Brevet FR2003462A1 — publié le 19691107

L'invention s'applique à la formation de dépôts électrolytiques et, plus particulièrement à un procédé et à un appareil pour introduire dans le dépôt électrolytique des matières étrangères telles que des matières de renforcement. 5 Le dépôt électrolytique présente de nombreux avantages dans la formation de produits structurés. Il peut être employé dans la galva-notypie pour produire des formes particulièrement compliquées : il peut être employé comme un procédé économique pour obtenir un produit fait d'un matériau difficile à extraire d'un composé, tel qu'un alliage de fer et de 10 tungstène ; il peut être employé pour former un élément d'une grande pureté comme dans la production de l'aluminium par dépôt électrolytique. Quoiqu'il en soit, le seul fait que le produit soit crée, avec un minimum de travail à chaud ou à froid et que, dans nombre de cas, il est non seulement pas un alliage mais un métal d'une pureté plus grande que le métal nominalement 15 identique produit d'une autre façon tend à le rendre mou ou faible. Il est désirable d'inclure des renforcements dans le dépôt par électrolyse pour remédier à cela. Ceci ne s'applique pas seulement aux produits obtenus nar dépôt électrolytique mais peut s'appliquer aux dépôts élecÇrophorétiques, tels que le latex. 20 II est désirable dans de nombreux cas, d'orienter les renfor cements par rapport à une dimension particulière du dépôt électrolytique qui doit être soumise à l'effort le plus grand. On sait déjà comment mettre les renforcements en suspension dans le bain, mais cela n'aboutit pas en général à une orientation de la suspension et limite la dimension des 25 renforcements. On a proposé d'installer horizontalement la pièce à revêtir et de faire tomber les renforcements sur celle-ci dans l'orientation voulue, mais cela présente l'inconvénient que de la boue peut également tomber sur la pièce à travailler et qu'un quelconque des procédés habituels pour faire circuler et filtrer le bain déplacera les renforcements déposés avec soins, 30 à la fois en changeant leur orientation et en créant le danger que leur mouvement pendant le dépôt crée des vides dans la pièce finie. D'autre part, si l'on réunit en un paquet ou faisceau, le produit de renforcement et si l'on dépose le revêtement par dessus, on revêt d'ordinaire seulement l'extérieure du paquet, laissant l'intérieur sans revêtement et sans liaison. 35 Le présent procédé permet d'obtenir ces renforcements sur la Dièce sans les inconvénients du procédé précédent. Il comprend une cuve de dépôt montée sur un arbre vertical et mise en rotation à une vitesse comparable à celle d'un appareil centrifuge ayant le même diamètre, produisant une accélération radiale égale è plusieurs fois la pesanteur. La 40 pièce à revêtir est installée près de la périphérie de la cellele et 69 05825 2 2003462 la contre-électrode est placée plus près de centre. Un disque de distribution est installé dans le centre de la cuve de façon que les renforcements et le bain puissent être disposé* sur la surface de ce disque et projetés contre la pièce à revêtir. L'accélération radiale très inçjortante amène 5 les produits de tenforcement à être maintenus dirigés contre la pièce à revêtir pendant qu'elle reçoit un nouveau dépôt. Etant donné que les renforcements sont maintenus très fermement sur la pièce, il est possible de faire circuler le bain sans risquer de modifier leur orientation. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-10 aprè^ du dessin annexé Représentant à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'invention. La figure 1 représente schématiquement l'appareil pour la mise en oeuvre de l'invention. Les figures 2 et 3 représentent schématiquement des exemples de 15 produits suivant l'invention. Dans la figure 1, un moteur rotatif de centrifugeuse', d'un modèle courant est représentée par un simple rectangle 12. Sur l'arbre 14 est monté un panier centrid^ige en céramique 16. Un récipient quelconque, isolé électriquement, convient et un panier métallique avec un revêtement 20 isolant et pouvant résister à une solution, (en caoutchouc par exemple) peut être préféré industriellement, en raison de sa résistance supérieure. Une cathode 18 est montée dans le panier 16 s elle est faite d'acier inoxydable, d'une épaisseur de 1/10 de mm, est recouverte sur la plus grande partie de sa surface d'un cache 20 (qui peut être fait d'un matériau courant 25 utilisé contne cache pour 1'électroplacage tel qu'une goimie inerte et adhéfive et qui est représenté par un trait noir épais. La cathode 18 est maintenue en contact électrique avec l'arbre 14 sous la pression d'une rondelle de caoutchouc 22. Une bague 24, faite d'un matériau électriquement isolant et filetée intérieurement pour être engagée sur l'extrémité filetée 30 de l'arbre 14 et pour recevoir l'extrémité filetée d'une tige métallique à épaulement 26 qui n'est pas en contact avec l'arbre 14. Des plaques isolantes 28, 30, 32, sont empilées concentriquement et maintenues par serrage de la tige 26. La bague 24 et les plaques 28, 30, 32, peuvent être faites d'un matériau isolant quelconque imperméable au bain qui sera utilisé et 35 ayant une résistance mécanique