Contrôle du pH dans les barbotines de moulage à la cire perdue

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Je vous remercie pour l’intérêt continu que vous portez à ces courts articles : Dans cet article, nous allons parler de la mesure et du contrôle du pH avec des liants en silice colloïdale alcaline.

Qu’est-ce que le pH ?

À titre d’information, on considère que le concept moderne d’acidité et de basicité a été introduit par un scientifique danois Soeren Soerensen dans les années 1900. Membre de l’Université de Carlsberg, il espérait probablement, qu’un jour, toutes les solutions seraient mesurées de cette façon. 

Le pH est l’une de ces notions que tout le monde connaît, mais que peu comprennent, il effraie les non-initiés car il permet de commencer une phrase par une lettre minuscule. Cependant, il est facile à utiliser car il varie seulement de 0 à 14, une plage de chiffres que je peux très bien gérer en utilisant seulement 10 doigts et 4 orteils. Enfin…ce n’est pas tout à fait vrai, il est possible d’avoir un pH négatif et un pH supérieur à 14, mais il est peu probable que nous les rencontrions dans une salle d’enrobage. Nous nous en tiendrons donc à la définition apprise au lycée. Il est vrai, cependant, que je peux compter jusqu’à 14 en n’enlevant qu’une seule chaussette…

Le pH exprime la mesure dans laquelle une solution est acide ou alcaline, où les nombres les moins élevés sont acides, 7 est neutre et les nombres plus élevés sont basiques. Le pH est le logarithme négatif, à la base 10, de l’activité de l’ion hydronium aqueux H+, bien qu’il soit plus fréquemment appelé la mesure de la concentration en ions hydronium [H+].

Comment est-il mesuré ?

Quand j’étais à l’école, on testait le pH par spectrophotométrie. On utilisait un indicateur spécifique ou universel qui créait une couleur particulière pour un pH donné. Les échantillons étaient comparés à une norme lorsqu’une transition de couleur donnée se produisait. C’était la manière standard pour déterminer les inflexions réactionnelles par le pH au moment de réaliser, par exemple, une analyse gravimétrique des alliages. Si ça vous intéresse, mon indicateur préféré était le bleu de bromothymol qui passait du jaune au bleu à un pH de 9. Fascinant !

La vérité est qu’au cours des 30 dernières années, personne ne s’intéresse à l’analyse colorimétrique de pH et des bandes indicatrices, car la meilleure façon de déterminer le pH est de loin avec un pH-mètre compensateur de température automatique, qui est relativement petit et bon marché. Ces dispositifs sont fondamentalement un potentiomètre avec un bras de pont étant une électrode, et une référence.

Je connais au moins 4 types d’électrodes, et il y en a probablement plus, donc je ne vais pas décrire comment cela fonctionne, mais je vais simplement souligner l’importance d’une bonne hygiène de laboratoire, de l’utilisation de bons tampons pour un calibrage régulier, et d’un soin et d’un entretien appropriés de la sonde elle-même. Alors…

Pourquoi avons-nous besoin de surveiller et de corriger le pH

Si vous voulez la version longue, veuillez vous référer au livre « Chemistry of Silica » (Chimie de la silice) du Dr Iler. Pour ceux d’entre vous qui ne veulent pas s’investir de manière approfondie dans le travail du Dr Iler, je vais essayer d’expliquer.

Lorsque la silice colloïdale est hydrolysée, elle s’enroule comme une pelote de laine, et sur la face externe de cette pelote se trouve de la silice qui forme une liaison avec des ions hydroxyles libres [Si*OH]. Si nous rendons le pH plus basique, disons pH10, nous constatons que l’hydrogène devient libre de se dissocier, de sorte que nous nous retrouvons avec [Si*O-] et [H+]. En effet, lorsque le pH augmente, la concentration de [H+] diminue. Cela nous donne un avantage supplémentaire : avec toutes les particules de silice de charge négative présentes, elles se repoussent mutuellement, et donc ne se rapprochent jamais suffisamment l’une de l’autre pour se lier.

Lorsque le pH baisse, le degré de dissociation diminue et le [O-] devient plus susceptible d’être [OH]. La perte progressive de la charge négative signifie que les particules peuvent se rapprocher, jusqu’à ce que les particules interagissent et commencent à se gélifier.

Lorsque la réaction de gélification s’accélère, le liant en silice colloïdale commence à s’épaissir, ce qui entraîne une augmentation de la thixotropie de la barbotine.

