Le travail des métaux comprend la coulée, le soudage, le brasage, le forgeage, le brasage, la fabrication et le traitement de surface du métal. Le travail des métaux devient de plus en plus courant, car les artistes des pays en développement commencent également à utiliser le métal comme matériau sculptural de base. Alors que de nombreuses fonderies d'art sont gérées commercialement, les fonderies d'art font souvent partie des programmes d'art des collèges.
Dangers et précautions
Moulage et fonderie
Les artistes envoient leur travail à des fonderies commerciales ou peuvent couler du métal dans leurs propres studios. Le procédé à la cire perdue est souvent utilisé pour couler de petites pièces. Les métaux et alliages couramment utilisés sont le bronze, l'aluminium, le laiton, l'étain, le fer et l'acier inoxydable. L'or, l'argent et parfois le platine sont utilisés pour le moulage de petites pièces, notamment pour la joaillerie.
Le procédé de la cire perdue comporte plusieurs étapes :
- faire la forme positive
- faire le moule d'investissement
- combustion de la cire
- faire fondre le métal
- scories
- verser le métal en fusion dans le moule
- enlever le moule
La forme positive peut être réalisée directement en cire ; il peut également être réalisé en plâtre ou autres matériaux, un moule négatif en caoutchouc puis le positif final coulé en cire. Le chauffage de la cire peut entraîner des risques d'incendie et la décomposition de la cire par surchauffe.
Le moule est couramment fabriqué en appliquant un revêtement contenant de la silice sous forme de cristobalite, créant un risque de silicose. Un mélange 50/50 de plâtre et de sable à mailles 30 est un substitut plus sûr. Les moules peuvent également être fabriqués en utilisant du sable et de l'huile, des résines de formaldéhyde et d'autres résines comme liants. Beaucoup de ces résines sont toxiques par contact avec la peau et par inhalation, nécessitant une protection cutanée et une ventilation.
La forme de cire est brûlée dans un four. Cela nécessite une ventilation par aspiration locale pour éliminer l'acroléine et les autres produits irritants de décomposition de la cire.
La fusion du métal se fait généralement dans un four à creuset à gaz. Une hotte à auvent évacuée vers l'extérieur est nécessaire pour éliminer le monoxyde de carbone et les vapeurs métalliques, y compris le zinc, le cuivre, le plomb, l'aluminium, etc.
Le creuset contenant le métal en fusion est ensuite retiré du four, le laitier en surface enlevé et le métal en fusion versé dans les moules (figure 1). Pour les poids inférieurs à 80 livres de métal, le levage manuel est normal ; pour des poids plus importants, un équipement de levage est nécessaire. La ventilation est nécessaire pour les opérations de décrassage et de coulée afin d'éliminer les vapeurs métalliques. Les moules en sable de résine peuvent également produire des produits de décomposition dangereux à cause de la chaleur. Des écrans faciaux protégeant contre le rayonnement infrarouge et la chaleur, et des vêtements de protection individuelle résistant à la chaleur et aux éclaboussures de métal en fusion sont indispensables. Les sols en ciment doivent être protégés contre les projections de métal en fusion par une couche de sable.
Figure 1. Coulée de métal en fusion dans une fonderie d'art.
Ted Rickard
La rupture du moule peut entraîner une exposition à la silice. Une ventilation par aspiration locale ou une protection respiratoire est nécessaire. Une variante du processus de cire perdue appelée processus de vaporisation de la mousse consiste à utiliser de la mousse de polystyrène ou de polyuréthane au lieu de la cire et à vaporiser la mousse lors de la coulée du métal en fusion. Cela peut libérer des produits de décomposition dangereux, notamment du cyanure d'hydrogène de la mousse de polyuréthane. Les artistes utilisent souvent de la ferraille provenant de diverses sources. Cette pratique peut être dangereuse en raison de la présence possible de peintures contenant du plomb et du mercure, et de la présence possible de métaux comme le cadmium, le chrome, le nickel, etc. dans les métaux.
