Installation d'électrodéposition, électrode et organe d'appui pour cette installation et procédé d'électrodéposition

Abstract

 Installation d'électrodéposition d'un revêtement sur la surface conductrice d'une pièce comprenant des électrodes (3) immergées dans un bain reposant sur un organe d'appui (2, 4) servant à la fois de support et d'amenée de courant et présentant, avec les électrodes (3), une interface (6) d'appui comportant des rainures (7) débouchant dans le bain.
Organe d'appui (2, 4) et électrodes (3) pour cette installation.
On diminue sensiblement les pertes électriques et on améliore la durée de vie, notamment des organes d'appui.

Description

[0001] L'invention concerne, dans le bain d'une installation d'électrodéposition, l'appui des électrodes immergées et l'amenée de courant à ces électrodes, notamment dans le cas d'électrodes qui sont des anodes solubles et consommables et doivent pouvoir être interchangées en cours d'électrodéposition.

[0002] Une installation de ce type est par exemple une installation d'électrozingage de bandes d'acier dans un bain électrolytique à base de chlorures.

[0003] Comme installation d'électrozingage de bande, on utilise couramment des cellules dites radiales qui comportent (en se référant aux figures 1 à 6):

• des moyens de défilement de la bande à revêtir dans le bain, comprenant par exemple un rouleau de support de bande 1 au moins partiellement immergé sous le niveau du bain 5,
• des électrodes immergées 3 reposant sur des organes d'appui 2, 4 servant à la fois de support et d'amenée de courant auxdites électrodes,
• des moyens pour faire circuler un courant électrique entre la bande à revêtir servant de cathode et les électrodes servant d'anodes via lesdits organes d'appui 2, 4.

[0004] Pour l'électrozingage en milieu chlorure, on utilise généralement des anodes solubles en zinc ou alliage de zinc.

[0005] Les électrodes 3 (ou anodes solubles) sont formées de barres courbes orientées face au rouleau 1 le long de la direction de défilement de la bande et sont groupées en jeux d'électrodes disposées côte à côte de manière à former une portion de génératrice cylindrique enveloppant partiellement le rouleau 1 dans le bain d'électrodéposition, comme illustré aux figures 1 et 2.

[0006] Les flèches représentées à la figure 4 indiquent un exemple de circulation du courant électrique d'électrodéposition.

[0007] Comme illustré aux figures 1 à 3, chaque organe d'appui 2, 4 est commun à toutes les électrodes 3 d'un même jeu ; plus précisément dans l'exemple donné ici, chaque organe d'appui 2, 4 est formé d'une poutre orientée transversalement au chemin de défilement de bande sur laquelle viennent s'appuyer toutes les électrodes 3 d'un jeu et chaque électrode 3 est retenue contre cette poutre par l'intermédiaire d'un crochet 31 d'électrode.

[0008] Le contact mécanique et électrique entre une électrode 3 et son organe d'appui 2, 4 définit une interface 6 entre une surface d'appui 6A de l'électrode et une surface portante 6B correspondante de l'organe d'appui (voir figures 5 et 6).

[0009] Comme les électrodes 3 sont consommables (cas des anodes solubles), leur épaisseur varie (voir figure 3) en fonction du niveau d'usure et il convient de pouvoir les changer en cours d'électrodéposition au fur et à mesure de leur dissolution.

[0010] A cet effet, en cours d'électrodéposition, on fait coulisser les électrodes 3 d'un même jeu sur les organes d'appui 2, 4 respectivement dans les directions A, B (voir figure 3), de manière à enlever une électrode usée à une extrémité de la poutre toute en ménageant un emplacement pour une nouvelle électrode à l'autre extrémité.

[0011] Ainsi, pour permettre ce coulissement, chaque électrode 3 ne repose que par simple appui par son poids propre sur son organe d'appui 2, 4 au niveau de l'interface 6 ; les électrodes reposent donc librement sur leur organe d'appui.

[0012] L'organe d'appui sert également à alimenter toutes les électrodes d'un jeu en courant électrique d'électrodéposition.

