Brevet FR2123542A1 — publié le 19720908

La présente invention a pour objet 1'électroformage et en particulier une méthode et un appareil pour former des cylindres en laiton par dépôt électrolvtique. L'électroformage est un procédé bien connu dans lequel 5 un mandrin reçoit un dépôt électrolvtique d'un métal en utilisant le mandrin comme cathode, pour former une couche métallique à la forme désirée, après quoi le mandrin est enlevé. Bien que beaucoup de métaux sont utilisés pour un dépôt électrolvtique de protection ou de décoration, et pour autres usages, seuls quelques types 10 sont utilisés pour 1'électroformage, parce que seulement quelques uns des procédés disponibles sont satisfaisants pour produire des revêtements épais ayant des propriétés mécaniques et physiques satisfaisantes. La plus grande partie de 1'électroformage se fait au nickel ou au cuivre et très peu d'électroformage se fait avec 15 des alliages. D'autre part, 1'électroplastie se fait avec des alliages tel que le laiton, mais il n'existe aucune information au sujet de la production de revêtements acceptables avant une épaisseur supérieure à environ 12,5 microns. Même s'il était possible d'ob-20 tenir des couches plus épaisses en laiton, par exemple d'une épaisseur de 125 microns, la vitesse de déposition d'une telle couche serait trop lente et demanderait un temps exceptionnellement long pour obtenir une épaisseur substantielle. La vitesse de déposition obtenue dans un bain d'électrolvse conventionnel au laiton est len-25 te, parce qu'on ne peut utiliser que des densités de courants relativement faibles. Ceci est dû à la faible efficacité de la cathode, c'est à dire à la faible efficacité avec laquelle est déposé le métal. Une augmentation de la densité du courant pour augmenter la vitesse de déposition a pour effet une réduction dé l'efficacité 30 de la cathode. Un autre inconvénient qui résulte d'une augmentation de la densité de courant est que les anodes en laiton utilisées dans le bain d'électrolvse se polarisent et deviennent éventuellement passives. La composition du bain peut alors rapidement être déséquilibrée. 35 La qualité du dépôt métallique se dégrade souvent avec un accroissement de l'épaisseur de celui-ci et une méthode pour améliorer la qualité du dépôt consiste à utiliser une inversion périodique du courant de 1'électroplastie. En outre, pour obtenir un dépôt uniforme autour d'un article, celui-ci doit être mis en rota-40 tion. Typiquement, dans un tel procédé on utilise une densité de 72 03032 2123542 2 courant de 3 à 5 ampères/dm . Dans ces circonstances, une durée de deux heures est nécessaire pour produire un revêtement d'environ 125 microns. Ce temps est plutôt long pour un procédé commercial. 5 Par conséquent, un objet de la présente invention est de fournir une méthode et un appareil pour 1'électroformage afin de surmonter les nombreux inconvénients des méthodes de l'état de la technique. Selon un aspect de la présente invention on fournit une 10 méthode d'électroformage comprenant 1'électroformage d'un revêtement métallique sur un mandrin dans un bain d'électroplastie, le mandrin étant branché à la cathode et mis en rotation pendant 1'électroplastie de façon que sa surface ait une vitesse linéaire d'au moins 30cm par seconde à travers le bain. 15 Selon un autre aspect de 1'invention, on fournit un appa reil d'électroformage comprenant un bain pour dépôt électrolvtique avec une anode et une cathode, et un moyen pour passer du courant d'électrolyse entre l'anode et là cathode, la cathode étant un mandrin sur lequel est déposé par électroplastie un revêtement 2 0 métallique, et un moyen pour tourner la cathode, de façon que sa surface ait une vitesse linéaire d'au moins 30cm/sec à travers le bain d'électroplastie. En utilisant une vitesse de rotation de la cathode suffisamment rapide, l'efficacité de la cathode pour une densité de courant 25 donnée peut être substantiellement maintenue au niveau obtenu par 1'électroplastie conventionnelle au laiton. En outre, les anodes ont une tendance beaucoup moindre à se polariser. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va suivre de plusieurs exemples de 3 0 réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels; La Figure 1 est une coupe d'un appareil selon un mode de réalisation de l'invention et, La Figure 2 est une vue en perspective avec certaines parties arrachées d'un mode de réalisation de l'invention. 35 Se référant à la figure 1, le bain d'électroplastie com prend un électrolyte 1 contenu dans un réservoir 2. Le bain est chauffé, par exemple, au moyen d'un élément de chauffage extérieur 3 ou par un élément de chauffage intérieur(non montré). Si cela devient nécessairef on peut utiliser des thermostats pour maintenir 40 le bain à une température constante. Dans le réservoir 2 sont 72 03032 2123542 disposées d'une façon rigide deux plaques d'anode 4 en laiton à proximité des deux parois opposées du réservoir. Ces deux anodes sont branchées à une borne d'une source de courant électrique appropriée (non montrée).De même, un système de circulation 5 5 (figure 2) est supporté rigidement à l'intérieur du réservoir 2 pour 1'électrolyte 1. Le système de circulation 5 inclut un élément de filtre et un circulateur 6 qui soutire de 1'électrolyte du bain à sa partie inférieure et l'alimente par un tube 7 à un tube d'alimentation 8. Ce tube d'alimentation 8 est formé en une 10 boucle rectangulaire fermée, et alimente 1'électrolyte dans le bain à travers une pluralité^-d* ouvertures 9 qui dirigent l'électrolyte vers les surfaces faisant face à -l'intérieur des plaques d'anode 4, tel que représenté par les flèches sur la figure 1. De cette façon, on obtient un mouvement rapide de 1'électrolyte 15 par dessus les plaques d&node. L'ensemble de cathode 10 disposé à mi-chemin entre les plaques d'anode 4 comprend une tige de commande 11 branchée à l'autre borne de la source de courant électrique- au moyen d'une bague ou directement par un palier dans lequel la tige 11 2 0 peut être mise en rotation par le moteur 12. A cette extrémité dans le bain, la tige de commande supporte un cylindre 13 en acier inoxydable qui est utilisé comme mandrin pour le procédé d'électroformage. Le cylindre 13 est supporté entre des disques 14 et 15 en PTFE (polytétrafluoroéthvlène) et la connexion électrique 25 entre la tige 11 et le cvlindre 13 est réalisée par les ressorts métalliques conducteurs 16 qui sont fixés à la tige 11 par leur extrémité supérieure. La source de courant électrique peut incorporer un dispositif pour réaliser une inversion périodique du courant et pendant 30 que le revêtement en laiton se réalise sur le cylindre 13, l'ensemble de cathode est mis en rotation par le moteur 12 de façon que la surface du cylindre 13 se déplace à travers le bain à une vitesse d'au moins 3 0 cm/sec. On peut obtenir avec l'appareil de l'invention des élec-35 troformes d'une épaisseur de 125 microns d'une bonne qualité. On peut même maintenir la qualité des meilleures électroformes en augmentant le courant et la vitesse de rotation. On a réalisé une électroplastie d'une épaisseur d'environ 125 microns en 20 minutes avec une densité de courant de 13 ampères/dm , et une vitesse de 40 rotation donnant une vitesse linéaire de la surface de cathode 72 03032 2123542 d'environ 395cm/sec. En utilisant un cylindre 13. ayant un diamètre de 89mm la vitesse de rotation de l'ensemble de cathode est de 850 t.p.m. Pendant la réalisation du procédé, les analyses du bain 5 et les conditions opérationnelles se situèrent entre les valenrs numériques suivantes: Analyse du bain Cuivre métallique 40 à 25g/litre Zinc 2,4 à 3,4g/litre 10 carbonate de sodium 40 à 