Fabrication
Le métal peut être coupé, percé et limé à l'aide de scies, de perceuses, de cisailles et de limes à métaux. La limaille de métal peut irriter la peau et les yeux. Les outils électriques peuvent provoquer des décharges électriques. Une mauvaise manipulation de ces outils peut entraîner des accidents. Des lunettes sont nécessaires pour protéger les yeux des copeaux volants et de la limaille. Tous les équipements électriques doivent être correctement mis à la terre. Tous les outils doivent être soigneusement manipulés et stockés. Le métal à fabriquer doit être solidement fixé pour éviter les accidents.
Forger
Le forgeage à froid utilise des marteaux, des maillets, des enclumes et des outils similaires pour modifier la forme du métal. Le forgeage à chaud consiste à chauffer en plus le métal. Le forgeage peut créer de grandes quantités de bruit, ce qui peut entraîner une perte auditive. De petits éclats de métal peuvent endommager la peau ou les yeux si des précautions ne sont pas prises. Les brûlures sont également un danger avec le forgeage à chaud. Les précautions comprennent de bons outils, une protection oculaire, un nettoyage de routine, des vêtements de travail appropriés, l'isolement de la zone de forgeage et le port de bouchons d'oreille ou de cache-oreilles.
Le forgeage à chaud implique la combustion de gaz, de coke ou d'autres combustibles. Une hotte à auvent pour la ventilation est nécessaire pour évacuer le monoxyde de carbone et les éventuelles émissions d'hydrocarbures aromatiques polycycliques, et pour réduire l'accumulation de chaleur. Des lunettes infrarouges doivent être portées pour se protéger contre le rayonnement infrarouge.
Traitement de surface
Le traitement mécanique (taillage, repoussage) se fait avec des marteaux, la gravure avec des outils tranchants, la gravure avec des acides, la photogravure avec des acides et des produits photochimiques, la galvanoplastie (placage d'un film métallique sur un autre métal) et l'électroformage (placage d'un film métallique sur un objet non métallique ) avec des acides et des solutions de cyanure et des colorants métalliques avec de nombreux produits chimiques.
La galvanoplastie et l'électroformage utilisent souvent des sels de cyanure, dont l'ingestion peut être mortelle. Un mélange accidentel d'acides et de la solution de cyanure produira du gaz de cyanure d'hydrogène. Ceci est dangereux à la fois par absorption cutanée et par inhalation - la mort peut survenir en quelques minutes. L'élimination et la gestion des déchets des solutions de cyanure usagées sont strictement réglementées dans de nombreux pays. La galvanoplastie avec des solutions de cyanure doit être effectuée dans une usine commerciale ; sinon, utilisez des substituts qui ne contiennent pas de sels de cyanure ou d'autres matériaux contenant du cyanure.
Les acides sont corrosifs et une protection de la peau et des yeux est nécessaire. Une ventilation par aspiration locale avec des conduits résistants aux acides est recommandée.
L'anodisation des métaux tels que le titane et le tantale consiste à les oxyder à l'anode d'un bain électrolytique pour les colorer. L'acide fluorhydrique peut être utilisé pour le pré-nettoyage. Évitez d'utiliser de l'acide fluorhydrique ou utilisez des gants, des lunettes et un tablier de protection.
Les patines utilisées pour colorer les métaux peuvent être appliquées à froid ou à chaud. Les composés de plomb et d'arsenic sont très toxiques sous toutes leurs formes, et d'autres peuvent dégager des gaz toxiques lorsqu'ils sont chauffés. Les solutions de ferricyanure de potassium dégagent du gaz cyanure d'hydrogène lorsqu'elles sont chauffées, les solutions d'acide arsenique dégagent du gaz arsine et les solutions de sulfure dégagent du gaz sulfure d'hydrogène. Une très bonne ventilation est nécessaire pour la coloration des métaux (figure 2). Les composés d'arsenic et le chauffage des solutions de ferrocyanure de potassium doivent être évités.
Figure 2. Application d'une patine sur du métal avec une hotte à fente.
