(19)
(11) EP 0 037 033 A1

(12) DEMANDE DE BREVET EUROPEEN

(43) Date de publication:
07.10.1981  Bulletin  1981/40

(21) Numéro de dépôt: 81102095.7

(22) Date de dépôt:  20.03.1981
(51) Int. Cl.3C25D 7/04
(84) Etats contractants désignés:
AT BE CH DE FR GB IT LI LU NL SE

(30) Priorité: 27.03.1980 FR 8006834

(71) Demandeurs:
  • ALSTHOM-ATLANTIQUE Société anonyme dite:
    F-75784 Paris Cédex 16 (FR)
  • TSM. TRAITEMENTS DE SURFACE ET MECANIQUE Société Anonyme dite
    F-95450 Vigny (FR)

(72) Inventeurs:
  • Coulon, André
    F-90160 Bessoncourt (FR)
  • Blanc, Jacques
    F-69006 Lyon (FR)
  • Pellus, Gilbert
    F-78740 Evecquemont (FR)

(74) Mandataire: Weinmiller, Jürgen et al
Lennéstrasse 9 Postfach 24
82336 Feldafing
82336 Feldafing (DE)


(56) Documents cités: : 
   
       


    (54) Procédé et dispositif de dépôt métallique sur un alésage de révolution de grand diamètre traversant de part en part la partie centrale d'une pièce de grandes dimensions


    (57) L'invention consiste à disposer et centrer la pièce (1) entre une cuve supérieure (4) et une cuve inférieure (3) de sorte à définir une enceinte (8) remplie d'électrolyte à l'intérieur de laquelle se trouve l'alésage (2) et d'où dépasse la partie périphérique (9) de la pièce (1). L'électrolyte est homogénéisé et régénéré en continu à l'enceinte (8) avant d'être injecté dans l'enceinte (8) et d'être entrainé selon un mouvement hélicoïdal descendant au niveau de l'alésage (2). Le dépôt métallique a lieu sous l'effet d'un courant circulant entre des anodes (14) en métal disposées dans l'alésage (2) et la pièce (1) servant de cathode.
    L'invention est mise en oeuvre pour déposer du nickel sur les alésages de disques de rotor de turbine afin de rattraper une cote ou éviter la corrosion sous tension.




    Description


    [0001] La présente invention a trait tout d'abord à un procédé de dépôt métallique sur un alésage de révolution traversant de part en part la partie centrale d'une pièce de grandes dimensions. Ces pièces de grandes dimensions sont par exemple des disques de rotor de turbine qui sont fixés sur un arbre par frettage avec ou sans clavetage supplémentaire.

    [0002] On sait que lorsque les disques sont défrettés pour être vérifiés, il est nécessaire de rattraper la cote de leur alésage avant de les fretter de nouveau. Pour rattraper cette cote sans affecter les caractéristiques du métal de base on dépose sur cet alésage une feuille de nickel.

    [0003] On peut également revêtir de nickel l'alésage d'un disque pour éviter la corrosion sous tension (en anglais : fretting corrosion ou stress corrosion cracking) qui peut prendre naissance entre deux pièces frettées .

    [0004] On sait en effet, par exemple, que les rotors de turbines constitués de disques frettés sur un arbre subissent, à chaque mise en route, une répartition de contraintes telle, que de petits déplacements différentiels entre les pièces frettées entraînent à leur liaison une usure telle qu'un grippage ou un frottement conduisant à une corrosion particulièrement active si le milieu ambiant est aqueux.

    [0005] Le dépôt de nickel qui doit avoir une moyenne ou forte épaisseur (entre 0,1 et plusieurs millimètres) est réalisé par voie mécanique (clinquant, douille, etc..).

    [0006] Pour améliorer la qualité du dépôt, celui-ci est réalisé selon l'invention par voie électrolytique.

    [0007] Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on dispose et centre la pièce de grandes dimensions entre une cuve supérieure et une cuve inférieure ayant un axe de symétrie vertical commun de façon que l'alésage ait son axe de symétrie confondu avec l'axe des cuves et que les deux cuves et la piècedéfinissent une enceinte à l'intérieur de laquelle est disposé l'alésage et à - l'extérieur de laquelle dépasse la partie périphérique de la pièce, qu'on remplit ladite enceinte d'électrolyte et on fait circuler rapidement l'électrolyte entre un tube d'alimentation débouchant dans ladite enceinte et un tube d'évacuation situé au bas de la cuve inférieure, l'électrolyte étant régénéré à l'extérieur de l'enceinte après son évacuation et avant d'être réinjecté par le tube d'alimentation, l'électrolyte à l'intérieur de l'enceinte étant entraîné dans un mouvement hélicoidal descendant au niveau de l'alésage de la pièce, et qu'on fait circuler simultanément un courant continu entre d'une part un rideau d'anodes disposées face à l'alésage symétriquement autour de l'axe des cuves et d'autre part la pièce de grandes dimensions servant de cathode.

