CONTRE-ÉLECTRODE POUR PROCÉDÉ ÉLECTROCHIMIQUE À ADAPTATION AUTOMATIQUE À LA GÉOMÉTRIE DE LA PIÈCE À TRAITER

Abstract

 La présente invention se rapporte à un procédé de traitement électrochimique mettant en oeuvre une cellule électrolytique (11) contenant un bain d'électrolyte (7) dans lequel plongent une électrode (4) et une contre-électrode (10) déformable, toutes deux reliées à une source de courant continu ou pulsé (3), l'électrode (4) étant constituée d'une pièce conductrice électriquement et la contre-électrode (10) étant apte à être amenée à proximité de l'électrode (4), caractérisé en ce que la géométrie de la contre-électrode déformable (10) est adaptée automatiquement, localement et indépendamment point par point, à la géométrie de la pièce conductrice électriquement avant de réaliser ledit traitement électrochimique.

Description

Objet de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte au domaine technique des procédés électrochimiques, que ce soit par électro-dissolution ou électrodéposition, et en particulier à un procédé consistant à utiliser une contre-électrode déformable qui s'adapte à la géométrie d'une pièce conductrice à traiter, telle qu'une pièce ou surface métallique ou encore une pièce ou surface en plastique chargé en particules métalliques, de sorte à favoriser un traitement de surface homogène sur toute la surface de la pièce.

Arrière-plan technologique

[0002] Les procédés électrochimiques tels que l'électro-dissolution et l'électrodéposition sont très largement utilisés dans le domaine de la finition de surface de pièces métalliques. Ces procédés sont très polyvalents et permettent de traiter des pièces de géométrie simple ou plus complexe, que ce soit dans un procédé continu ou discontinu. Il existe de nombreux ouvrages ou publications qui décrivent les bonnes pratiques pour la mise en oeuvre de ces procédés.

[0003] Les procédés d'électrodissolution permettent de retirer de la matière en surface d'une pièce conductrice par polarisation anodique de celle-ci dans un milieu approprié. L'électrodissolution peut être utilisée notamment dans un but d'usinage (usinage électrochimique), d'ébavurage (ébavurage électrolytique), de texturation de la surface ou de réduction de la rugosité (électropolissage). Par exemple, il est nécessaire, dans de nombreux cas, de réduire la rugosité de pièces métalliques étant donné que celle-ci a un impact négatif sur :

• la tenue en fatigue ;
• la tenue à la corrosion ;
• la propreté et nettoyabilité de la pièce ;
• l'aspect esthétique ; etc.

[0004] Les procédés d'électrodissolution peuvent être appliqués sur la majorité des surfaces conductrices, (aciers, alliages d'aluminium, de titane, de cuivre, de nickel, etc.).

[0005] Les procédés d'électrodéposition permettent de déposer de la matière sur une surface conductrice par polarisation (généralement) cathodique de celle-ci dans un milieu approprié. L'électrodéposition est utilisée dans la majorité des cas pour déposer des revêtements métalliques ou composites à matrice métallique mais permet également de générer des revêtements polymères (électropolymérisation) ou céramiques (par exemple l'électrodéposition d'oxyde par génération de base). A titre d'exemple, des revêtements métalliques appliqués par électrodéposition sont utilisés dans le but d'améliorer certaines propriétés d'une pièce telles que :

• sa tenue à la corrosion ;
• sa tenue à l'abrasion ;
• sa brillance, en réduisant la rugosité ;
• sa conductivité électrique ; etc.

[0006] La grande majorité des surfaces conductrices peut être utilisée comme substrat dans un procédé d'électrodéposition.

[0007] La problématique du traitement de surface par électrodissolution ou électrodéposition est particulièrement complexe dans le cadre de la fabrication additive. Cette dernière permet la production de pièces métalliques de géométrie complexe à très complexe. Cette technique est particulièrement adaptée à des pièces/produits de petite série et de haute valeur ajoutée. Les marchés principaux sont donc actuellement l'aéronautique, l'aérospatial, le médical, le militaire ou encore l'énergie. Les pièces produites par cette technique présentent, dans la majorité des cas, une rugosité élevée (de l'ordre de 10 à 120 µm Ra, pour citer un ordre de grandeur). Elles sont donc facilement différentiables des pièces issues de fonderie. Certaines applications de ces pièces sont compatibles avec une rugosité élevée, du niveau de celle observée en sortie machine. Néanmoins, pour la majorité de ces applications, une rugosité plus faible est requise.

[0008] Il est bien connu de l'état de la technique que la cinétique des réactions électrochimiques de dissolution ou de déposition dans les procédés décrits précédemment est proportionnelle au flux de charges électriques reçues, c'est-à-dire au courant électrique. Dans la majorité des cas, un traitement homogène (ou, à défaut, contrôlé) de la pièce est recherché, caractérisé par une quantité de matière retirée ou déposée uniforme en tout point de la pièce. Ceci nécessite donc que le courant total appliqué se distribue de manière la plus homogène possible sur la surface de la pièce.

