L'invention concerne des dispositifs pour la réalisation d'un traitement d'anodisation, de préférence d'un traitement d'anodisation micro-arcs, ainsi que des procédés associés.
Il est connu de traiter par anodisation micro-arcs des alliages à base de magnésium, aluminium ou titane. Cette technique peut permettre d'élaborer des couches ayant une très faible porosité et une dureté largement supérieure à celle d'un oxyde amorphe obtenu par anodisation conventionnelle comme l'oxydation anodique sulfurique (OAS), l'oxydation anodique chromique (OAC) ou l'oxydation anodique phosphorique (OAP). En effet, dans un traitement par anodisation micro-arcs la couche d'oxyde à la surface de la pièce est formée suite à la génération de micro-décharges électriques entrainant la formation de micro-arcs ayant la capacité d'élever très localement la température de la surface de la pièce de manière à cristalliser l'oxyde amorphe qui se forme durant l'étape d'anodisation. Dans un traitement d'anodisation micro-arcs, les pièces peuvent être immergées dans un électrolyte aqueux et sont exposées, par l'intermédiaire d'un générateur électronique spécifique et si besoin d'une contre-électrode de géométrie adaptée aux pièces, à une énergie électrique alternative puisée. Des décharges électroluminescentes microscopiques, dues à des claquages diélectriques de la couche d'hydroxydes et assimilables à des micro-plasmas, sont alors visibles à la surface des pièces.
Les principaux paramètres de traitement (fréquence du signal électrique, densité de courant, durée d'immersion des pièces dans le bain, température...) sont modulables et pilotables en fonction du matériau de la pièce traitée, de sa géométrie et des propriétés désirées de la couche d'anodisation.
Toutefois, la réalisation d'un revêtement par la technique actuelle d'anodisation micro-arcs en grande cuve (ordre de grandeur du volume de la cuve : 0,5 m3) peut présenter plusieurs limites.
Tout d'abord, cette technique peut nécessiter la mise en oeuvre d'un générateur utilisant un courant bipolaire de forte intensité de courant du fait de la surface importante de la ou des pièces à traiter, ce qui peut donc conduire à une consommation électrique importante. En outre, il peut être difficile d'obtenir un revêtement par anodisation micro-arcs sur une pièce de grande surface du fait des courants élevés nécessaires à l'anodisation.
Par ailleurs, le traitement d'anodisation micro-arcs étant très énergétique, la température de l'électrolyte dans les traitements en bain connus peut être difficile à contrôler. Le contrôle de la température du bain peut pourtant être nécessaire afin d'assurer une bonne élaboration du revêtement. Le souhait de réguler la température du bain peut conduire à la mise en oeuvre d'une installation relativement complexe, augmentant ainsi significativement le coût des traitements mis en oeuvre.
Un autre désavantage des procédés d'anodisation micro-arcs connus est qu'il peut être difficile de mesurer de manière fiable certains paramètres de l'électrolyte dans le bain durant la mise en oeuvre du traitement d'anodisation. Une mesure fiable de tels paramètres serait pourtant souhaitable afin par exemple de pouvoir modifier, en fonction des informations déterminées par ces mesures, le traitement d'anodisation effectué.
Enfin, dans le but de réaliser l'anodisation micro-arcs d'une pièce sur une zone bien précise, il est possible d'utiliser des épargnes qui peuvent être de type organique, par exemple un vernis, ou de type inorganique, résultant par exemple d'une anodisation conventionnelle, afin d'empêcher la formation de la couche d'anodisation micro-arcs sur l'intégralité de la surface de la pièce. Les épargnes permettent, en effet, d'isoler électriquement la surface de la pièce sous-jacente de l'électrolyte et ainsi d'empêcher l'anodisation de cette surface. Toutefois, la mise en place des épargnes peut être relativement couteuse et rendre la gamme de fabrication significativement plus complexe. Par ailleurs, l'étape de masquage peut être délicate et peut aussi rendre le traitement significativement plus coûteux. Le document
Il existe encore un besoin pour fournir des dispositifs permettant de contrôler efficacement la température de l'électrolyte durant un traitement d'anodisation, en particulier durant un traitement d'anodisation micro-arcs.
