Industrie Mag - Le journal de l'industrie.

Le Dr Chris Jackson explique pourquoi il est important de choisir le bon matériau à noyau céramique pour toute application de coulée, et décrit les propriétés et utilisations potentielles des matériaux adéquats.

Le secteur du moulage de précision fait appel aux noyaux céramiques pour tout un ensemble d’applications, en raison de leurs nombreuses propriétés avantageuses comme la résistance, les qualités de réfractaires et la stabilité en conditions extrêmes. Les noyaux permettent de créer des cavités internes trop petites ou complexes pour être « décortiquées » lors du processus de moulage de précision. Cependant, si l’on veut obtenir le meilleur résultat possible, le noyau céramique utilisé dans toute application doit être façonné dans les matériaux les plus appropriés : il existe, pour chaque application, un type particulier de céramique offrant la meilleure solution.

Le type d’alliage coulé est par ailleurs essentiel : les noyaux céramiques sont utilisables avec une large gamme d’alliages, y compris le nickel et les alliages à base de cobalt, les aciers, l’aluminium et le titane, sous réserve d’une parfaite adéquation entre l’alliage et la céramique. La taille et la complexité de la pièce à mouler auront aussi une incidence sur le choix des noyaux céramiques et sur la lixiviabilité, la capacité d’élimination du noyau après transformation.

Voici certains des matériaux à noyau céramique couramment utilisés, en détaillant les procédés de moulage et les situations dans lesquelles chacun d’entre eux est le plus adapté.

>97% d’alumine

Ce matériau se prête bien à la coulée Equiax, procédé dans lequel les moules sont préchauffés à une température légèrement inférieure à celle de la solidification de l’alliage. Ainsi, lorsque l’alliage pénètre dans le moule, il gèle rapidement et offre une structure à grains uniformes. Les matériaux céramiques à teneur en alumine >97% peuvent s’utiliser avec un large choix d’alliages, y compris ceux à base de nickel et de cobalt, et la céramique prend la forme d’un seul et même matériau avec une répartition particulaire grossière. Les matériaux céramiques à teneur en alumine >97% ne sont pas lixiviables au moyen de méthodes standards, mais ils présentent en revanche une grande résistance et des qualités de réfractaires.

>95% de zircon

Autre céramique idéale en coulée Equiax, celle à teneur en zircon >95%, particulièrement adaptée aux alliages à hauts niveaux de cobalt. Le cobalt réagit avec les noyaux qui contiennent une proportion élevée de silice, rendant les noyaux de silice impropres à ces applications. Les céramiques à teneur en zircon >95% ont une taille particulaire grossière et conviennent au moulage de pièces volumineuses et massives. Elles sont non réactives et s’éliminent mécaniquement ou par jet d’eau.

>94% de zircone

Les céramiques à teneur en zircone >94% sont principalement utilisées en coulée Equiax, et donnent d’excellents résultats conjointement avec des alliages de titane. Elles ont une taille particulaire fine et doivent être éliminées par vibration, jet de sable ou jet d’eau.

100% de silice fondue

Autre céramique principalement utilisée en coulée Equiax, la silice fondue, qui s’avère tout indiquée pour la plupart des alliages nickel et aluminium. Les céramiques de silice fondue sont proposées dans différentes répartitions granulométriques permettant la fabrication de tout un ensemble de géométries. Elles sont extrêmement lixiviables, y compris par jet d’eau. La silice fondue est à la fois stable, fragile, écrasable et résistante à la fissuration à chaud.

96% de silice fondue, 2% de zircon, 2% d’alumine

Cette combinaison forme un matériau céramique le plus souvent utilisé en coulée par solidification dirigée ou monocristalline, et avec la plupart des alliages DS et SX. La combinaison de 96% de silice fondue, 2% de zircon et 2% d’alumine est proposée dans diverses formes, avec en général une taille particulaire fine pour le moulage des petites pièces complexes. Elle est extrêmement lixiviable et, comme telle, idéale pour le moulage des passages aveugles et dans de petits noyaux complexes. Ce matériau céramique présente une grande stabilité aux températures élevées.

74% de silice fondue, 24% de zircon, 2% d’alumine

Le mélange très polyvalent constitué de 74% de silice fondue, 24% de zircon, 2% d’alumine peut être utilisé en coulée Equiax à solidification dirigée ou monocristalline, et avec des alliages ayant des préchauffages à haute température. Elle s’utilise souvent avec la plupart des alliages DS et SX à base de nickel. Proposé en différentes répartitions granulométriques, elle est ainsi utilisable pour la fabrication de tout un ensemble de géométries et présente une bonne lixiviabilité. La combinaison de 74% de silice fondue, 24% de zircon et 2% d’alumine offre une excellente stabilité à haute température et s’utilise dans un large éventail de tailles et conceptions de noyaux.

Autres procédés

D’autres procédés peuvent être appliqués, après cuisson du noyau céramique lui-même, pour optimiser ses performances lors du moulage de précision. Ces procédés comportent une imprégnation du noyau de façon à en améliorer la résistance à température ambiante ou élevée. Solutions d’imprégnation les plus courantes : silice colloïdale, polymère soluble dans l’eau et urée.

Autre procédé d’amélioration ajouté au noyau après cuisson et pouvant contribuer à optimiser les performances des noyaux céramiques en moulage de précision : le revêtement de la surface du noyau afin d’empêcher toute réaction de fusion du noyau, ou de contrôler l’augmentation de gain. Les revêtements les plus courants sont l’alumine et l’aluminate de cobalt.

Quel que soit le procédé de post-cuisson mis en œuvre, la plupart des matériaux s’éliminent facilement de la coulée, par lixiviation chimique ou jet d’eau.

Résumé

Les matériaux céramiques sont très répandus en moulage de précision dans un large éventail de secteurs industriels en raison de leurs nombreuses qualités, à commencer par la stabilité en conditions environnementales extrêmes, la résistance et la facilité d’élimination à l’issue du moulage. Les matériaux céramiques modernes conjuguent performances et rentabilité et s’avèrent parfaits pour les processus de moulage complexes. D’un côté, les procédés modernes permettent également d’adapter bon nombre de ces matériaux pour répondre aux besoins spécifiques des clients ; de l’autre, les outillages existants sont souvent utilisables pour produire des noyaux céramiques à base d’une multitude de matériaux.

http://www.mtccertech.com/