[0009] Il est également bien connu de l'état de la technique que la distribution du courant appliqué entre une pièce de géométrie donnée et une contre-électrode dépend de la géométrie de la cellule et de la distance entre la surface de la pièce et la contre-électrode (distribution de courant primaire, décrite par la loi d'Ohm). Les caractéristiques de l'électrolyte, les surtensions d'activation au niveau des électrodes ainsi que les conditions hydrodynamiques locales dans la cellule ont également une influence sur la distribution du courant. Dans de nombreux cas, la distribution de courant primaire constitue la contribution dominante et permet, en bonne approximation, d'évaluer la distribution réelle du courant. Afin de favoriser un traitement homogène, il est donc nécessaire de contrôler la géométrie de la cellule électrochimique et, en particulier, la distance entre la pièce à traiter et sa contre-électrode.

[0010] D'autres techniques de traitement de surface existent pour réaliser la finition de surface de pièces conductrices par enlèvement de matière :

• procédés mécaniques tels que fraisage, tournage, sablage, tribofinition, etc. Ces méthodes, ne nécessitant pas de contre-électrodes, ont des performances limitées sur des pièces complexes, étant donné les problèmes d'accessibilité et le manque d'homogénéité du traitement. Par ailleurs, bien qu'étant automatisables, ces procédés doivent être adaptés dès que la géométrie de la pièce change ;
• procédés chimiques tel que le polissage chimique, ne nécessitant pas non plus de contre-électrodes. Cette méthode, quoiqu'efficace, est difficilement contrôlable pour des pièces dont la géométrie est inhomogène, avec des zones de surface spécifique élevée - et donc réactives - et des zones de surface spécifique faible - et donc peu réactives. Par ailleurs, le fini de surface obtenu, et donc la rugosité finale, est assez limité. Les pièces conservent ainsi une certaine rugosité ;
• procédé commerciaux :

  ∘ Hirtenberger : société autrichienne proposant une machine de finition de surface qui utilise des procédés chimiques et électrochimiques pour traiter les pièces métalliques (EP3551787A1, EP3551786B1, EP33077925B1, WO202079245A1) :

  ∘ Extrudehone : société allemande qui propose des techniques de finition de surface de type AFM (Abrasive Flow Machining), mais également de l'ébavurage électrolytique (WO2010039491A2) ainsi qu'un procédé de finition de surface dérivée de la technologie d'usinage électrochimique (procédé Coolpulse^™) ;

  ∘ Micro Machining Process (MMP) : société franco-suisse qui propose un procédé secret. Aucun brevet n'a pu être trouvé ;

  ∘ Gpa Innova (procédé Drylite^™) : société espagnole qui propose un procédé de finition de surface par électrodissolution. La particularité est que l'électrolyte, qui conduit spécifiquement le courant, est contenu dans un matériau solide poreux. C'est donc un procédé plutôt homogène, mais coûteux (US2020270761A1, ES2604830B1, ES2682524A1, ES2721170B2, ES2860348A1, etc.).

[0011] Ces procédés commerciaux requièrent en temps normal une première étape de mise au point de la cellule ou du traitement avant de pouvoir traiter la pièce.

Etat de la technique

[0012] Il est bien connu de l'état de la technique que la principale limitation des procédés électrochimiques de finition est la difficulté de garantir un traitement homogène de la pièce traitée, ou des pièces traitées dans le cas d'un lot. La difficulté est d'autant plus marquée que la pièce présente une géométrie complexe. La capacité à obtenir un traitement homogène repose sur le savoir-faire de l'homme de métier et nécessite, dans tous les cas, un arbitrage technicoéconomique entre le temps consacré à l'optimisation de la cellule de traitement et le bénéfice attendu en termes de qualité de traitement.

[0013] Les procédés électrochimiques de finition sont mis en oeuvre de plusieurs façons différentes, en fonction de la taille et de la géométrie des pièces ainsi que de la taille des lots. En particulier, les pièces peuvent être traitées :

• en vrac : en plaçant les pièces à traiter dans un tonneau tournant, ce qui permet de traiter simultanément un grand nombre de pièces. Dans cette configuration, les pièces sont alimentées électriquement par un connecteur situé à l'intérieur du tonneau et une contre-électrode fixe placée à l'extérieur du tonneau ;
• à l'attache : les différentes pièces à traiter sont fixées individuellement sur un cadre conducteur et l'ensemble est immergé dans une cuve contenant la solution électrolytique et une contre-électrode de forme étudiée ;
• de manière individuelle : La pièce est traitée au moyen une cellule conçue sur mesure. Dans ce cas, une structure fixe permettant de solidariser la pièce et ses contre-électrodes est généralement utilisée. Des moyens de contrôler les conditions hydrodynamiques à l'intérieur de la cellule (circulation forcée) peuvent également compléter la cellule. Cette approche est généralement réservée à des pièces de plus grande taille ou des pièces de petite série à haute valeur ajoutée.

[0014] Le traitement en vrac a l'avantage de ne pas nécessiter d'adaptation de la cellule à la forme des pièces. En contrepartie, il n'y a pas de réel contrôle de la distribution de courant et donc de l'enlèvement ou de l'ajout de matière. C'est uniquement le caractère aléatoire du mouvement des pièces dans le tonneau qui permet une certaine homogénéité du traitement. Il s'agit donc d'une approche statistique. Cette approche est réservée à des lots de pièces peu massives et de géométrie pas trop complexe.