Il existe encore un besoin pour fournir de nouveaux dispositifs adaptés à la réalisation de traitements complémentaires à l'anodisation et permettant en particulier de contrôler de manière fiable les paramètres de l'électrolyte utilisé dans le traitement d'anodisation.
A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un dispositif destiné à la mise en oeuvre d'un traitement d'anodisation d'une pièce selon la revendication 1. L'invention repose sur le principe de réaliser une chambre de traitement « déportée » de la cuve de stockage de l'électrolyte, la pièce à traiter formant une paroi de cette chambre de traitement. A la différence des dispositifs d'anodisation connus de l'art antérieur, la pièce à traiter n'est pas immergée dans l'électrolyte mais seule la surface de la pièce à traiter est au contact de l'électrolyte durant le traitement d'anodisation. Bien entendu, la surface de la pièce à traiter est conductrice de l'électricité, la pièce comportant par exemple un métal, par exemple de l'aluminium, du magnésium et/ou du titane.
L'invention permet avantageusement de « concentrer » le traitement d'anodisation dans un volume limité au niveau de la chambre de traitement et rend possible la mise en oeuvre d'une chambre de traitement ayant un volume significativement inférieur à celui d'une cuve utilisée dans les procédés d'anodisation connus dans laquelle la pièce à traiter est immergée. Ainsi, dans l'invention, une chambre de traitement ayant un volume adapté aux dimensions de la surface à traiter est mise en oeuvre ce qui présente plusieurs avantages.
L'invention permet, en effet, de réaliser des économies en termes de consommation énergétique par rapport aux procédés de l'art antérieur puisque, lors d'une utilisation du dispositif selon l'invention, la puissance fournie par le générateur est spécifiquement proportionnée aux dimensions de la surface à traiter. En outre, une pièce de grande dimension, par exemple en aluminium, souvent mise en oeuvre dans le domaine aéronautique pourra avantageusement être anodisée sans avoir à recourir à une cuve l'immergeant totalement comme dans les procédés connus de l'art antérieur permettant ainsi de réaliser une économie en termes de quantité d'électrolyte mis en oeuvre durant le traitement d'anodisation.
Ainsi, il est possible de mettre en oeuvre un courant ainsi qu'une quantité d'électrolyte adaptés aux dimensions de la surface à traiter, et ce grâce à l'utilisation d'une chambre de traitement de volume et de forme adaptés à la surface à traiter. En outre, l'emploi d'une telle chambre de traitement rend avantageusement superflues les étapes coûteuses de mise en place d'épargnes ou de masquage.
L'invention fournit donc des dispositifs permettant de réaliser de manière simple et économique des traitements d'anodisation, de préférence des traitements d'oxydation micro-arcs.
Le dispositif selon l'invention est de préférence destiné à la mise en oeuvre d'un traitement d'oxydation micro-arcs.
Les dispositifs selon l'invention permettent, en outre, de mieux contrôler les effets de production calorifique au niveau de la zone traitée en permettant un renouvellement efficace de l'électrolyte dans la chambre de traitement et le maintien de ce dernier aux conditions optimales de mélanges. Ce renouvellement est rendu possible grâce au système pour le stockage et la circulation de l'électrolyte permettant l'écoulement de l'électrolyte depuis la cuve de stockage vers la chambre de traitement et le retour de l'électrolyte depuis la chambre de traitement vers la cuve de stockage. Un tel système contribue à mieux contrôler le traitement d'anodisation et conduit à des revêtements répondant plus facilement aux spécifications exigées.
Avantageusement, le système pour le stockage et la circulation de l'électrolyte peut, en outre, comporter une pompe destinée à permettre la circulation de l'électrolyte dans ledit système.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif peut être tel que le circuit de circulation de l'électrolyte comporte :
Dans un exemple de réalisation, le dispositif peut comporter au moins un joint d'étanchéité constituant une deuxième paroi de la chambre de traitement, la deuxième paroi étant différente de la première paroi. En particulier, le dispositif comporte avantageusement deux joints d'étanchéité situés en regard l'un de l'autre constituant deux parois distinctes de la chambre de traitement.
Dans un exemple de réalisation, la chambre de traitement peut définir un unique compartiment.
La présente invention vise également un procédé d'anodisation d'une pièce comportant l'étape suivante :
Les traitements d'anodisation selon l'invention présentent les avantages décrits plus haut.