    [0008] L'invention a également trait à un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus qui est caractérisé en ce qu'il comporte

    - un socle muni d'une cuve inférieure de révolution d'axe vertical

    - une cuve supérieure de révolution de même axe que celui de la cuve inférieure,

    - les deux cuves étant disposées en regard l'une de l'autre et définissant avec la pièce située entre les deux une enceinte pouvant être remplie d'électrolyte à l'intérieur de laquelle se trouve l'alésage dont l'axe se confond avec l'axe des cuves tandis que la partie périphérique de la pièce située autour de l'alésage dépasse à l'extérieur de ladite enceinte,

    - des moyens d'étanchéité entre la cuve inférieure et la pièce et entre la pièce et la cuve supérieure,

    - des moyens d'alimentation en électrolyte débouchant sur l'axe ou d'une façon symétrique par rapport à l'axe à l'intérieur de l'alésage et envoyant l'électrolyte vers le haut,

    - des moyens d'évacuation de l'électrolyte situés au bas de la cuve inférieure,

    - des moyens pour faire circuler en continu l'électrolyte et pour le régénérer situés entre les moyens d'évacuation et les moyens d'ali mentation,

    - un rideau d'anodes constituées du métal à déposer et disposées à l'intérieur de l'alésage d'une façon symétrique autour de l'axe des deux cuves, la pièce de grandes dimensions servant de cathode,

    - une communication avec l'extérieur située à la partie supérieure de l'enceinte.



    [0009] Grâce au dispositif selon l'invention, seule la partie centrale de la pièce est plongée dans le bain d'électrolyte. Ainsi on n'a pas plongé les parties périphériques de la pièce qui peut être délicate dans l'électrolyte et de plus, sans précaution spéciale, on a empêché le dépôt du métal sur cette partie périphérique.

    [0010] Enfin le dispositif selon l'invention est constitué avec des cuves de dimensions réduites qui ne doivent pas contenir la totalité de la pièce de grandes dimensions.

    [0011] On connaît un dispositif et procédé permettant de déposer une couche de métal à l'intérieur de l'alésage d'une pièce de métal par exemple par le document US-A 4.111.761.

    [0012] Dans le dispositif connu la pièce est entourée d'une enceinte de plus grand diamètre qui est serrée entre un couvercle inférieur et un couvercle supérieur. Dans ce dispositif la circulation de l'électrolyte se fait par injection tantôt dans le couvercle supérieur tantôt dans le couvercle inférieur si bien qu'il se produit le long de l'alésage de petites dimensions une circulation de l'électrolyte alternativement dans le sens descendant et dans le sens montant.

    [0013] Dans le dispositif et le procédé selon l'invention grâce à la circulation hélicoidale de l'électrolyte et par la disposition symétrique par rapport à l'axe des anodes et de l'injection d'électrolyte on obtient dans l'alésage un dépôt très régulier et disposé dans le sens périphérique.Un tel dépôt permet une grande résistance aux efforts lorsque la pièce montée sur un arbre est entraînée en rotation.

    [0014] Selon une réalisation de l'invention les moyens servant à entraîner l'électrolyte dans un mouvement hélicoïdal au voisinage de l'alésage comportent un anneau d'axe vertical confondu avec l'axe des cubes et situé légèrement au dessus de l'alésage, le diamètre de l'anneau étant inférieur à celui de l'alésage, ledit anneau étant percé de petits orifices disposés sur un cercle et projetant de l'air comprimé vers l'intérieur de l'alésage dans des directions D se déduisant l'une de l'autre par une rotation autour de l'axe vertical, chacune faisant un angle b avec un plan vertical passant par l'orifice considéré, l'air insufflé étant évacué par une communication avec l'extérieur située à la partie supérieure de l'enceinte.

    [0015] Pour améliorer la régularité du mouvement hélicoïdal, on adjoint à l'anneau supérieur un anneau inférieur symétrique par rapport au centre de l'alésage.

    [0016] Afin de favoriser la circulation de l'électrolyte au contact de l'alésage, on utilise des moyens situés dans la cuve inférieure dans l'axe des cuves pour imprimer à l'électrolyte, au voisinage de l'axe et qui aurait tendance à rester stagnant, un mouvement ascendant.