[0013] Or, on a constaté que la résistance électrique de contact au niveau de l'interface 6 provoquait des pertes énergétiques importantes.

[0014] Compte tenu du poids de chaque électrode 3, la pression exercée au niveau de l'interface 6 sur l'organe d'appui ne dépasse généralement pas 10⁴ Pa, soit 1 Newton par cm² de surface portante.

[0015] En cours d'électrodéposition, du fait notamment de la circulation du bain dans l'installation, cette force d'appui peut même être inférieure à 0,1 Newton par cm² de surface portante (10³ Pa).

[0016] On entend par surface portante la surface totale au niveau de l'interface 6 entre l'électrode et l'organe d'appui.

[0017] Les pertes énergétiques dues à la résistance de contact au niveau l'interface 6 deviennent particulièrement importantes quand la densité de courant dépasse 0,025 A/mm2 au niveau de cet interface, notamment lorsque cette pression d'appui est inférieure 10⁴ Pa, a fortiori lorsqu'elle est inférieure à 10³ Pa ; il semble que cette augmentation des pertes provienne d'un léger soulèvement des anodes sous l'effet du courant électrique (comme schématisé à la figure 6), obligeant le courant électrique d'alimentation des électrodes à transiter par le bain inséré au niveau de l'interface et provoquant à cet endroit des dégagements gazeux (voir les bulles représentées à la figure 6), par exemple des dégagements de chlore.

[0018] Les poutres qui servent d'organe d'appui 2, 4 sont généralement en graphite imprégné de résine ; ce matériau s'use et se dégrade alors sous l'effet de deux phénomènes :

• l'usure provoquée par le frottement des électrodes coulissant sur la poutre,
• la fissuration par échauffement et/ou dégagement gazeux provoqués par les pertes électriques de contact précédemment décrites.

[0019] Or un matériau à base de graphite qui résiste bien à l'usure résiste en général d'autant moins bien à la fissuration et vice-versa ; il est donc difficile de trouver un bon compromis dans le choix du matériau graphité et il reste nécessaire, quel que soit ce choix, de remplacer régulièrement ces poutres, ce qui représente un handicap économique important.

[0020] L'invention a pour but de diminuer les pertes électriques de contact au niveau des interfaces 6 et d'augmenter la durée de vie des organes d'appui 2, 4 des électrodes 3.

[0021] A cet effet, l'invention a pour objet une installation d'électrodéposition d'un revêtement sur la surface conductrice d'une pièce comprenant :

• un bain d'électrodéposition,
• des électrodes immergées dans ledit bain reposant sur au moins un organe d'appui servant à la fois de support et d'amenée de courant auxdites électrodes, et présentant, avec lesdites électrodes, une interface d'appui immergée dans ledit bain,
• des moyens de guidage et/ou de maintien de ladite pièce dans le bain face auxdites électrodes,
• des moyens pour faire circuler un courant électrique d'électrodéposition entre ladite surface à revêtir et lesdites électrodes via l'au moins un organe d'appui,

   caractérisée en ce que la surface d'appui des électrodes et/ou la surface portante dudit au moins un organe d'appui sont adaptées, au niveau de ladite interface, pour ménager, dans ladite interface, des rainures débouchant dans ledit bain.

[0022] L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• lesdites électrodes reposent librement sur ledit organe d'appui correspondant.
• au niveau dudit interface, la force d'appui desdites électrodes immergées sur lesdits organes d'appui est inférieure à 1 Newton par cm² de surface d'appui et de surface portante, voire même inférieure à 0,1 Newton par cm².
• l'installation comprend des moyens pour faire coulisser, en cours d'électrodéposition, lesdites électrodes sur ledit organe d'appui, par coulissement au niveau dudit interface.
• lesdits moyens de guidage et de maintien sont constitués par des moyens de défilement de bande dans ledit bain,
• lesdites électrodes sont formées de barres s'étendant le long dudit trajet de défilement dans ledit bain et sont groupées en au moins un jeu d'électrodes disposées côte à côte et face au chemin de défilement de ladite bande,
• chacun desdits organes d'appui est formé par une poutre s'étendant transversalement auxdits moyens de défilement et supporte chaque électrode dudit jeu,
• lesdits moyens de coulissement sont adaptés pour faire coulisser les électrodes dudit jeu sur ladite poutre correspondante.
• lesdits moyens de défilement de bande comprennent un rouleau de support de bande au moins partiellement immergé,
• lesdites électrodes présentent une courbure dont le rayon est proche de celui dudit rouleau de manière à ce que chaque jeu d'électrodes forme une portion de génératrice cylindrique enveloppant partiellement ledit rouleau dans le bain.