Le traitement d'anodisation peut, de préférence, être un traitement d'oxydation micro-arcs.
Dans un exemple de réalisation, l'électrolyte peut s'écouler dans le circuit de circulation de l'électrolyte avec un débit compris entre 0,1 fois et 10 fois le volume de la chambre de traitement par minute.
Avantageusement, l'électrolyte présent dans la chambre de traitement peut être renouvelé en continu durant le traitement d'anodisation.
Dans un exemple de réalisation, durant le traitement d'anodisation :
Dans un exemple de réalisation, le procédé peut, en outre, comporter une étape de filtration de l'électrolyte s'écoulant dans le deuxième canal avant son retour dans la cuve de stockage.
Dans un exemple de réalisation, le procédé peut, en outre, comporter les étapes suivantes :
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
On a représenté à la
La contre-électrode 7 est préférentiellement composée d'acier inoxydable. Plus généralement, on peut utiliser pour la contre-électrode 7 tout matériau conducteur de l'électricité compatible avec la mise en oeuvre d'un traitement d'anodisation.
Le dispositif 1 comporte une chambre de traitement 10 dans laquelle le traitement d'anodisation est destiné à être réalisé, la pièce à traiter 3 constituant une première paroi de la chambre de traitement 10 et la contre-électrode 7 constituant une paroi de la chambre de traitement 10 située en regard de la première paroi. Un électrolyte 11 est présent dans la chambre de traitement 10 entre la pièce 3 et la contre-électrode 7. L'électrolyte 11 a une composition chimique permettant la réalisation du traitement d'anodisation de la pièce 3. Comme illustré, la contre-électrode 7 n'est pas immergée dans l'électrolyte 11. La contre-électrode 7 délimite la chambre de traitement 10.
Ainsi, comme illustré, la pièce à traiter 3 n'est pas immergée dans l'électrolyte 11 présent dans la chambre de traitement 10. La pièce 3 constituant une paroi de la chambre de traitement 10, seule la surface S de la pièce 3 à traiter est en contact avec l'électrolyte 11. Dans l'exemple illustré, la pièce 3 est traitée sur l'intégralité de sa longueur i.e. l'intégralité de sa plus grande dimension. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque la pièce est traitée sur une partie seulement de sa longueur. On peut donc aussi bien réaliser dans le cadre de l'invention un traitement d'anodisation sur une partie seulement d'une surface d'une pièce ou sur l'intégralité d'une surface d'une pièce.
La chambre de traitement 10 comporte, en outre, deux joints d'étanchéité 13a et 13b situés en regard l'un de l'autre formant deux parois distinctes de la chambre de traitement. Comme illustré, les joints d'étanchéité 13a et 13b sont présents aux extrémités supérieures et inférieures de la chambre de traitement 10. Les joints 13a et 13b peuvent être formés d'un matériau souple.
Ainsi, dans l'exemple de dispositif 1 illustré, l'électrolyte 11 utilisé pour l'anodisation est contenu entre la pièce 3 et la contre-électrode 7 par une étanchéité statique utilisant les joints souples 13a et 13b. La chambre de traitement 10 constitue ainsi un réservoir d'électrolyte 11 pour réaliser le revêtement sur la surface S de la pièce 3. Comme mentionné plus haut, la chambre de traitement 10 a un volume et des dimensions adaptés aux dimensions et à la géométrie de la surface S de la pièce 3 à traiter. Dans l'exemple illustré, la chambre de traitement 10 définit un unique compartiment.
Le dispositif 1 comporte, en outre, un système 20 pour le stockage et la circulation de l'électrolyte 11. Ce système 20 comporte une cuve de stockage 21 dans laquelle l'électrolyte 11 est stocké, la température de l'électrolyte 11 stocké dans la cuve de stockage étant maintenue à une valeur fixe par un système de refroidissement (non représenté). Le pH de l'électrolyte 11 présent dans la cuve de stockage 10 est aussi maintenu à une valeur fixe. Lors du traitement d'anodisation, l'électrolyte 11 provenant de la cuve de stockage 21 s'écoule au travers d'un premier canal 23 vers la chambre de traitement 10. Le système 20 comporte, en outre, un deuxième canal 25 permettant de faire s'écouler l'électrolyte 11 depuis la chambre de traitement 10 vers la cuve de stockage 21. Le deuxième canal 25 permet l'évacuation de l'électrolyte 11 présent dans la chambre de traitement 10 et de renvoyer ce dernier vers la cuve de stockage 21 où il pourra être refroidi. La circulation de l'électrolyte 11 dans le système 20 est assurée par une pompe 27. La pompe 27 peut, par exemple, être une pompe commercialisée sous la dénomination YB1-25, par la société TKEN.