[0015] Dans le cas des traitements à l'attache, la répartition et l'orientation des pièces sur le cadre va être déterminant pour contrôler la distribution du courant et garantir que toutes les pièces soient traitées de manière équivalente. Bien souvent, il est nécessaire d'adapter la géométrie de la contre-électrode. Ceci se fait par l'ajout de contre-électrodes auxiliaires, placées à des positions bien définies, ou de « voleurs de courant », destinés à homogénéiser la répartition du courant. Cette approche est également appliquée dans le cas des traitements individuels.

[0016] La pratique habituelle consiste donc à fabriquer au cas par cas une contre-électrode de forme adaptée à la géométrie des pièces traitées. Ainsi, un changement de la taille ou de la forme de la pièce nécessite une modification manuelle de la cellule. Pour ce faire, il est nécessaire de démonter les électrodes en place et de modifier ou construire de nouvelles contre-électrodes. Cette opération est coûteuse en temps et en matériel. En effet ces contre-électrodes doivent être réalisées en matériau adapté, bien souvent en cuivre, en acier inoxydable ou encore en titane avec revêtement d'oxydes conducteurs (MMO). Ces modifications engendrent inévitablement des délais dans les traitements et des surcoûts.

[0017] Il existe des logiciels de simulation numérique qui permettent d'anticiper et de faciliter ces modifications. Cependant, l'effort nécessaire pour le travail de simulation est toujours à mettre en balance avec les bénéfices apportés. En pratique, l'utilisation des outils numériques est souvent peu rentable dans le cas de petits lots de pièces de géométrie très variable et est souvent réservée à des lots plus grands de pièces à haute valeur ajoutée ou pour lesquelles les tolérances à atteindre en termes d'épaisseur retirée ou déposée nécessitent une grande précision. La solution retenue pour modifier les cellules repose donc souvent uniquement sur le savoir-faire et l'expérience de l'homme de métier et est réalisée par une approche essai-erreur.

[0018] La thématique de la finition de surface de pièces métalliques par électrodissolution, lorsque ces pièces sont réalisées par fabrication additive, est un sujet nettement plus récent, lié au fait que la technique de fabrication additive elle-même est encore relativement récente. Il y a donc une littérature plus restreinte concernant ce sujet. Néanmoins, on trouve des brevets dédicacés aux solutions de finition de surface de ce type de pièces qui commencent à être publiés, essentiellement au niveau des solutions chimiques, et pas spécifiquement du procédé, comme par exemple AT520365A1, US11136688B1, US11118283B2, etc.

[0019] Identiquement, la thématique de la finition de surface de pièces métalliques par électrodéposition, lorsque ces pièces sont réalisées par fabrication additive, est un sujet nettement plus récent, lié au fait que la technique de fabrication additive est encore relativement récente. La littérature disponible est donc également restreinte concernant ce sujet. Néanmoins, on trouve des brevets dédicacés aux solutions de finition de surface de ce type de pièces qui commencent à être publiés, essentiellement au niveau des solutions chimiques (CN113477941A par exemple), applications (US2022302571A1, par exemple), mais pas spécifiquement du procédé.

[0020] L'état de l'art rapporte plusieurs applications de systèmes permettant de s'adapter à la forme d'un objet ou d'adapter la forme d'un objet. On peut ainsi citer les applications suivantes :

• copieur de profil. Le copieur de profil permet de copier un profil, bien souvent uniquement en deux dimensions, afin de permettre de rapporter celui-ci sur un objet à usiner tel qu'une latte de plancher par exemple. Plusieurs brevets rapportent ce type de système, par exemple pour épouser des surfaces (US2949674A, WO1998/054540A1, EA025074B1) ou encore pour préparer des découpes pour le passage de tuyaux (US9778012B1), et ce avec des concepts plus élaborés que d'autres (US4959909A). Ces systèmes sont bien souvent limités à deux dimensions ;
• palpeur mécanique pour épouser des surfaces. Dans ces applications, le système permet de dupliquer la surface et de transmettre le profil enregistré vers un système qui permet ainsi de reconstruire l'objet (US5193285A) ou encore de l'afficher (EP0366053B1). Ces systèmes permettent de transférer une image de la surface à traiter en vue de l'exploiter. Aucune action consécutive n'est attendue a priori ;
• surface flexible. Pour certaines applications, l'équipement breveté s'adapte de manière flexible à une surface avec laquelle il est maintenu en contact (par exemple une lame de rasoir : WO1995/029798A1) ;
• modification de géométrie pilotée numériquement. Certaines applications requièrent qu'une géométrie soit adaptée, de manière dynamique ou non, à la surface d'un objet, mais sans le toucher. Ceci requiert donc de connaitre à l'avance les paramètres de l'objet à traiter et nécessite donc un système dynamique pour mettre en place la surface. C'est notamment le cas pour certains systèmes d'optique spatiale, pour lesquels les miroirs sont placés sur des vérins permettant d'orienter ceux-ci avec précision et donc de rendre la surface adaptable. Ces systèmes s'adaptent suivant un plan défini à l'avance, à l'aide de moyens mécaniques.

[0021] L'état de la technique ne résout pas, de manière pratique et efficace, le problème du passage récurrent d'une forme ou géométrie à une autre dans le cadre des procédés de finition électrochimiques. Le changement ou l'adaptation de la cellule de traitement se fait de manière manuelle et empirique, parfois avec l'aide de résultats de simulations numériques.