[0023] L'invention a donc également pour objet un organe d'appui et d'amenée de courant pour électrodes d'électrodéposition, dotée d'une surface d'appui, de coulissement et de contact électrique avec lesdites électrodes, caractérisée en ce que ladite surface présente des rainures.

[0024] De préférence, cet organe d'appui est principalement constitué de graphite au niveau de ladite surface.

[0025] L'invention a donc également pour objet une électrode d'électrodéposition destinée à reposer sur un organe d'appui, dotée d'une surface d'appui, de coulissement et de contact électrique avec ledit organe, caractérisée en ce que ladite surface présente des rainures.

[0026] De préférence, cette électrode est essentiellement constituée de zinc ou d'alliage de zinc.

[0027] L'invention a aussi pour objet un procédé d'électrodéposition dans l'installation selon l'invention, caractérisée en ce que, pendant l'opération d'électrodéposition et au niveau dudit interface, la force d'appui desdites électrodes immergées sur lesdits organes d'appui est inférieure à 1 Newton par cm² de surface d'appui et de surface portante, voire inférieure à 0,1 Newton par cm².

[0028] Selon un mode particulier de mise en ouvre de ce procédé :

• pendant l'opération d'électrodéposition, la densité du courant électrique amené par lesdits moyens de circulation de courant électrique, est supérieure ou égale à 0,025 A/mm² au niveau dudit interface.
• lesdites anodes sont solubilisées en cours d'électrodéposition.
• ledit bain est à base de chlorures.

[0029] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles :

• la figure 4 est une vue générale latérale d'une installation d'électrodéposition en continu de bande (cellule radiale), indiquant notamment la circulation du courant électrique (voir flèches) ;
• la figure 2 est une vue latérale du rouleau support de bande et des électrodes de la cellule radiale de la figure 4 ;
• la figure 1 est une vue en perspective du rouleau support de bande de la figure 2 avec un jeu d'électrodes ;
• la figure 3 est une coupe dans le plan de l'axe du rouleau de la figure 1, représentant deux jeux d'électrodes de part et d'autre du rouleau.
• la figure 5 représente l'appui d'une électrode sur son organe d'appui au niveau de l'interface 6 et la figure 6 représente l'écartement des deux surfaces d'appui 6A, 6B susceptible de provoquer une augmentation de la résistance de contact.
• la figure 7 est une vue en perspective de l'organe d'appui d'électrode de la figure 5 dont la surface d'appui présente des rainures selon l'invention, la partie repérée par un cercle A étant représentée plus en détail à la figure 7A.
• la figure 8 est une représentation d'une surface d'appui d'électrode ou d'organe d'appui selon l'art antérieur (« surface plane ») ;
• les figures 9 à 13 sont des représentations de surface d'appui d'électrode ou d'organe d'appui présentant des rainures selon plusieurs modes de réalisation de l'invention.

[0030] L'exemple non limitatif décrit ci-après concerne une installation d'électrodéposition du type de celle déjà décrite ci-dessus en référence aux figures 1 à 5.

[0031] Un organe d'appui 2 d'électrode 3 est représenté à la figure 7.

[0032] Selon l'invention, la surface de contact 6B de l'organe d'appui présente des rainures 7 ; un détail de rainure 7 est représenté à la figure 7A ; ces rainures 7 ne sont jamais fermées, même lorsque des électrodes 3 sont en appui sur la surface 6B ; elles débouchent donc dans le bain d'électrodéposition quand l'installation est en fonctionnement.