On a représenté à la
Avantageusement, l'écoulement de l'électrolyte 11 depuis la cuve de stockage 21 vers la chambre de traitement 10 et depuis la chambre de traitement 10 vers la cuve de stockage 21 n'est pas interrompu durant le traitement d'anodisation. En d'autres termes, on peut de manière préférée renouveler en continu l'électrolyte 11 présent dans la chambre de traitement 10 durant le traitement d'anodisation.
Le premier canal 23 peut présenter sur tout ou partie de sa longueur un diamètre d1 inférieur ou égal à 10 cm, par exemple compris entre 1 cm et 3 cm. Le deuxième canal 25 peut présenter sur tout ou partie de sa longueur un diamètre d2 inférieur ou égal à 10 cm, par exemple compris entre 1 cm et 3 cm. La chambre de traitement 10 peut avoir un volume inférieur ou égal à 0,5 m3, par exemple compris entre 10 dm3 et 40 dm3. La cuve de stockage 21 peut avoir un volume supérieur ou égal à 0,5 m3, par exemple compris entre 0,5 m3 et 2 m3.
Les matériaux formant les joints 13a et 13b, premier canal 23 et deuxième canal 25 sont choisis de manière à éviter le passage du courant entre la contre-électrode 7 et la pièce 3.
Le dispositif 1 illustré à la
L'épaisseur finale du revêtement formé après traitement d'anodisation mesurée perpendiculairement à la surface de la pièce sous-jacente peut être comprise entre 2 µm et 200 µm.
On donne ci-après un exemple de conditions opératoires qui peuvent être mises en oeuvre pour effectuer un traitement d'oxydation micro-arcs à l'aide d'un dispositif 1 tel que décrit plus haut :
En particulier, on peut utiliser pour la réalisation d'un traitement d'oxydation micro-arcs un électrolyte 11 ayant la composition suivante :
L'invention n'est toutefois pas limitée à la mise en oeuvre d'un procédé d'oxydation micro-arcs. On peut réaliser à l'aide d'un dispositif selon l'invention tout type d'anodisation comme par exemple une oxydation anodique sulfurique (OAS), une oxydation anodique chromique (OAC), une oxydation anodique sulfotartrique (OAST) ou une oxydation anodique sulfo-phosphorique (OASP).
La pièce traitée peut, par exemple, être une pale, par exemple en titane, ou un corps de pompe. On peut aussi réparer une couche d'anodisation endommagée à l'aide d'un dispositif selon l'invention lequel peut permettre d'effectuer une réparation localisée par formation d'un revêtement par anodisation uniquement dans la zone endommagée.
Dans une variante non illustrée, on peut traiter une pluralité de pièces distinctes à l'aide d'une pluralité de dispositifs selon l'invention reliés ou non à un même générateur. Le traitement de ces pièces peut être effectué simultanément ou non.
La cuve de stockage 21 est dédiée au stockage et au renouvellement de l'électrolyte et aucun traitement d'anodisation n'est effectué dans celle-ci. En séparant la cuve de stockage 21 de la chambre de traitement 10, il est possible de configurer les dispositifs selon l'invention pour réaliser des traitements complémentaires à l'anodisation comme il va être détaillé dans la suite. Ces traitements complémentaires à l'anodisation ne sont à la connaissance des inventeurs pas mis en oeuvre ou pas mis en oeuvre de manière satisfaisante dans les procédés connus de l'état de la technique.
On a représenté à la
On a représenté à la
L'expression « comportant/contenant/comprenant un(e) » doit se comprendre comme « comportant/contenant/comprenant au moins un(e) ».
L'expression « compris(e) entre ... et ... » ou « allant de ... à ... » doit se comprendre comme incluant les bornes.
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