Ken Jones
Processus de finition
Le nettoyage, le meulage, le limage, le sablage et le polissage sont quelques traitements finaux pour le métal. Le nettoyage implique l'utilisation d'acides (décapage). Cela implique les risques liés à la manipulation des acides et des gaz produits lors du processus de décapage (tels que le dioxyde d'azote de l'acide nitrique). Le meulage peut entraîner la production de fines poussières métalliques (qui peuvent être inhalées) et de lourdes particules volantes (qui présentent un danger pour les yeux).
Le sablage (décapage abrasif) est très dangereux, en particulier avec du sable réel. L'inhalation de fines poussières de silice provenant du sablage peut provoquer une silicose en peu de temps. Le sable doit être remplacé par des billes de verre, de l'oxyde d'aluminium ou du carbure de silicium. Les scories de fonderie ne doivent être utilisées que si l'analyse chimique ne révèle pas de silice ou de métaux dangereux tels que l'arsenic ou le nickel. Une bonne ventilation ou protection respiratoire est nécessaire.
Le polissage avec des abrasifs tels que le rouge (oxyde de fer) ou le tripoli peut être dangereux car le rouge peut être contaminé par de grandes quantités de silice libre et le tripoli contient de la silice. Une bonne ventilation de la meule de polissage est nécessaire.
Soudage
Les risques physiques liés au soudage comprennent le danger d'incendie, les chocs électriques causés par l'équipement de soudage à l'arc, les brûlures causées par des étincelles de métal en fusion et les blessures causées par une exposition excessive aux rayons infrarouges et ultraviolets. Les étincelles de soudage peuvent parcourir 40 pieds.
Le rayonnement infrarouge peut provoquer des brûlures et des lésions oculaires. Le rayonnement ultraviolet peut provoquer des coups de soleil ; une exposition répétée peut entraîner un cancer de la peau. Les soudeurs à l'arc électrique en particulier sont sujets à l'œil rose (conjonctivite) et certains ont des dommages à la cornée dus à l'exposition aux UV. Une protection cutanée et des lunettes de soudage avec des verres de protection UV et IR sont nécessaires.
Les chalumeaux à oxyacétylène produisent du monoxyde de carbone, des oxydes d'azote et de l'acétylène non brûlé, qui est une substance légèrement intoxicante. L'acétylène commercial contient de petites quantités d'autres gaz toxiques et d'impuretés.
Les bouteilles de gaz comprimé peuvent présenter à la fois des risques d'explosion et d'incendie. Tous les cylindres, raccords et flexibles doivent être soigneusement entretenus et inspectés. Toutes les bouteilles de gaz doivent être stockées dans un endroit sec, bien ventilé et à l'abri des personnes non autorisées. Les bouteilles de carburant doivent être entreposées séparément des bouteilles d'oxygène.
Le soudage à l'arc produit suffisamment d'énergie pour convertir l'azote et l'oxygène de l'air en oxydes d'azote et en ozone, qui sont des irritants pulmonaires. Lorsque le soudage à l'arc est effectué à moins de 20 pieds de solvants de dégraissage chlorés, du gaz phosgène peut être produit par le rayonnement UV.
Les fumées métalliques sont générées par la vaporisation des métaux, des alliages métalliques et des électrodes utilisées dans le soudage à l'arc. Les flux de fluorure produisent des fumées de fluorure.
La ventilation est nécessaire pour tous les procédés de soudage. Alors que la ventilation par dilution peut être adéquate pour le soudage de l'acier doux, une ventilation par aspiration locale est nécessaire pour la plupart des opérations de soudage. Des capots à brides mobiles ou des capots à fentes latérales doivent être utilisés. Une protection respiratoire est nécessaire si la ventilation n'est pas disponible.
De nombreuses poussières et fumées métalliques peuvent provoquer une irritation et une sensibilisation de la peau. Il s'agit notamment des poussières de laiton (cuivre, zinc, plomb et étain), de cadmium, de nickel, de titane et de chrome.
De plus, il existe des problèmes avec les matériaux de soudage qui peuvent être recouverts de diverses substances (par exemple, de la peinture au plomb ou au mercure).