Conception de la composition du revêtement pour les moulages en mousse perdue

Le revêtement des pièces moulées en mousse perdue doit posséder d'excellentes propriétés.

①. Résistance au feu : Le revêtement des pièces moulées à perte présente une tolérance suffisante à la température de coulée du métal en fusion et peut maintenir des propriétés physiques suffisantes.

②. Perméabilité à l'air : la vapeur d'EPS peut être évacuée en douceur de la couche de revêtement dans certaines conditions de pression négative.

③. Facilité de mise en œuvre : Facile à préparer, bonne performance de revêtement et de nivellement des pièces moulées à la main.

④. Performance de coque : Elle peut former une coque après une température élevée, peut éclater d'elle-même pendant le refroidissement et est facile à nettoyer.

Les revêtements utilisés pour le moulage à modèle perdu sont généralement préparés à partir de diverses matières premières et auxiliaires, comprenant principalement sept composants de base : granulats réfractaires, liants, agents de suspension, agents mouillants, antimousses, conservateurs et supports. Les composants de base des revêtements pour le moulage à modèle perdu incluent des matériaux réfractaires, des supports, des liants, des agents de suspension, des conservateurs, des tensioactifs, des antimousses, etc.

1. Les matériaux réfractaires constituent la structure des revêtements de fonderie à modèle perdu, assurant leur résistance à la chaleur, leur solidité et leur perméabilité à l'air, afin d'éviter les défauts tels que l'adhérence du sable et les bavures, et d'obtenir une surface lisse. Le choix des matériaux réfractaires dépend généralement du type de métal coulé, de la température de coulée, de l'épaisseur de la pièce et des propriétés du sable de moulage. Pour un résultat optimal, il est possible de mélanger des poudres d'un même matériau réfractaire mais de granulométries différentes, ou encore de mélanger plusieurs types de poudres de formes différentes. En fonderie à modèle perdu, le choix des charges réfractaires pour les revêtements repose principalement sur les propriétés suivantes : (1) réfractarité ; (2) densité ; (3) coefficient de dilatation thermique ; (4) forme et granulométrie des particules ; (5) réactivité chimique avec le métal en fusion ; (6) dégagement gazeux ; (7) compatibilité avec les autres composants du revêtement ; (8) impact sur la santé des opérateurs et l'environnement. Les plus couramment utilisés comprennent le dioxyde de silicium, l'alumine, le zircon, la chromite, le silicate d'aluminium, etc.

1.1 Poudre de quartz et poudre de quartz fondu

La poudre de quartz est une charge réfractaire traditionnelle. Son faible coût et l'abondance des ressources la rendent encore très prisée des fabricants. Cependant, sa réfractarité est faible et son coefficient de dilatation linéaire élevé. Elle convient donc uniquement aux revêtements de fonderie et aux revêtements de petites pièces en acier moulé. La poudre de quartz fondue, quant à elle, présente les caractéristiques suivantes : faible coefficient de dilatation thermique, bonne stabilité thermique, forte résistance au fluage à haute température, et est particulièrement adaptée aux revêtements de fonderie à modèle perdu.

1.2 Poudre de bauxite

La bauxite a été largement utilisée ces dernières années dans les revêtements ordinaires en acier moulé et en fonte en raison de sa haute réfractarité, de sa bonne stabilité chimique, de son faible coefficient de dilatation, de ses sources abondantes et de son faible prix.

La composition chimique de la bauxite Al2O3+SiO2, la température de frittage et la teneur en impuretés telles que Ti02 et Fe2O3 ont une grande influence sur le revêtement.

La granulométrie et la distribution des particules de bauxite sont des facteurs importants qui influent sur la densité et la perméabilité du revêtement, notamment pour les revêtements à matrice perdue. La perméabilité de ce dernier, qui détermine si les produits de pyrolyse du moule en mousse plastique peuvent s'évacuer facilement à travers le revêtement lors du frittage, est une caractéristique majeure qui le distingue des autres revêtements de fonderie en sable.

La granulométrie de la bauxite utilisée dans les revêtements à cire perdue est la suivante : -270 mesh à -320 mesh : 78 % ; -200 mesh à -270 mesh : 15 % ; -100 mesh à -200 mesh : 5 % ; +100 mesh : ≤ 2 %. Cette granulométrie est également applicable au classement d’autres charges réfractaires. La granulométrie de la poudre de bauxite utilisée dans les revêtements de fonderie en sable est la suivante : -270 mesh à 320 mesh, avec une concentration de 96 % +270 mesh : ≤ 1 %.

1.3 Poudre de zircon et poudre N-3

La poudre de zircon est issue du sable de zircon. Elle présente un faible coefficient de dilatation linéaire, une bonne stabilité aux chocs thermiques, une réfractarité élevée et ne réagit pas chimiquement avec la plupart des alliages à haute température. C'est une excellente charge réfractaire, principalement utilisée pour les pièces moulées en acier inoxydable et en acier fortement allié. La poudre de zircon importée est généralement broyée par broyage à jet d'air. Sa teneur en ZrO₂ est supérieure à 65 % et sa teneur en impuretés est faible. La poudre de zircon produite localement est généralement broyée par broyage Raymond, ce qui explique sa teneur en impuretés relativement élevée. Ces dernières années, l'approvisionnement en poudre de zircon est devenu plus complexe et son prix a augmenté. De nombreux fabricants de revêtements recherchent des alternatives à la poudre de zircon afin de réduire le coût des revêtements pour l'acier moulé.