[0033] De préférence, la largeur et la densité des rainures 7 est adaptée pour que la surface totale des rainures ne représente pas plus de 30% de la surface portante 6B.

[0034] Typiquement, pour une surface 6B rectangulaire de dimensions 200 cm x 50 cm, on pratique des rainures 7 de largeur 1=0,5 mm équidistantes de d=3 cm, dont la direction fait de préférence un angle aigu α avec le petit côté du rectangle de la surface 6B.

[0035] D'autres types possibles de surfaces 6B dotées de rainures 7 selon l'invention sont représentées aux figures 9 à 13, par opposition à une surface d'appui plane et lisse de l'art antérieur représentée à la figure 8.

[0036] La présente invention concerne également le cas où les rainures sont pratiquées sur la surface d'appui 6A de l'électrode.

[0037] La présente invention concerne également le cas plus général où l'interface 6 est adapté, au niveau de la surface d'appui 6A dès électrodes et/ou de la surface portante 6B de l'organe d'appui 2, 4, pour ménager, dans l'interface 6, des rainures 7 débouchant dans ledit bain.

[0038] Ainsi l'installation d'électrodéposition comporte une interface (6) d'appui comportant des rainures (7) débouchant dans le bain.

[0039] On a alors constaté que, grâce à ces rainures 7 pratiquées dans l'interface 6 de contact et d'appui entre les électrodes 3 et les organes d'appui 2, 4, la résistance électrique de contact était fortement diminuée ainsi que les pertes électriques en découlant, notamment lorsque la densité de courant à cet interface dépasse 0,025 A/mm2.

[0040] Puisqu'on limite alors considérablement, même aux fortes densités de courant, l'échauffement et le dégagement gazeux à cette interface, le matériau de support et de contact d'électrode ne se fissure plus comme auparavant dans le cas de matériau à base de graphite ; on peut donc sans inconvénient utiliser des matériaux à base de graphite résistant beaucoup mieux à l'usure et améliorer d'autant la durée de vie des organes d'appui d'électrodes.

[0041] L'invention permet donc d'augmenter la durée de vie des organes d'appui 2, 4 d'électrodes, voire même, si besoin était, des électrodes 3 elles-mêmes.

[0042] L'invention s'applique à tous les types d'installation d'électrodéposition où le contact électrique entre les électrodes et leurs organes d'appui est immergé dans le bain, le moyen essentiel de l'invention résidant dans la présence de rainures débouchant dans le bain à l'interface 6 de contact électrique.

[0043] De manière tout à fait surprenante, alors que la présence de rainures à cette interface diminue la surface réelle de contact électrique et augmente en conséquence la densité réelle de courant à cette interface, la résistance de contact diminue sensiblement (à force d'appui constante des électrodes contre l'organe d'appui).

Revendications

1. Organe (2, 4) d'appui et d'amenée de courant pour électrodes (3) d'électrodéposition, dotée d'une surface (6B) d'appui, de coulissement et de contact électrique avec lesdites électrodes (3) , caractérisé en ce que ladite surface (6B) présente des rainures (7).

2. Organe selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'il est principalement constitué de graphite au niveau de ladite surface (6B).

3. Utilisation de l'organe (2, 4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 pour supporter des électrodes anodiques solubles immergées dans un bain d'électrodéposition, ladite surface (6B) étant, en cours d'électrodéposition, immergée dans ledit bain.

4. Électrode d'électrodéposition (3) destinée à reposer sur un organe d'appui (2, 4), dotée d'une surface d'appui (6A), de coulissement et de contact électrique avec ledit organe (2, 4), caractérisée en ce que ladite surface (6A) présente des rainures.

5. Électrode selon la revendication 4 caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée de zinc ou d'alliage de zinc.