75g/litre cyanure libre 10 à 4,4cr/litre OH-libre 10 à 1,Sa/litre jpH ènvirôn 12 Conditions de fonctionnement 15 densité du courant à la cathode 10 à 13 ampères/dm Température 80 à 82°C Rotation de la cathode 323 à 395cm/sec vitesse linéaire Pendant la réalisation d'un procédé typique, l'analyse 20 du bain et les conditions opérationnelles furent les suivantes Cuivre métallique 30g/litre zinc métallique 3,3g/litre Rapport Cu/Zn 9/1/ Carbonate de sodium 73g/litre 25 cyanure libre 4,4g/litre (comme NaCN) OH libre l,5g/litre (comme NaOH) pH environ 12 Conditions opérationnelles 2 Densité du courant à la cathode 10 ampères/dm 30 Température 82°C Rotation de la cathode 323cm/sec. Vitesse linéaire En utilisant un bain ayant une analyse à l'intérieur des valeurs ci-dessus et à l'intérieur des conditions de fonctionnement 35 ci-dessus un temps d'électrolyse d'environ 2 0 minutes on a pu produire une couche électroformée d'une épaisseur de l'ordre de 75 à 125 microns. Par conséquent, en utilisant la présente invention, il est possible d'obtenir des électroformes en laiton d'une épaisseur 40 relativement forte et plus vite qu'avec les moyens connus et avec 72 03032 2123542 une bonne qualité de revêtement. Les électroformes produites par la méthode de l'invention sont particulièrement utiles sous formes de courroies flexibles sans fin et conductrices dans les machines de reproduction xérographiques, les courroies supportant ur.e couche phctoconductrice Une caractéristique spécialement importante est le fait que ces courroies n'ont aucune couture ou soudure. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 72 03032 6 2123542 REVENDICATIONS 1. Méthode de dépôt électrolvtique ou d'électroformage caractérisée en ce qu'elle consiste à déposer par électrolyse un revêtement métallique sur un mandrin dans un bain pour dépôt élec- 5 trolytique, le mandrin étant branché comme cathode, à mettre en rotation le mandrin pendant 1'électroplastie de façon que sa surface se déplace dans le bain à une vitesse linéaire d'au moins 30cm/sec. 2. Méthode selon la revendication l, caractérisée en ce que 10 la vitesse est de l'ordre de 32 3 à 35 cm/sec. 3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la polarité du courant pour le dépôt électrolvtique est inversée périodiquement. 4. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 3, caractérisée en ce que le revêtement est en laiton et que le bain pour le dépôt électrolvtique a la composition suivante: Cuivre métallique 40 à 25g/litre Zinc métallique 2,4 à 3,4g/litre Carbonate de sodium 40 à 75g/litre 20 Cyanure libre 10 à 4,4g/litre OH libre H) à l,5g/litre pH environ 12 5. Méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que la température du bain est de l'ordre de 80 à 82°C 25 6. Méthode selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la densité du courant électrique à la cathode est de l'ordre 2 de 10 à 13 ampères/dm . 7. Appareil pour électroformage, caractérisé en ce qu'il comprend un bain pour dépôt électrolvtique avec une anode et une 30 cathode et un moyen pour passer un courant d'électrolvse entre l'anode et la cathode, la cathode étant un mandrin sur lequel un revêtement métallique est êlectroformé en utilisant cet appareil et un moven pour mettre en rotation la cathode de façon que sa surface ait une vitesse linéaire, à travers le bain, d'au moins 35 30cm/sec. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce -qu'il comprend en outre un moyen pour inverser périodiquement le courant pour le dépôt électrolvtique. 9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en 40 ce que le bain pour le dépôt électrolytique a la composition sui- 72 03032 vante: Cuivre métallique Zinc métallique Carbonate de sodium Cyanure libre OH libre PH 2123542 40 à 25g/litre 2,4 à 3,4q/litre 40 à 75g/litre 10 à 4,4g/litre 10 à l,5g/litre environ 12.