[0022] Aucune référence identifiée dans l'état de la technique ne décrit une méthode pour automatiser l'adaptation de la cellule électrochimique. Une recherche élargie permet de trouver dans l'état de la technique des inventions permettant de reproduire la géométrie d'une surface, de manière analogique ou numérique, d'épouser de manière flexible une surface avec laquelle l'objet est mis en contact ou de modifier la géométrie d'un dispositif sur base d'un plan à l'aide d'actionneurs mécaniques. Aucune invention n'a pu être identifiée qui permette de se positionner à une distance définie de la surface d'une pièce non connue au départ.

Buts de l'invention

[0023] Le but de la présente invention est de fournir un système et un procédé permettant d'adapter de manière automatique une cellule d'électrodissolution, d'électrodéposition ou de tout autre procédé de traitement électrochimique à la géométrie complexe d'une pièce conductrice. Le système permettra de passer rapidement et automatiquement d'une géométrie à une autre, permettant ainsi d'augmenter la productivité et donc de réduire les coûts pour la réalisation de ces traitements. L'invention pourra également aider à mettre au point des traitements électrochimiques, sans avoir à se préoccuper de l'effet de la contre-électrode sur le procédé et les paramètres mis au point.

[0024] Par ailleurs, l'invention doit pouvoir également être adaptée pour traiter plusieurs pièces en parallèle.

Principaux éléments caractéristiques de l'invention

[0025] Un premier aspect de la présente invention se rapporte à un procédé de traitement électrochimique mettant en oeuvre une cellule électrolytique contenant un bain d'électrolyte dans lequel plongent une électrode et une contre-électrode déformable, toutes deux reliées à une source de courant continu ou pulsé, l'électrode étant constituée d'une pièce conductrice électriquement et la contre-électrode étant apte à être amenée à proximité de l'électrode, caractérisé en ce que la géométrie de la contre-électrode déformable est adaptée automatiquement, localement et indépendamment point par point, à la géométrie de la pièce conductrice électriquement avant de réaliser ledit traitement électrochimique.

[0026] Selon des formes préférées de l'invention, le procédé comporte en outre au moins une des caractéristiques suivantes ou une combinaison appropriée d'entre elles :

• ladite adaptation automatique, localement et indépendamment point par point de la géométrie de la contre-électrode déformable à la géométrie de la pièce conductrice électriquement consiste à rapprocher deux à deux des points correspondants des surfaces respectives de la contre-électrode déformable et de la pièce conductrice électriquement, à une distance choisie pour limiter la résistance électrique dans l'électrolyte et favoriser une distribution homogène du courant électrique sur la surface de la pièce conductrice électriquement ;
• la pièce conductrice électriquement utilisée est une pièce métallique, une pièce composite comportant une fraction métallique dans la masse ou une pièce métallique ou non métallique revêtue d'une couche de métal ;
• la contre-électrode déformable est polarisée cathodiquement par rapport à la pièce conductrice électriquement de manière à induire une dissolution électrochimique de la surface de la pièce conductrice électriquement, dans le cas où ledit procédé de traitement électrochimique est un procédé d'usinage électrochimique ou un procédé de polissage électrolytique ;
• la contre-électrode déformable est polarisée anodiquement par rapport à la pièce conductrice électriquement de manière à induire la croissance d'un film solide à la surface de la pièce conductrice électriquement, dans le cas où ledit procédé de traitement électrochimique est un procédé d'électrodéposition, d'électro-polymérisation ou de précipitation par génération de base ;
• l'adaptation automatique de la géométrie de la contre-électrode déformable à la pièce conductrice électriquement se fait en amenant préalablement, et avant retrait à la distance choisie, la contre-électrode déformable en contact mécanique avec la pièce conductrice électriquement de manière à réaliser une empreinte de la forme de la pièce conductrice électriquement au niveau de la contre-électrode déformable dont la surface externe prend ainsi la forme de la pièce conductrice électriquement ;
• l'adaptation automatique de la géométrie de la contre-électrode à la pièce conductrice électriquement se fait sans contact, en déformant la contre-électrode au moyen d'actionneurs sur base d'un plan de la pièce fourni sous forme numérique.

[0027] Un autre aspect de la présente invention se rapporte à un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé précité, comportant au moins les éléments suivants :

• une cellule électrolytique contenant un bain d'électrolyte destiné audit traitement électrochimique, dans lequel sont immergées la pièce conductrice électriquement et la contre-électrode déformable ;
• une source de courant continu ou pulsé à laquelle sont connectées avec des polarités opposées la pièce conductrice électriquement et la contre-électrode déformable ; et
• un mécanisme réalisant ladite adaptation automatique, localement et indépendamment point par point de la géométrie de la contre-électrode déformable à la pièce conductrice électriquement.

