comprise entre 1% et 5% de la masse du noyau sec, c'est-à-dire du noyau avant son imprégnation.
  • Une fois l'étape d'imprégnation du noyau par la composition de renforcement réalisée, une étape d'égouttage est réalisée.
  • Cette étape d'égouttage peut être réalisée par disposition du noyau 100 sur un support vibrant.
  • De manière alternative, le noyau 100 revêtu de la composition de renforcement peut être suspendu à un support non représenté de sorte que l'égouttage se fasse par gravité.
  • Une fois égoutté, le noyau 100 est alors soumis à un traitement thermique de séchage.
  • Dans un mode de réalisation, le séchage peut être réalisé par disposition du noyau 100 dans une étuve, dont la température est contrôlée.
  • Après le séchage, le noyau 100 est prêt à être utilisé dans un procédé de fonderie à la cire perdue.
  • Un tel procédé est connu en tant que tel et permet finalement l'obtention d'une aube en matériau métallique 500 dont une cavité interne 510 à la forme du noyau en matériau céramique 100, ou plus précisément de sa portion 110, obtenu par le procédé d'obtention décrit plus haut.
  • Une telle aube est notamment représentée sur la figure 2.
  • Les pointillés en figure 2 indiquent que la cavité 510 est dans l'épaisseur de l'aube 500.
  • Dans un mode de réalisation, l'aube est une aube de turbomachine aéronautique.
    • Exemples
  • L'invention est à présent décrite au moyen d'un exemple qui permet d'évaluer plusieurs paramètres ajustables du procédé de fabrication.
  • Pour une comparaison représentative, les conditions de fabrication de différents noyaux réalisés pour quantifier l'influence d'un paramètre ne diffèrent des autres que par ce paramètre.
  • Ainsi, si l'on souhaite quantifier l'influence d'un paramètre (par exemple le degré d'hydrolyse de l'alcool polyvinylique) l'ensemble des échantillons obtenus avec divers degrés d'hydrolyse seront soumis à la même pression que lors de l'imprégnation de la composition de renforcement, à la même durée d'égouttage, à la même température du séchage.
  • Néanmoins, par concision on décrira ici une fois le procédé et l'on décrira l'ensemble des paramètres dont l'influence a été étudiée.
  • Tous les noyaux en matériau céramique de cet exemple ont été obtenu par une méthode de fabrication additive de traitement numérique de la lumière (DLP).
  • Par référence, il est mesuré qu'un noyau ne subissant aucun traitement de renforcement a une résistance à la flexion moyenne d'environ 10,0 MPa.
  • Une telle résistance à la flexion ne garantit par une tenue suffisante du noyau au moment de l'étape d'injection de cire d'un procédé à la cire perdue.
  • La préparation d'une solution de renforcement peut être réalisée de la manière suivante.
  • Un alcool polyvinylique commercial sous une forme solide est dissous dans de l'eau distillée.
  • Pour les besoins de l'exemple, la composition de renforcement est obtenue sous agitation magnétique à une température de 80°C.
  • Cela n'est toutefois pas spécifiquement nécessaire et d'autres méthodes permettant d'obtenir des compositions aux concentrations et aux degrés d'hydrolyse souhaités peuvent convenir.
  • Dans l'exemple, plusieurs compositions de renforcement sont préparées, avec un degré d'hydrolyse de l'alcool polyvinylique soit de 85 % soit de 98 %, et la concentration de la solution peut être de 50 g.L-1, 100 g.L-1 et 150 g.L-1.
  • Le noyau céramique est ensuite imprégné par la composition d'imprégnation.
  • Pour cela, l'imprégnation est réalisée en deux étapes, une première de mise sous vide d'une enceinte comprenant le noyau céramique à imprégner, et une deuxième d'alimentation de l'enceinte par la composition de renforcement jusqu'à ce que la composition de renforcement recouvre intégralement la pièce.
  • Plusieurs couples de vide et de durée pour l'imprégnation ont été testés :
    • un vide de 0,6 bar et une durée de 20 min ;
    • un vide de 0,6 bar et une durée de 35 min, mais appliqué en plusieurs fois : un premier vide de 20 min puis 3 séries de 5 minutes de vide avec retour à pression atmosphérique entre chaque étape de vide ;
    • un vide de 0,3 bar et une durée de 20 min ; et
    • un vide de 0,1 bar et une durée de 20 min.
  • Une fois l'imprégnation réalisée, le noyau est laissé pour égouttage.
  • Deux durées d'égouttage ont été testées : 1 heure et 144 heures.
  • Enfin, après l'égouttage, un séchage est réalisé par introduction du noyau égoutté dans une étuve.
  • Plusieurs profils de température pour le séchage ont été testés :
    • profil 1 : une rampe de 2°C/min de 20°C à 80°C suivie d'un palier d'une heure à 80°C, une rampe de 2°C/min de 80°C à 120°C suivie d'un palier de trente minutes à 120°C et une rampe de -2°C/min de 120°C à 20°C ;
    • profil 2 : une rampe de 2°C/min de 20°C à 80°C suivie d'un palier d'une heure à 80°C et une rampe de -2°C/min de 80°C à 20°C ; et
    • profil 3 : un palier d'une heure à 80°C (une insertion dans une étuve déjà chaude et un refroidissement non contrôlé à température ambiante).
  • Pour chaque échantillon, la résistance à la flexion est déterminée pour le noyau.
  • Le tableau 1 ci-après regroupe les résultats à comparer avec une résistance à la flexion de 10,0 MPa pour un noyau en matériau céramique sans composition de renforcement. [Table 2]
    Paramètre testé Résistance en flexion mesurée
    Degré d'hydrolyse 85% : 19,3 Mpa 98% : 18,3 MPa
    Concentration de la composition de renforcement 50 g/L : 14,5 MPa 100 g/L : 19,3 MPa 150 g/L : 13,7 MPa
    Valeur et durée du vide lors de l'imprégnation 0,6 bar 20min : 18,6 MPa 0,6 bar 35min : 17,5 MPa 0,3 bar 20min : 19,3 MPa 0,1 bar 20min : 17,5 MPa
    Durée de l'égouttage 1h : 16,8 MPa 144h : 14,6 MPa
    Température de profil 1 : profil 2 : profil 3 :
    l'étuve 16,8 MPa 17,2 MPa 18,6 MPa
  • Le tableau 2 illustre d'une part que le procédé proposé permet toujours d'augmenter la résistance en flexion d'un noyau en céramique.
  • En outre, le tableau 2 illustre pour chaque paramètre que des valeurs préférentielles sont effectivement liées à une augmentation finale de la résistance en flexion du noyau.