La poudre N-3 est synthétisée à partir de plusieurs matériaux réfractaires naturels en proportions adéquates, par fusion électrique, broyage et décapage. Sa réfractarité, son coefficient de dilatation linéaire et sa stabilité chimique sont proches de ceux de la poudre de zircon, et elle ne réagit pas avec les oxydes alcalins tels que Fe₂O₃, ce qui améliore les propriétés anti-sable du revêtement. Son prix est trois fois inférieur à celui de la poudre de zircon.

1.4 Poudre de magnésie et poudre de forstérite

La poudre de magnésie et la poudre de forstérite sont généralement utilisées comme matériaux réfractaires de choix pour la préparation de revêtements destinés aux pièces moulées en acier alcalin. Le principal composant de la poudre de magnésie est un bloc fritté obtenu par calcination de magnésite naturelle (MgCO3) par broyage, concassage et séparation magnétique. Les points suivants méritent une attention particulière :

① Le bloc fritté doit être ce qu'on appelle un bloc brûlé calciné à 1500℃-1600℃, avec des particules denses et dures et une teneur en MgO supérieure à 90%, sinon le revêtement est sujet à la fissuration lors de la coulée à haute température.

② Le bloc fritté contient une grande quantité de substances magnétiques telles que le fer et l'oxyde de fer. Si vous souhaitez obtenir une poudre de magnésie de haute qualité, la séparation magnétique est une étape essentielle.

③) La poudre de magnésie absorbe facilement l'eau et durcit à cause de l'humidité, il faut donc accorder une attention particulière à la teneur en humidité de la poudre.

Il convient de contrôler principalement la teneur en oxyde de fer dans la poudre de forstérite, qui ne doit pas dépasser 10 %. Plus la teneur en serpentine (silicate de magnésium hydraté) est faible, mieux c'est, généralement pas plus de 20 %, car au-delà, la réfractarité diminue et les pertes au feu ainsi que le dégagement de gaz augmentent.

1.5 Poudre de corindon brun et poudre de corindon blanc

Le corindon brun est fabriqué à partir de bauxite et obtenu par traitement à haute température entre 2000 °C et 2400 °C. Le corindon blanc est obtenu par fusion électrique et recristallisation de poudre d'alumine. Son minéral principal est l'alumine α (Al₂O₃), dont la teneur est supérieure à 94 % pour le premier et à 97 % pour le second. Le corindon présente une dureté élevée, un point de fusion élevé, une conductivité thermique élevée, une bonne stabilité thermique, une faible tendance à la fissuration et une bonne résistance aux acides et aux bases. La poudre de corindon brun convient à la préparation de revêtements pour pièces moulées à modèle perdu en acier ordinaire et en acier allié. La poudre de corindon blanc, quant à elle, est souvent utilisée comme charge composite pour les revêtements de grandes pièces en acier moulé en raison de son prix plus élevé. Il est important de noter que la granulométrie et la qualité de la poudre de corindon diffèrent selon qu'elle est utilisée pour des applications abrasives ou pour des revêtements de fonderie. Lors de son utilisation, sa granulométrie doit être adaptée à la composition granulométrique de la charge réfractaire requise pour les revêtements.

1.6 Autres charges réfractaires

Outre les charges réfractaires mentionnées précédemment, on trouve également la poudre de mullite, la poudre de chromite, la poudre de corindon à haute teneur en aluminium, la poudre de diatomées, le talc, la poudre de mica, la poudre de feldspath, etc. Selon les exigences fonctionnelles du revêtement pour moulage à modèle perdu, ces charges peuvent être utilisées seules ou en mélange. En résumé, les charges réfractaires constituent l'élément principal du revêtement et déterminent son efficacité. Lors de leur sélection, il convient de prendre en compte la composition minérale, la pureté, la teneur en impuretés, la granulométrie et d'autres caractéristiques des charges réfractaires.

Le liant du revêtement pour moulage à la cire perdue permet d'ajuster sa viscosité. Ce revêtement est généralement de l'eau, rarement de l'alcool ; les autres solvants organiques susceptibles de réagir chimiquement avec le modèle en mousse sont à proscrire.

Le liant assure la cohésion des composants du revêtement et garantit son adhérence à la surface du modèle en mousse lors de l'application au pinceau. Il est généralement composé d'un ou plusieurs liants organiques. Outre son rôle d'adhérence avant séchage, le liant confère également au revêtement une certaine résistance après séchage et lors du coulage.

La fonction principale de l'agent de suspension est de former un colloïde avec le support afin de mettre en suspension la poudre céramique réfractaire, d'assurer la fluidité du revêtement et d'empêcher l'agrégation et la précipitation des particules solides.

Les agents de conservation contrôlent la prolifération des bactéries et des micro-organismes dans le revêtement afin d'empêcher celui-ci de pourrir et de se détériorer.

Les tensioactifs facilitent principalement le mouillage des particules solides lors du processus de production du revêtement et permettent au revêtement Lost Foam Castings de mieux mouiller la surface du modèle en mousse lors de son utilisation.

Les agents antimousse servent à prévenir la formation excessive de mousse lors de la production et de l'utilisation des revêtements. Des pigments peuvent également être ajoutés au revêtement pour des raisons esthétiques et pour faciliter son application. De nombreuses options existent pour les différents composants, mais il convient de noter que certains interagissent entre eux et que d'autres peuvent affecter simultanément plusieurs aspects du revêtement.