[0028] Selon des formes d'exécution préférées de l'invention, l'appareil comporte en outre au moins une des caractéristiques suivantes ou une combinaison appropriée d'entre elles :

• la contre-électrode déformable est intégrée aux parois de la cellule électrolytique, de telle sorte qu'au moins une de ses faces se situe à l'extérieur de la cellule, ou est dissociée des parois de la cellule de telle sorte que la contre-électrode déformable soit au moins partiellement immergée à l'intérieur de la cellule ;
• la contre-électrode déformable comprend une grille ou une plaque percée d'orifices et une pluralité de barreaux conducteurs électriquement, aptes à coulisser de manière indépendante les uns des autres dans les orifices de la plaque d'une position distale à une position proximale avec ladite pièce, en passant par une position de contact, et vice versa ;
• les barreaux sont des barreaux pleins ou étanches au liquide électrolytique ou des barreaux creux à l'intérieur desquels le bain peut pénétrer ou être mis en circulation forcée ;
• la contre-électrode déformable comprend une pluralité de barreaux conducteurs électriquement coopérant avec une pluralité d'éléments amovibles de diamètre supérieur à celui desdits barreaux, permettant ainsi de s'assurer qu'aucun point latéral de la contre-électrode déformable n'est en dessous d'une certaine distance de l'objet à traiter ;
• lesdits barreaux remplissent à la fois la fonction nécessaire au traitement électrochimique et la fonction de guidage des différents barreaux, permettant ainsi de se passer de la grille ou plaque percée d'orifices ;
• le mécanisme réalisant l'adaptation automatique de la géométrie de la contre-électrode déformable à la pièce conductrice électriquement comprend des actionneurs mécaniques, hydrauliques et/ou électriques permettant de mettre en mouvement soit uniquement les barreaux, la plaque restant fixe, soit l'ensemble de la plaque et des barreaux solidarisés à celle-ci ;
• les barreaux sont solidarisables à la grille par des vérins, des mâchoires, un fil tendu ou un système magnétique ;
• la contre-électrode déformable comprend une surface externe déformable permettant d'épouser par contact parfait la surface externe de la pièce et de créer un négatif de celle-ci, et l'appareil comprend des moyens pour figer mécaniquement la forme de la surface externe déformable, une fois qu'elle a épousé par contact parfait la surface externe de la pièce, et pour rétracter la forme figée à une distance fixée ou choisie de la surface externe de la pièce ;
• le système présentant une surface externe déformable est une coque rétractable ou un filet.

[0029] L'invention se rapporte encore à une utilisation de l'appareil précité, dans le cadre d'un procédé de traitement électrochimique d'une pièce conductrice électriquement dans laquelle :

• soit la plaque et les barreaux comme ci-dessus, soit la surface externe déformable comme ci-dessus, constituant la contre-électrode déformable sont déplacés d'une position initiale, éventuellement définie par un plan, vers une surface de la pièce à traiter jusqu'à ce qu'au moins une partie de la contre-électrode déformable soit en contact avec la surface de la pièce ou ait atteint une position prédéterminée ;
• les barreaux sont solidarisés à la plaque de manière à fixer leur position relative par rapport à la plaque, respectivement la surface externe déformable est figée mécaniquement ;
• l'ensemble constitué de la plaque et des barreaux, respectivement la surface externe déformable figée mécaniquement, est rétracté(e) d'une certaine distance par rapport à la pièce ;
• le procédé de traitement électrochimique est appliqué.

Brève description des figures

[0030] 

La figure 1 représente schématiquement le principe de l'invention montrant une contre-électrode dont la géométrie s'auto-adapte à la forme de la pièce à traiter, avec les trois positions de la contre-electrode du dispositif, à savoir une première position initiale ou repliée (A), une deuxième position de contact et de verrouillage des barreaux (B) et une troisième position de retrait pour le traitement (C).

La figure 2 représente schématiquement une cellule classique pour la mise en oeuvre d'un procédé électrochimique (électrodissolution/électrodéposition ou autre), avec ses différents éléments constitutifs.

La figure 3 représente schématiquement deux formes d'exécution particulières de l'invention pour la géométrie de cellule (cylindrique et à base carrée).

La figure 4 représente schématiquement deux formes d'exécution particulières de l'invention pour le transfert de courant électrique dans les barreaux.

La figure 5 représente schématiquement un système pour un traitement de pièces en parallèle (ou simultanément), selon l'invention.

Description détaillée de l'invention

[0031] Afin de satisfaire les buts énoncés ci-dessus, la présente invention propose, dans un mode d'exécution, l'utilisation d'une contre-électrode 10 présentant une série de barreaux ou tubes conducteurs 1, qui peuvent coulisser au travers d'une grille ou plaque 2, percée de trous pour permettre le coulissement des barreaux 1. Les barreaux 1 sont également connectés électriquement à une source de courant 3, nécessaire pour assurer les traitements électrochimiques.

[0032] Cet ensemble représenté sur la FIG. 1 est utilisé pour épouser la surface de la pièce à traiter 4 et réaliser le traitement électrochimique comme suit :

• la grille 2 et les barreaux 1 sont amenés vers la pièce à traiter 4 par exemple au moyen d'un rail 5 pour épouser la surface de la pièce 4 par contact avec celle-ci ;
• les barreaux 1 sont bloqués chacun par rapport à la grille 2 dans la position voulue ;
• la grille 2 avec les barreaux qui lui sont solidarisés est rétractée d'une distance déterminée D ;
• le procédé d'électrodissolution ou d'électro-déposition proprement dit est alors mis en oeuvre.

[0033] Ces étapes sont également illustrées sur la FIG. 1 pour une seule série de barreaux. L'invention s'applique aussi évidemment dans le cas de plusieurs séries de barreaux placées les unes derrière les autres.

[0034] Après traitement, l'ensemble constitué de la grille 2 et des barreaux 1 sont reculés et replacés en position initiale 6, éventuellement en allant s'appuyer sur une butée (non représentée). Ceci permet de s'affranchir avantageusement de tout élément mécanique complexe. Par ailleurs, un autre avantage du système est qu'il n'est pas nécessaire d'avoir ou de tenir compte d'une quelconque information concernant la géométrie initiale de la pièce.