    [0017] Selon l'invention le dispositif comporte de préférence des moyens permettant de maintenir la température de l'électrolyte à l'intérieur de l'enceinte à un niveau constant. Ces moyens comportent par exemple une sonde permettant de détecter la température et une résistance électrique dont la mise en marche est réalisée chaque fois que la température détectée par la sonde tombe en dessous d'un niveau déterminé.

    [0018] Le métal à déposer sera en général du nickel pur ayant un pourcentage de soufre inférieur à 0,01%.

    [0019] L'invention va maintenant être décrite plus en détail en se référant à un mode de réalisation particulier cité à titre d'exemple non limitatif et représenté par les dessins annexés.

    [0020] 

    La figure 1 représente un dispositif selon l'invention.

    La figure 2 représente une vue partielle dudit dispositif à savoir de l'anneau supérieur disposé au dessus de l'alésage.

    Les figures 3 et 4 représentent deux vues d'une variante de réalisation des orifices d'un anneau selon la figure 2.



    [0021] Sur la figure 1 on a représenté un disque de rotor de turbine 1 comportant dans sa région centrale un alésage ou partie femelle 2 de révolution destinée à être frettée sur un arbre. La surface de l'alésage 2 a été préparée au préalable par exemple par grenaillage.

    [0022] Le disque 1 est centré entre une cuve inférieure 3 et une cuve supérieure 4 se faisant face et admettant un même axe vertical de symétrie. L'axe de l'alésage 2 est alors confondu avec l'axe des cuves 3 et 4. La cuve inférieure 3 comporte une partie cylindrique- placée au dessus d'une partie cônique 6 dont la pointe est dirigée vers le bas. La partie cylindrique de la cuve 3 et la partie conique 6 sont reliées à un socle 7.

    [0023] Les cuves 3 et 4 définissent avec la pièce 1 une enceinte 8 à l'intérieur de laquelle se trouve l'alésage 2 et à l'extérieur de laquelle dépasse la partie périphérique 9 de la pièce 1.

    [0024] On a placé entre la pièce 1 et la cuve supérieure 4 des moyens d'étanchéité constitués d'un joint torique plat 10 résistant à l'électrolyte en dessus et en dessous duquel sont disposés deux joints toriques creux de section circulaire 11.

    [0025] De même entre la cuve inférieure 3 et la pièce 1 on a placé des moyens d'étanchéité constitués d'un joint torique plat 12 résistant à l'électrolyte en dessus et en dessous duquel sont disposés deux joints toriques creux de section circulaire 13.

    [0026] Un rideau d'anodes 14 en nickel est disposé selon les génératrices d'un cylindre dont l'axe est confondu avec l'axe des cuves. Ces anodes 14 sont fixées au couvercle 5 de la cuve supérieure 4 et descendent jusqu'au bas de la partie cylindrique de la cuve inférieure 3 de façon que l'alésage 2 soit traversé de part en part par ces anodes 14.

    [0027] Un tube vertical 15 est disposé sur l'axe des cuves et fixé au couvercle 5 de la cuve supérieure 4. Ce tube servant à l'alimentation en électrolyte débouche au milieu de l'alésage 2 par une pomme 15' envoyant l'électrolyte vers le haut.

    [0028] La cuve inférieure 3 est munie dans sa partie inférieure d'un orifice d'évacuation 16 de l'électrolyte.

    [0029] Juste au dessus de l'alésage 2 et juste en dessous sont dispo sés deux anneaux tubulaires 17, 17' d'axe vertical confondu avec l'axe des cuves. Les anneaux sont disposés symétriquement par rapport au plan horizontal passant par le centre de l'alésage ; ils ont un diamètre inférieur au plus petit diamètre d'alésage qu'il est possible de traiter avec le,dispositif.

    [0030] Ces anneaux 17, 17' creux servent à amener de l'air sous pression, et sont alimentés par des arrivées 19 en gaz sous pression.

    [0031] L'anneau supérieur 17 comporte de multiples orifices 18 situés sur un cercle d'axe vertical et envoyant de l'air comprimé vers l'intérieur de l'alésage.

    [0032] La direction D dans laquelle l'air est éjecté par un orifice M particulier 18 fait un angle b avec le plan vertical V passant par l'axe des cuves et le point M et est située dans un plan faisant un angle a avec le plan horizontal et 90° avec le plan vertical V (voir figure 2). Les angles a et b peuvent par exemple être pris voisins de 45°.

    [0033] Les directions D des différents orifices se déduisent les unes des autres par rotation autour de l'axe des cuves.

    [0034] Grace à l'air sous pression éjecté par les orifices 18 de l'anneau 17, l'électrolyte éjecté par la pomme 15' est animé d'un mouvement hélicoidal descendant, lorsque le régime est établi.