suffisante pour supporter une rotation. Dans la réalisation qui est décrite, on a utilisé le polymère organique transparent comme dans le commerce sous le nom de "Plexiglass". La plaque 32 présente sur son bord une gorge pour recevoir une anode circulaire 34 obtenue en recourbant en un cercle d'un diamètre de 10 cm environ une tige 40 de nickel d'un diamètre de 6,5 mm environ. Une mince feuille métallique de 6Ç 5 10 15 20 25 30 35 40 05825 3 2003462 nickel 36 part de l'anode 34 pour venir en contact avec la tige 26, passant entre la bague 24 et la Dlaque 32 qui sont fixées l'une à l'autre par des vis à tête fraisée. Une boucle 38 d'un fil métallique flexible part d'un support 40 pour venir en contact de frottement avec la tige 26. Une source d'alimentation en énergie électrique 42 est reliée à la boucle 38 et au balai 44 qui est en contact avec l'arbre 14 de sorte que la source d'alimentation 42 est effectivement reliée à l'anode 34 et à la cathode 18. Un entonnoir 46 est disposé (au moyen d'un support non représenté) au dessus de la plaque 30 de sorte que tout matériau versé dans l'entonnoir sera, si l'arbre de la centrifugeuse 12 est en rotation, est chassé radialement vers l'extérieur. Un bain d'un fluide, tel qu'une solution, de placage, formera une surface partiellement paraboloïdale, telle que 48 : si un fluide en excédent est ajouté, il passera par dessus la lèvre 50 du panier 16 et sera arrêté dans le récipient fixe 52. Ce récipient possède une conduite de drainage en forme de gouttière partant de son fond et communiquant avec un filtre 54 et une pompe 56 qui le refoule en retoar par la conduite 58 dans l'entonnoir 46. Le remplissage initial peut se faire à l'aide du récipient 60. Le produit de renforcement désiré peut être mis en suspension dans le bain de fluide dans le récipient 60 et versés par l'entonnoir sur la plaque 30 d'où il est projeté radialement vers l'extérieur le fluide prenant la forme limite 48 et la particule de renforcement solide étant retenue par 1'accélération centripète et représentée sous la forme de points 62 4 qui peuvent être considérés comme symbolisant les fibres de renforcement allongées). L'alimentation avec un faible excès en bain de fluide suffit à maintenir la circulation du bain au delà de la lèvre 50, dans le récipient 52 d'où il sera ramené pour être filtré et pompé à nouveau dans l'entonnoir 46. De cette façon, on remplace les installations usuelles pour maintenir la recirculation des bains de galvanoplastie. Cet arrangement présente en outre l'avantage que cette circulation maintenue permet l'introduction continue en 46 d'un supplément de produit de renforcement à mesure que celui qui a été introduit précédemment a été incorporé dans le dépôt. On voit clairement que le présent arrangement produit un électroplacage sur le bord exposé de la cathode 18 où l'isolement 20 ne s'étend pas, si l'on admet que le bain est l'un des bains d'électroplacage habituels qui produisent un dépôt de placage sur la cathode qui devient ainsi l'électrode de dépôt. Les particules de renforcement 62 qui sont maintenues contre la cathode 18 (ou sur le dépôt qui la recouvre) sont incorporées dans le métal de placage. Un placage de nickel (obtenu d'ordinaire d'un bain de 69 05825 4 2003462 sulfanate sous faible tension) sur des monocristaux d'alumine en forme de fibres ou de "moustaches de chat" constitue une combinaison utile. Les "moustaches de chat" en alumine, en passant à travers l'entonnoir 46. (Si la recirculation du bain est en marche, elles seront entraînées vers le 5 bas par celle-ci) tombent sur la surface supérieure de 30 et sont alignées horizontalement avant d'être chassées par la force centrifuge contre le bord de la cathode 18, de sorte qu'elles sont alignées suivant la direction de la dimension longue du dépôt qui doit être formé. L'orifice inférieur de l'entonnoir 46 peut être légèrement aplati de façon què les "moustaches 10 d® chat" seront orientées en travers dans la direction du mouvement qui leur est imprimé quand elles sont précipitées veis la cathode. Cette façon d'appliquer les fibres de renforcement n'est, bien entendu, pas la seule possible. Par exemple de l'air soufflé par une buse convenablement installée peut être employé (la buse étant aplatie pour des raisons d'orientation) 15 pour souffler les fibres de renforcement contre la cathode. Ce qui est nécessaire d'une façon générale est le dispositif pour l'orientation et la distribution. Il est clair aussi, pour que les fibres de renforcement soient fermement maintenues par la force centrifuge contre 1*électrode de dépôt que les parties de l'électrode qui les reçoivent soient orthogonales par 20 rapport à un axe central commun autour duquel l'électrode tourne. Elles se trouvent ainsi dans un cercle formé par l'intersection de la face de l'électrode avec un plan normal à l'axe central commun. L'appareil centrifuge produit facilement des accélérations égales à plusieurs centaines de "g", ce qui suffit pour maintenir les 25 fibres de renforcement, même malgré un léger lavage par le bain. Il a été constaté qu'il est parfaitement possible de modifier la forme de réalisation représentée en suspendant, la contreéLectrode 34 et l'ensemble des