[0035] Avec ce système, on peut ainsi toujours assurer une distribution plus homogène du courant sur la surface de la pièce.

Description de formes d'exécution préférées de l'invention

[0036] Des formes d'exécution de l'invention décrivant une cellule électrochimique 11 utilisés pour l'électrodissolution ou l'électro-déposition, comme représenté schématiquement sur la FIG. 2, sont présentées ci-après.

[0037] La cellule comprend une série de barreaux 1 (FIG. 1) qui sont conducteurs électriques et réalisés dans une matière adaptée suivant le procédé d'électrodissolution ou d'électro-déposition et la nature des pièces à traiter. Ces barreaux peuvent être coniques ou non, partiellement recouverts d'un matériau isolant ou non, creux ou pleins. Si les barreaux sont creux (tubes), cela permet de faire passer le fluide d'électrodissolution de manière homogène dans la cellule. Les barreaux peuvent également être d'une section constante ou non, l'extrémité du barreau pouvant être par exemple plus grande que celle de son corps. Si les barreaux sont creux, et donc que l'électrolyte 7 est injecté au travers de ceux-ci, on peut prévoir un gicleur à leur extrémité de sorte à modifier le flux d'électrolyte 7 à leur sortie (non représenté).

[0038] Les barreaux peuvent également avoir une taille (diamètre) allant de quelques mm à quelques cm et être déposés dans l'espace selon une densité adaptée pour distribuer le courant de manière homogène. A titre d'ordre de grandeur informel, une distribution de l'ordre d'un barreau par cm² (pour les plus petits barreaux) à une dizaine de cm² (pour les plus gros barreaux) semble être adaptée. Au plus la distribution de barreaux est fine et la densité de barreaux élevée, au plus la distribution de courant est homogène. Cependant, la présence d'un trop grand nombre de barreaux risque de perturber le déplacement du flux d'électrolyte.

[0039] La cellule 11 comprend également une grille 2 (FIG. 1) percée de trous d'un diamètre adapté au diamètre des barreaux 1. Cette grille sera non conductrice, par exemple en matière polymère et d'une épaisseur comprise entre 2 mm et 15 mm. Celle-ci peut être remplacée par deux feuilles parallèles de plus faible épaisseur, de l'ordre de 2 à 5 mm. La grille sera percée d'un nombre de trous adaptés à la taille de la pièce à traiter. Suivant les cas, cette grille pourrait être de forme cylindrique ou encore être divisée en plusieurs segments. (voir FIG. 3).

[0040] Concernant le système de déplacement des barreaux 1 et/ou de la grille 2 portant les barreaux 1, la grille 2 peut être mise en mouvement à l'aide d'un vérin ou tout autre système mécanique, pneumatique ou électrique, étant montée sur un rail 5 ou non, tandis que les barreaux 1 peuvent être mis en mouvement relativement à la grille, la grille 2 restant dans ce cas en position fixe, soit de manière collective, notamment si cette mise en place est réalisée à la verticale, la gravité constituant la force motrice de déplacement des barreaux, soit de manière individuelle au moyen de tout système adéquat (mécanique, électrique ou pneumatique).

[0041] Le système précité de barreaux coulissants au sein d'une grille fixe peut également être remplacé par un système unique de barreaux assurant à la fois la fonction nécessaire au traitement électrochimique et le guidage des différents barreaux. Ceci permet de se passer du cadre fixe, tout en assurant la fonction de l'invention (non représenté).

[0042] Dans une variante au système proposé, un ensemble complémentaire de barreaux de diamètre supérieur au diamètre des barreaux utilisés dans la grille peut également être introduit entre les barreaux 1 et la pièce à traiter 4, de sorte que l'on puisse s'assurer qu'aucune électrode n'est trop proche latéralement de la pièce à traiter. Ces barreaux complémentaires épousent la forme de la pièce, la reproduisent ensuite sur les barreaux 1 et sont enfin retirés du bain. Les barreaux 1 ainsi mis en place sont ensuite mis en position pour réaliser le traitement (non représenté).

[0043] Dès que les barreaux 1 épousent la forme de la pièce 4 par contact avec celle-ci, ceux-ci sont ensuite maintenus en place par exemple à l'aide de vérins, de mâchoires (voir ci-dessous), à l'aide d'un fil tendu (voir ci-dessous), d'un système magnétique, etc.

[0044] La distance entre les barreaux 1 et la pièce 4 peut être ajustée selon l'invention, de quelques mm à quelques cm, la valeur choisie devant permettre de limiter la résistance électrique dans l'électrolyte et d'assurer une distribution homogène du courant.

[0045] Concernant les conducteurs requis pour la connexion électrique des barreaux, la connexion peut se faire par exemple par l'intermédiaire de fils connectés de préférence à l'arrière des barreaux (non représentés), par un système de mâchoires 21 (FIG. 4A) ou encore par un système de fils conducteurs transversaux 22 mis en tension (FIG. 4B). A noter que ces deux derniers systèmes permettent également de bloquer en position les barreaux comme indiqué plus haut. Les fils doivent être dans ce cas des conducteurs électriques et la section des fils doit être adaptée au procédé électrique utilisé et au courant qui va parcourir ces derniers (quelques mm²).