    [0035] L'anneau 17' inférieur symétrique de l'anneau supérieur 17 et dont les orifices 18' insufflent l'air dans des directions D' également symétriques par rapport au plan horizontal, tendrait s'il était seul à imposer un mouvement hélicoidal ascendant à l'électrolyte. gais en raison de la circulation de l'électrolyte entre dispositif d'alimentation et d'évacuation et de l'action de l'anneau supérieur 17, l'anneau inférieur n'a pour effet que de régulariser le mouvement hélicoïdal descendant de l'électrolyte le long des parois de l'alésage.

    [0036] Pour réaliser plus facilement les orifices 18 au lieu de les forer dans la direction D, on les fore axialement dans une direction faisant un angle a avec le plan horizontal puis on vient souder au voisinage de chaque orifice M des cuillères 28 imposant un angle de déviation b dans un plan perpendiculaire au plan axial passant par le point M (voir figure 3 qui représente une coupe longitudinale de l'anneau au niveau du point M et la figure 4 une vue de dessus).

    [0037] Dans l'axe de la cuve inférieure 3 on a prévu un tube d'arrivée d'air comprimé 20 relié à une buse 21 débouchant dans la cuve inférieure sur l'axe et percée de multiples trous insufflant l'air de bas en haut. Ainsi l'électrolyte stagnant dans la partie axiale de l'alésage est remis dans la circulation.

    [0038] Dans le couvercle 5 de la cuve supérieure 4 est prévu un bouchon 22 laissant s'échapper les gaz.

    [0039] Une sonde thermométrique 23 est disposée à l'intérieur de l'enceinte 8 et est reliée à un générateur 24 qui envoie un courant dans une résistance électrique chauffante 25 située dans la cuve inférieure lorsque la température de l'électrolyte s'écarte de 1°C par rapport à la température fixée.

    [0040] L'enceinte 8 est remplie d'électrolyte jusqu'au dessus de l'anneau supérieur 17. L'électrolyte ne doit pas atteindre le bouchon 22.

    [0041] Entre l'orifice d'évacuation 16 de l'électrolyte et le tube d'alimentation 15 sont disposés un circuit de régénération du bain d'électrolyte 26 et un système de pompe et de vanne 27 pour injecter en continu de l'électrolyte régénéré. Les circuits de régénération et de circulation d'électrolyte étant classiques ne seront pas décrits.

    [0042] Le bain d'électrolyte peut être un bain de Watts classique à base de 3 sels

    - sulfate de nickel hydraté 7H20

    - chlorure de nickel hydraté 6H20

    - acide borique B03 H3



    [0043] Il.peut être également un bain au sulfamate comportant

    - sulfamate de nickel

    - acide sulfamique

    - acide borique (pour tamponnage)



    [0044] Ce dernier bain présente des vitesses de dépôt plus élevées.

    [0045] Dans le dispositif selon l'invention et selon le procédé selon l'invention, on fait circuler un courant continu entre les anodes 14 et la pièce 1 servant de cathode. Le nickel des anodes vient se déposer sur la partie de la pièce située à l'intérieur de l'enceinte.

    [0046] Dans le bain d'électrolyte la pellicule cathodique s'appauvrit à mesure que le nickel se dépose, il faut donc faire une circulation d'électrolyte élevée d'autant plus que le volume intérieur de l'enceinte qui contient l'électrolyte est faible compte-tenu. de la surface à revêtir et surtout de l'épaisseur importante que l'on désire déposer. Pour que le dépôt de nickel soit régulier l'électrolyte est injecté symétriquement dans l'alésage et le bain est entraîné au voisinage de l'alésage hélicoidalement par les jets d'air comprimé issus des anneaux 17, 17'.

    [0047] D'autre part grâce à la buse 21 il n'y a pas de stagnation de l'électrolyte dans la région axiale de l'alésage. Le gaz comprimé issu de la buse 21 et des anneaux 17 s'échappe par le bouchon 22.