Ce qui se passe habituellement est que la barbotine est effectivement maintenue en cours de traitement à une viscosité constante, avec la réaction de gélification se produisant. Ceci est obtenu en ajoutant un surplus d’eau de sorte que la teneur en silice soit réduite. En effet, la dilution signifie que les particules de silice sont plus éloignées, et interagissent donc moins fréquemment, et un degré de stabilité est maintenu. Cependant, une diminution continue de la teneur en silice et une augmentation de la viscosité du liant n’est jamais une bonne chose. La barbotine finira par perdre son pouvoir liant car la silice est trop réduite ou les mauvaises caractéristiques d’écoulement entraîneront une mauvaise carapace et, de ce fait, des défauts de moulage.

À terme, quelqu’un prendra la décision de jeter la barbotine et la remplacera. À mon avis, la décision de jeter la barbotine est toujours douloureuse, et presque toujours prise trop tard.

Il existe un proverbe en anglais qui commence par « For the want of a nail the shoe was lost, for the want of the shoe the horse was lost (À cause du clou, le fer fut perdu. À cause du fer, le cheval fut perdu.) » etc. Ce proverbe, qui explique l’effet papillon, est encore plus vrai dans le soin et le maintien du pH dans les liants à base de silice colloïdale ! Il est préférable d’y aller petit à petit, que d’attendre qu’un désastre se prépare…

Voici donc comment maintenir le pH dans un liant en silice colloïdale REMASOL®.

Le pH de la barbotine peut être augmenté en utilisant de l’hydroxyde d’ammonium (NH4OH) ou de l’hydroxyde de potassium (KOH). Les deux ont des avantages et des inconvénients.

Lorsqu’ils sont manipulés correctement, les deux peuvent être utilisés.

L’hydroxyde d’ammonium se décompose avec le temps et augmente la fréquence à laquelle les ajustements de pH doivent être faits. Il a aussi une forte odeur piquante et désagréable. Cependant, en raison de son pH relativement plus faible, il est plus facilement assimilé dans une barbotine que le KOH.

L’utilisation de KOH réduira la fréquence d’ajustement, mais des précautions supplémentaires (en raison de son fort caractère basique) doivent être prises lors de son utilisation à cette fin. Les petits ajouts de solution de KOH ne doivent pas réduire le caractère réfractaire de la carapace. Ce qui suit est une procédure recommandée pour l’utilisation de l’un des deux produits.

Préparer une solution à 2-2,5 % de KOH (environ 0,1 mol de solution) en utilisant de l’eau distillée et des pastilles ou flocons de KOH. (KOH est très caustique et un équipement approprié doit être utilisé lors de la fabrication ou de la manipulation d’une solution de KOH.)

Alternativement, 50 ml d’une solution de KOH à 45 %, disponible dans le commerce, peut être ajouté à 950 ml d’eau distillée pour produire la solution désirée. Après avoir suffisamment mélangé pour obtenir une solution uniforme, ajoutez la quantité nécessaire de solution de KOH diluée à la barbotine, tout en agitant. Une bonne agitation est nécessaire pour que la solution se mélange rapidement. Initialement, quelques essais seront nécessaires pour trouver la bonne quantité de solution de KOH à ajouter.

L’hydroxyde d’ammonium de qualité réactif (28 à 30 % NH3) doit être dilué à 50/50 avec de l’eau distillée ou désionisée. La solution qui en résulte doit être ajoutée lentement avec une bonne agitation à la barbotine. Étant donné que l’ammoniac perd rapidement de sa capacité, seule la quantité nécessaire pour un à deux jours d’ajouts doit être ajoutée. Le couvercle du contenant doit être replacé immédiatement pour éviter la perte de concentration d’ammoniac.

Attendre 30 minutes pendant que la solution se mélange, puis tester le pH à l’aide d’un pH-mètre standard.

Une bonne plage pour le pH de la barbotine est de 9,6 à 9,8.

Certaines fonderies préfèrent garder le pH de la barbotine dans une plage plus élevée, de 9,5 à 10,0. Si le pH de la barbotine se trouve entre 9,0 et 9,2, il faut prendre soin de ne pas choquer la barbotine.

Les ajustements pour amener le pH de la barbotine dans une plage plus élevée doivent être effectués en deux étapes (ou plus) plutôt qu’en une seule étape. Il est plus facile de maintenir le pH de la barbotine dans la plage désirée en effectuant des ajustements avant que le pH ne tombe trop bas. Si le pH d’une barbotine diminue trop (9,0), il peut être impossible de le faire augmenter et de le maintenir à un niveau élevé.

Si vous souhaitez obtenir plus d’aide concernant le contrôle du pH, n’hésitez pas à écrire ou à téléphoner à votre agent local ou à votre directeur régional REMET.

Il existe des solutions plus élégantes à ce programme d’entretien. REMET fabrique des liants qui ont une sensibilité réduite au pH et produit des liants complètement insensibles au pH. Donc, si cela vous intéresse, veuillez contacter votre directeur régional REMET.

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