6. Installation d'électrodéposition d'un revêtement sur la surface conductrice d'une pièce comprenant :

- un bain d'électrodéposition,

- des électrodes (3) immergées dans ledit bain reposant sur au moins un organe d'appui (2, 4) servant à la fois de support et d'amenée de courant auxdites électrodes (3), et présentant, avec lesdites électrodes (3), une interface (6) d'appui immergée dans ledit bain,

- des moyens de guidage et/ou de maintien de ladite pièce dans le bain face auxdites électrodes,

- des moyens pour faire circuler un courant électrique d'électrodéposition entre ladite surface à revêtir et lesdites électrodes (3) via l'au moins un organe d'appui (2, 4),

   caractérisée en ce que la surface d'appui (6A) des électrodes (3) et/ou la surface portante (6B) dudit au moins un organe d'appui (2, 4) sont adaptées, au niveau de ladite interface (6), pour ménager, dans ladite interface (6), des rainures (7) débouchant dans ledit bain.

7. Installation selon la revendication 6 caractérisée en ce que lesdites électrodes (3) reposent librement sur ledit organe d'appui (2, 4) correspondant.

8. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisée en ce que, au niveau dudit interface (6), la force d'appui desdites électrodes immergées (3) sur lesdits organes d'appui (2, 4) est inférieure à 1 Newton par cm² de surface d'appui et de surface portante.

9. Installation selon la revendication 8 caractérisée en ce que ladite force d'appui est inférieure à 0,1 Newton par cm².

10. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour faire coulisser, en cours d'électrodéposition, lesdites électrodes (3) sur ledit organe d'appui (2, 4), par coulissement au niveau dudit interface (6).

11. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 10 caractérisée en ce que ledit au moins un organe d'appui (2, 4) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 2.

12. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 10 caractérisée en ce que lesdites électrodes (3) sont conformes à l'une quelconque des revendications 4 à 5.

13. Installation d'électrodéposition en continu d'une bande métallique selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 caractérisée en ce que :

- lesdits moyens de guidage et de maintien sont constitués par des moyens de défilement de bande dans ledit bain,

- lesdites électrodes (3) sont formées de barres s'étendant le long dudit trajet de défilement dans ledit bain et sont groupées en au moins un jeu d'électrodes (3) disposées côte à côte et face au chemin de défilement de ladite bande,

- chacun desdits organes d'appui (2, 4) est formé par une poutre s'étendant transversalement auxdits moyens de défilement et supporte chaque électrode (3) dudit jeu,

- lesdits moyens de coulissement sont adaptés pour faire coulisser les électrodes (3) dudit jeu sur ladite poutre correspondante.

14. Installation selon la revendication 13 caractérisée en ce que :

- lesdits moyens de défilement de bande comprennent un rouleau (1) de support de bande au moins partiellement immergé,

- lesdites électrodes (3) présentent une courbure dont le rayon est proche de celui dudit rouleau (1) de manière à ce que chaque jeu d'électrodes forme une portion de génératrice cylindrique enveloppant partiellement ledit rouleau (1) dans le bain.

15. Procédé d'électrodéposition de la surface conductrice d'une pièce dans une installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 12 ou de la surface d'une bande dans une installation selon l'une quelconque des revendications 13 à 14, caractérisée en ce que, pendant l'opération d'électrodéposition et au niveau dudit interface (6), la force d'appui desdites électrodes immergées (3) sur lesdits organes d'appui (2, 4) est inférieure à 1 Newton par cm² de surface d'appui et de surface portante.

16. Procédé selon la revendication 15 caractérisé en ce que ladite force d'appui est inférieure à 0,1 Newton par cm².

17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 16, caractérisé en ce que, pendant l'opération d'électrodéposition, la densité du courant électrique amené par lesdits moyens de circulation de courant électrique, est supérieure ou égale à 0,025 A/mm² au niveau dudit interface (6).

18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que lesdites anodes (3) sont solubilisées en cours d'électrodéposition.

19. Procédé selon la revendication 18 caractérisé en ce que ledit bain est à base de chlorures.

Dessins