    Revendications

    1/ Procédé de dépôt métallique sur un alésage (2) de révolution de grand diamètre traversant de part en part la partie centrale d'une pièce de grandes dimensions (1) caractérisé en ce qu'on dispose et centre la pièce de grandes dimensions (1) entre une cuve supérieure (4) et une cuve inférieure (3) ayant un axe de symétrie vertical commun de façon que l'alésage (2) ait son axe de symétrie confondu avec l'axe des cuves (3, 4) et que les deux cuves (3, 4) et la pièce (1) définissent une enceinte (8) à l'intérieur de laquelle soit disposé l'alésage (2) et à l'extérieur de laquelle dépasse la partie périphérique (9) de la pièce (1), qu'on remplit ladite enceinte (8) d'électrolyte et on fait circuler rapidement l'électrolyte entre un tube d'alimentation (15) débouchant dans ladite enceinte (8) et un tube d'évacuation (16) situé au bas de la cuve inférieure (3), l'électrolyte étant régénéré à l'extérieur de l'enceinte (8) après son évacuation et avant d'être réinjecté par le tube d'alimentation(15), l'électrolyte à l'intérieur de l'enceinte (8) étant entraîné dans un mouvement hélicoidal descendant au niveau de l'alésage (2) de la pièce (1), qcon fait circuler simultanément un courant continu entre d'une part un rideau d'anodes (14) disposées face à l'alésage (2) symétriquement autour de l'axe des cuves (3, 4) et d'autre part la pièce de grandes dimensions (1) servant de cathode.
     
    2/ Dispositif de dépôt métallique sur un alésage (2) de révolution de grand diamètre traversant de part en part la partie centrale d'une pièce de grandes dimensions (1), caractérisé en ce qu'il comporte

    - un socle (17) muni d'une cuve inférieure (3) de révolution d'axe vertical,

    - une cuve supérieure (4) de révolution de même axe que celui de la cuve inférieure (3),

    - les deux cuves (3, 4) étant disposées en regard l'une de l'autre et définissant avec la pièce (1) située entre les deux une enceinte (8) pouvant être remplie d'électrolyte à l'intérieur de laquelle se trouve l'alésage (2) dont l'axe se confond avec l'axe des cuves (3, 4) tandis que la partie périphérique (9) de la pièce (1) située, autour de l'alésage (2) dépasse à l'extérieur de ladite .,enceinte (8),

    - des moyens d'étanchéité (10, 11, 12, 13) entre la cuve inférieure (3) et la pièce (1) et entre la pièce (1) et la cuve supérieure (4),

    - des moyens d'alimentation (15, 15') en électrolyte débouchant sur l'axe ou d'une façon symétrique par rapport à l'axe à l'intérieur de l'alésage (2) et envoyant l'électrolyte vers le haut.

    - des moyens d'évacuation (16) de l'électrolyte situés au bas de la cuve inférieure (3),

    - des moyens pour faire circuler en continu l'électrolyte (26, 27) et pour le régénérer situés entre les moyens d'évacuation (16) et les moyens d'alimentation (15, 15'),

    - un rideau d'anodes (14) constituées du métal à déposer et disposées à l'intérieur de l'alésage (2), d'une façon symétrique autour de l'axe des deux cuves (3, 4), la pièce de grandes dimensions (1) servant de cathode,

    - des moyens (17, 17') servant à entraîner l'électrolyte au voisinage de l'alésage (2), dans un mouvement hélicoïdal descendant.


     
    3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens servant à entraîner l'électrolyte dans un mouvement hélicoidal au voisinage de l'alésage (2) comportent un anneau d'axe vertical (7) confondu avec l'axe des cubes et situé légèrement au dessus de l'alésage (2), le diamètre de l'anneau (17) étant inférieur à celui de l'alésage (2) , ledit anneau (17) étant percé de petits orifices (18) disposés sur un cercle et projetant de l'air comprimé vers l'intérieur de l'alésage (2) dans des directions D se déduisant l'une de l'autre par une rotation autour de l'axe vertical, chacune faisant un angle b avec le plan vertical passant par l'orifice (18) considéré, l'air insufflé étant évacué par une communication avec l'extérieur (22) située à la partie supérieure de l'enceinte (8).
     
    4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens servant à entrainer l'électrolyte dans un mouvement hélicoidal comportent un anneau inférieur (17') symétrique de l'anneau supérieur (17) par rapport à un plan horizontal passant par le point central de l'alésage (2).
     
    5/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (21) situés dans la cuve inférieure (3) dans l'axe des cuves (3, 4) pour imprimer à l'électrolyte, au voisinage de l'axe, un mouvement ascendant.
     
    6/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (23, 24, 25) permettant de maintenir la température de l'électrolyte à l'intérieur de l'enceinte (8) à un niveau constant.
     
    7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens permettant de maintenir la température de l'électrolyte à un niveau constant comportent une sonde (23) permettant de détecter la température, et une résistance électrique (25) dont la mise en marche est réalisée chaque fois que la température détectée par la sonde(23) tombe en dessous d'un niveau déterminé.
     
    8/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les anodes (14) sont constituées en nickel.
     
    9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le nickel comporte un pourcentage de soufre inférieur à 0,01%.
     




    Dessins










    Rapport de recherche