[0046] En ce qui concerne l'agitation de l'électrolyte 7, celui-ci doit être mis en mouvement et apporté de manière régulière autour de la pièce à traiter à l'aide d'une pompe ou tout autre système permettant la mise en mouvement de liquides, par exemple une ou plusieurs pales, etc. Le débit d'apport de l'électrolyte doit être adapté au volume du bain et au procédé de traitement de surface et l'apport doit se faire de manière homogène au niveau de la pièce, préférablement de bas en haut.

[0047] Un système de thermostatisation 17 doit être prévu. L'électrolyte 7 doit être maintenu dans sa plage de température de fonctionnement à l'aide d'un système de chauffage/refroidissement. La puissance de ce dernier dépend de la puissance utilisée pour réaliser le traitement de surface, typiquement de 50 à 600 W/dm² de surface de pièce à traiter.

[0048] En ce qui concerne la composition des cuves, en particulier des parois de la cellule de traitement, celles-ci doivent être réalisées dans des matériaux compatibles avec l'électrolyte utilisé pour les traitements. Ils peuvent donc être en matériau polymère ou en métal, suivant les cas.

[0049] L'atmosphère (12) au-dessus de la cellule peut être contrôlée ou non. Le traitement de surface peut induire la formation de différent gaz qu'il peut être nécessaire d'évacuer. Une ventilation adéquate est donc nécessaire. Certains électrolytes sont hygroscopiques : il peut donc également être nécessaire d'utiliser une atmosphère protectrice au-dessus du système (N2 par exemple).

[0050] Les électrolytes (ou porteurs de charge) 7 peuvent être de forme liquide ou solide.

[0051] La source de courant doit amener un courant et/ou une tension adapté(e). Selon l'utilisation, le courant sera compris entre 0,1 et 100 A/dm², préférentiellement. La tension sera comprise entre 1 et 600 V, préférentiellement. Le courant peut être appliqué de manière continue ou par impulsions d'une durée allant de 0,1 à 1000ms.

[0052] Le système de la présente invention peut être utilisé sous forme d'une machine de traitement de surface implémentée directement sur site ou non.

[0053] Selon des variantes d'exécution, l'invention peut encore se décliner comme suit :

• utiliser un système alternatif pour épouser la surface de la pièce, et de sorte à créer un « négatif » de celle-ci, par exemple en utilisant une coque de forme variable et rétractable. On pourrait aussi utiliser un filet pour épouser la surface de la pièce, figer celui-ci et ensuite le rétracter ;
• adapter/contrôler la position des vérins (de la contre-électrode) sur base d'un plan introduit sous forme numérique dans la machine ;
• traiter simultanément plusieurs pièces en parallèle comme illustré dans la FIG. 5.

[0054] Selon d'autres formes d'exécution de l'invention, le système proposé peut être utilisé de sorte à :

• appliquer la méthode pour les procédés de finition de surface dans le cas de procédés chimiques, en tirant profit de tubes creux pour apporter l'électrolyte frais au plus près de la pièce ;
• utiliser le système pour sabler des pièces de manière automatique et homogène éventuellement en répétant plusieurs fois le traitement et en assurant une rotation de la pièce entre les traitements ;
• automatiser le traitement de surface de pièces conductrices ou non en adaptant la source du traitement (courant, produit chimique abrasif) et sa position à la surface de la pièce.

[0055] Selon encore une autre forme d'exécution de l'invention, la cellule électrolytique est une cellule tubulaire dont les deux fonds seraient mobiles, munis d'un joint pour assurer l'étanchéité et percés de manière à laisser passer les électrodes, avec une étanchéité adéquate.

Revendications

1. Un procédé de traitement électrochimique mettant en oeuvre une cellule électrolytique (11) contenant un bain d'électrolyte (7) dans lequel plongent une électrode (4) et une contre-électrode (10) déformable, toutes deux reliées à une source de courant continu ou pulsé (3), l'électrode (4) étant constituée d'une pièce conductrice électriquement et la contre-électrode (10) étant apte à être amenée à proximité de l'électrode (4), caractérisé en ce que la géométrie de la contre-électrode déformable (10) est adaptée automatiquement, localement et indépendamment point par point, à la géométrie de la pièce conductrice électriquement avant de réaliser ledit traitement électrochimique.

2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite adaptation automatique, localement et indépendamment point par point de la géométrie de la contre-électrode déformable (10) à la géométrie de la pièce conductrice électriquement (4) consiste à rapprocher deux à deux des points correspondants des surfaces respectives de la contre-électrode déformable (10) et de la pièce conductrice électriquement (4), à une distance choisie pour limiter la résistance électrique dans l'électrolyte et favoriser une distribution homogène du courant électrique sur la surface de la pièce conductrice électriquement (4).

3. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce conductrice électriquement (4) est une pièce métallique, une pièce composite comportant une fraction métallique dans la masse ou une pièce métallique ou non métallique revêtue d'une couche de métal.

4. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la contre-électrode déformable (10) est polarisée cathodiquement par rapport à la pièce conductrice électriquement (4) de manière à induire une dissolution électrochimique de la surface de la pièce conductrice électriquement (4), dans le cas où ledit procédé de traitement électrochimique est un procédé d'usinage électrochimique ou un procédé de polissage électrolytique.

5. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la contre-électrode déformable (10) est polarisée anodiquement par rapport à la pièce conductrice électriquement (4) de manière à induire la croissance d'un film solide à la surface de la pièce conductrice électriquement (4), dans le cas où ledit procédé de traitement électrochimique est un procédé d'électrodéposition, d'électro-polymérisation ou de précipitation par génération de base.

6. Le procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'adaptation automatique de la géométrie de la contre-électrode déformable (10) à la pièce conductrice électriquement (4) se fait en amenant préalablement, et avant retrait à la distance choisie, la contre-électrode déformable (10) en contact mécanique avec la pièce conductrice électriquement (4) de manière à réaliser une empreinte de la forme de la pièce conductrice électriquement (4) au niveau de la contre-électrode déformable (10) dont la surface externe prend ainsi la forme de la pièce conductrice électriquement (4).

7. Le procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'adaptation automatique de la géométrie de la contre-électrode (10) à la pièce conductrice électriquement (4) se fait sans contact, en déformant la contre-électrode au moyen d'actionneurs sur base d'un plan de la pièce (4) fourni sous forme numérique.

8. Un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins les éléments suivants :

- une cellule électrolytique (11) contenant un bain d'électrolyte (7) destiné audit traitement électrochimique, dans lequel sont immergées la pièce conductrice électriquement (4) et la contre-électrode déformable (10) ;

- une source de courant continu ou pulsé (3) à laquelle sont connectées avec des polarités opposées la pièce conductrice électriquement (4) et la contre-électrode déformable (10) ; et

- un mécanisme réalisant ladite adaptation automatique, localement et indépendamment point par point de la géométrie de la contre-électrode déformable (10) à la pièce conductrice électriquement (4).

9. L'appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la contre-électrode déformable (10) est intégrée aux parois de la cellule électrolytique (11), de telle sorte qu'au moins une de ses faces se situe à l'extérieur de la cellule (11), ou est dissociée des parois de la cellule (11) de telle sorte que la contre-électrode (10) soit au moins partiellement immergée à l'intérieur de la cellule.

10. L'appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la contre-électrode déformable (11) comprend une grille ou une plaque percée d'orifices (2) et une pluralité de barreaux conducteurs électriquement (1), aptes à coulisser de manière indépendante les uns des autres dans les orifices de la plaque (2) d'une position distale à une position proximale avec ladite pièce, en passant par une position de contact, et vice versa.

11. L'appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les barreaux (1) sont des barreaux pleins ou étanches au liquide ou des barreaux creux à l'intérieur desquels le bain peut pénétrer ou être mis en circulation forcée.

12. L'appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la contre-électrode déformable (10) comprend une pluralité de barreaux conducteurs électriquement (1) coopérant avec une pluralité d'éléments amovibles de diamètre supérieur à celui desdits barreaux (1), permettant ainsi de s'assurer qu'aucun point latéral de la contre-électrode déformable (10) n'est en dessous d'une certaine distance de l'objet à traiter.

13. L'appareil selon la revendication 10 caractérisé en ce que lesdits barreaux (1) remplissent à la fois la fonction nécessaire au traitement électrochimique et la fonction de guidage des différents barreaux, permettant ainsi de se passer de la grille ou plaque percée d'orifices (2).

14. L'appareil selon la revendication 8 caractérisé en ce que le mécanisme réalisant l'adaptation automatique de la géométrie de la contre-électrode déformable (10) à la pièce conductrice électriquement (4) comprend des actionneurs mécaniques, hydrauliques ou électriques permettant de mettre en mouvement soit uniquement les barreaux (1), la plaque (2) restant fixe, soit l'ensemble de la plaque (2) et des barreaux (1) solidarisés à celle-ci.

15. L'appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que les barreaux sont solidarisables à la grille par des vérins, des mâchoires (21), un fil tendu (22) ou un système magnétique.

16. L'appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la contre-électrode déformable (10) comprend une surface externe déformable permettant d'épouser par contact parfait la surface externe de la pièce (4) et de créer un négatif de celle-ci, et en ce que l'appareil comprend des moyens pour figer mécaniquement la forme de la surface externe déformable, une fois qu'elle a épousé par contact parfait la surface externe de la pièce (4), et pour rétracter la forme figée à une distance fixée ou choisie de la surface externe de la pièce.

17. L'appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que le système présentant une surface externe déformable est une coque rétractable ou un filet.

18. Utilisation de l'appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 17, dans le cadre d'un procédé de traitement électrochimique d'une pièce conductrice électriquement dans laquelle :

- soit la plaque (2) et les barreaux (1) selon la revendication 10, soit la surface externe déformable selon la revendication 16 ou 17, constituant la contre-électrode déformable (10) sont déplacés d'une position initiale, éventuellement définie par un plan, vers une surface de la pièce à traiter jusqu'à ce qu'au moins une partie de la contre-électrode déformable (10) soit en contact avec la surface de la pièce ou ait atteint une position prédéterminée ;

- les barreaux (1) sont solidarisés à la plaque (2) de manière à fixer leur position relative par rapport à la plaque (2), respectivement la surface externe déformable est figée mécaniquement ;

- l'ensemble constitué de la plaque (2) et des barreaux (1), respectivement la surface externe déformable figée mécaniquement, est rétracté(e) d'une certaine distance par rapport à la pièce ;

- le procédé de traitement électrochimique est appliqué.

Dessins