Claims (8)

  1. Procédé de fabrication d'un noyau (100) pour un procédé de fonderie à la cire perdue comprenant :
    - une étape d'obtention du noyau en matériau céramique par un procédé de fabrication additive ;
    - une étape d'imprégnation de la porosité ouverte du noyau par une composition de renforcement, la composition de renforcement comprenant une solution aqueuse d'alcool polyvinylique à un degré d'hydrolyse compris entre 82% et 98,4%, et à une concentration comprise entre 35 g.L-1 et 165 g.L-1 ; l'étape d'imprégnation étant réalisée à une pression inférieure ou égale à 1 bar,
    - une étape d'égouttage ; puis
    - une étape de séchage.
  2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel la composition de renforcement comprend une solution aqueuse d'alcool polyvinylique à un degré d'hydrolyse compris entre 83 % et 87 %.
  3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la composition de renforcement comprend une solution aqueuse d'alcool polyvinylique à une concentration comprise entre 85 g.L-1 et 115 g.L-1
  4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape d'égouttage est réalisée pendant une durée comprise entre 30 minutes et 2,0 heures.
  5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape de séchage comprend une étape d'introduction du noyau dans une étuve à une température comprise entre 70°C et 90°C pendant une durée comprise entre 30 minutes et 2,0 heures.
  6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le noyau (100) n'est pas exposé à des variations de la température pendant l'étape de séchage.
  7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le noyau (100) en matériau céramique comprend de l'alumine, de la silice, de la zircone, de la mullite, de l'yttrine, du carbure de silicium ou un mélange de deux ou plus de ces composés.
  8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la variation de masse du noyau pendant l'étape d'imprégnation est comprise entre 1% et 5% de la masse du noyau sec.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109014027A (zh) * 2018-10-17 2018-12-18 沈阳铸造研究所有限公司 一种3d打印铸造砂型芯用水基浸涂涂料及其生产工艺
CN117123731A (zh) * 2023-08-30 2023-11-28 共享新材料(山东)有限公司 一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109014027A (zh) * 2018-10-17 2018-12-18 沈阳铸造研究所有限公司 一种3d打印铸造砂型芯用水基浸涂涂料及其生产工艺
CN117123731A (zh) * 2023-08-30 2023-11-28 共享新材料(山东)有限公司 一种铸造工业用水基防脉纹涂料组合物

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIMPAN NATTHAPORN ET AL: "Influences of degree of hydrolysis and molecular weight of poly(vinyl alcohol) (PVA) on properties of fish myofibrillar protein/PVA blend films", vol. 29, no. 1, 1 October 2012 (2012-10-01), NL, pages 226 - 233, XP093235041, ISSN: 0268-005X, Retrieved from the Internet <URL:https://pdf.sciencedirectassets.com/271995/1-s2.0-S0268005X12X00031/1-s2.0-S0268005X12000677/main.pdf?hash=bfdba28dc51ad02033f2bcfc178b1eed31f8872cb0d1b4f6fcbc43063d65940d&host=68042c943591013ac2b2430a89b270f6af2c76d8dfd086a07176afe7c76c2c61&pii=S0268005X12000677&tid=spdf-f149ead1-d9de-452c-a215-dd7> [retrieved on 20241217], DOI: 10.1016/j.foodhyd.2012.03.007 *

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