organes qui lui sont associés sur un roulement à billes supporté au-dessus et au dehors de l'appareil centrifuge de sorte qu'il ne se produit aucun 30 effort d'entraînement direct sur la contre-électrode, en dehors de l'entraînement par le bain 48, ce qui est suffisant pour amener la contre-électrode (l'anode) à une vitesse élevée. Il y a une circulation suffisante de l'électrolyte au delà de l'électrode de dépôt, quand le placage de nickel est effectué pour permettre d'employer des densités de courant supérieures 35 à celles qui sont permises avec un électrolyte en stagnation : de la sorte la densité nominale optimum de 0,007 ampère/cm pour un bain particulier de sulfanate de nickel peut être élevée jusqu'à 0,02 ampère/cm dans la nise en oeuvre de la présente invention. La cathode en acier inoxydable employée pour le dépôt de nickel 40 renforcé a une adhérence assez faible pour que le dépôt semblable a un ruban 69 05825 5 2003462 puisse être facilement détaché. Cela n'est évidemment pas nécessaire. Une électrode pour un dépôt adhérent -(de préférence mince) peut être employée et simplement garnie avec une mince couche de la matière de la cathode sur un côté pour produire un dépôt renforcé. 5 L'invention ne se limite pas à 1'électroplacage. Par exemple, un latex en suspension pourrait être déposé oar électrophorèse pour permettre l'introduction de fibres d'une autre matière. La figure 2 est une microphotographie d'une section préparée métal lographiquement et agrandie 1010 fois d'un dépôt de nickel ou matrice 64 10 contenant des "moustaches de chat" en oxyde d'aluminium 66 orientées qui sont vues en coupe transversale. Les stries figurées dans la matrice 64 sont des représentations de la structure cristalline de la matrice de nickel 64, qui, vue sous la lumière polarisée qui fut employée pour la microphotographie originale, est apparue ainsi. On voit qu'il y a une réelle 15 orientation des "moustaches de chat" 66 Derpendiculairement au olan de la figure : la dimension maxima d'une"moustache de chat" dans le plan de la figure est d'environ 9,5 mm ainsi agrandie ou de 0,085 m?, en dimension réelle. Etant donné que les "moustaches de chat" avaient une dimension visible au macroscope, il est évident que leur longueur est hors du plan de la section. 20 La figure 3 est une microphotographie, agrandie 245 fois, d'une section métallographique d'un dépôt de nickel de 0,1 mm d'épaisseur qui contient dans une matrice de nickel 68 des particules de métal solide 70. La caractéristique particulière et importante de ce spécimen particulier est que dans sa partie médiane d'environ 0,054 mm d'épaisseur, on constate à 25 l'inspection qu'il existe une concentration très élevée des inclusions 70. Bien que ces inclusions, étant une poudre ne retirent aucun avantage d'une orientation particulière, elles montrent que les forces qui retiennent une inclusion élevée et peuvent être produites grâce à la présente invention permettent d'obtenir une forte densité pour les inclusions sans aucune 30 des porosités qui pourraient être produites par un mouvement accidentel de la poudre si elle était simplement ocluse, en provenance d'une suspension, dans On électrolyte utilisé antérieurement. Les avantages de la production d'une matrice ayant une haute densité d'inclusions, connue nar exemple une matrice faite d'un métal doux contenant des particules de carborundum, 35 pour être employée dans un polissage, sont bien connus. 69 05825 6 2003462 REVENDICATIONS 1. Appareil pour effectuer un dépôt électrique comprenant une électrode de dépôt destinée à recevoir un dépôt renforcé, comportant 5 un axe central et une forme telle que toutes les faces destinées à recevoir ce dépôt renforcé se trouvent, sur une section quelconque, dans un plan normal à l'axe central et sur un cercle ayant son centre sur cet axe cén-tral, des moyens pour èrienter et distribuer le produit de renforcement sur l'électrode de dépôt avec une orientation fixe par rapport audit plan 10 normal, une contre-électrode, un récipient destiné à recevoir un bain de dépôt électrolytique en contact avec l'électrode dé dépôt et la contre-électrode, un dispositif isolant pour isoler l'électrode de dépôt de la contre électrode, un dispositif moteur pour faire tourner l'électrode de dépôt autour de l'aie central et des moyens de connexion pour relier 15 l'électrode de dépôt et la contre-électrode à une source d'énergie électrique. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'orientation et de distribution comprennent un dispositif assurant la recirculation du bain et des moyens pour introduire le produit de renforcement dans l'appareil. 20 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'orientation et de distribution du produit de renforcement sont mis en cotation par le moteur. 4. Procédé pour introduire des inclusions dans un dépôt électrolytique consistant à faire tourner une électrode de dépôt dans un bàin 25 de dépôt électrolytique autour d'un a«e extérieur à l'électrode, à appliquer les inclusions sur l'électrode en rotation pour qu'elles y soient retenues par la force centrifuge, à former un dépôt électrolytique provenant du bain sur l'électrode et autour des inclusion qui doivent être incorporés.