Brevet FR2132153A1 — publié le 19721117

La présente invcnfcioti concerne de;' conducteurs -électriques tels que des fils ou des câbles. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de xabrienlion do fils ou câbles perfectionnas en nluminiu-a ou en alliages d 'aluminium. Les fils et cibles utilisas comme conducteurs électriques ont tout d'abord élé réalisés on cuivre. Dans ces récentes années pour des raisons économiques, on a utilisé l'aluminium au lieu du cuivre qui est plus coûteux. Cependant, tandis que l'aluminium est moins coûteux que le cuivre, il présente certains inconvénients par rapport à ce dernier métal plus coûteux, tels que des propriétés mécaniques inférieures et une moins bonne conduc-tivité. Ces inconvénients semblent cependant avoir été acceptés. Les inconvénients les plus sérieux de l'aluminium et de ses alliages consistent dans la formation d'une pellicule d'oxyde isolant sur la surface,ainsi qu'en un - coefficient de dilatation thermique élevé et une faible résistance au fluage, ce qui rend impossible de réaliser des connexions à faible résistance de contact et de les maintenir dans des connecteurs ordinaires utilisés pour des conducteurs de cuivre. En général, les conducteurs électriques sous forme de fils et de câbles ne sont pas soudés à l'étain mais dans certains cas, il peut être souhaitable de les souder les uns aux autres ou avec un autre métal dans une borne de connexion. Dans de tels cas un fil d'aluminium présente 11 inconvénient de ne pas pouvoir être facilement soudable. Il est à noter que par le terme "aluminium" on entend aussi bien l'aluminium métal que les alliages d'aluminium. Pour obtenir des fils d'aluminium exempts des inconvénients mentionnés ci-dessus, on a revêtu un fil d'aluminium avec d*autres métaux, tels que le cuivre, pour obtenir des liaisons aluminium-métal. Ces fils revêtus présentent une meilleure conducti-vité et fo•••ment de meilleur:? contacts. On peut obtenir de tels revêtements par traitement de 1'aluminium avec 3e cuivre métal comme décrit dans '-'exas Instruments Bulletin K° 516-TB 25-468.Les revêtements sont cependant plus épais que ce qui est nécessaire du point de vue électrique, ce qui augmente le prix de revient des fils revêtus. Il est avantageux que l'épaisseur du revêtement 8AD ORIGINAL 72 10904 2 2132153 G oit compris g entre 1,5 et 3,0 microns. La présente invention uermet donc d'obtenir un fil d'alumine e mini um muni d'un revêtement peu coûteux/d ' un autre métal, ledit revêtement étant fortement lié à 1'aluminium et ne s'arrachant pas ou ne s'écaillant pas à l'usage, et! particulier par abrasion ou par traitement thermique, ledit revêtement ayant une épaisseur de 1,5 à 3,0 microns environ. La présente invention fournit donc un procédé de fabrication d'un fil d'aluminium revêtu d'un métal, le fil ainsi revêtu présentant les propriétés souhaitables mentionnées ci-dessus. Le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait que l'on dégraisse le fil dans du trichloréthylène ou dans une solution aqueuse concentrée d'hydroxyde de sodium, çlj ^ d ciclô que l'on traite le fil avec une solution aqueuse /iluorhydrique ou d'acide chlorhydrique et que .1'on effectue un revêtement élec-trolytique du fil avec un métal, 1'électrolyte comportant un sel dudit métal, l'anode étant constituée par le métal et la cathode -étant constituée par le fil d'aluminium. Pour la mise en oeuvre de l'invention,, le fil d'aluminium peut être en aluminium pratiquement pur ou en un alliage approprié tel que par exemple : aluminium 98,5 à 99,8 $, fer 1,5 à 0,2 /« aluminium 99>1 .fer 0,75 7°, magnésium 0,15 % aluminium 99,45 cuivre 0,40 magnésium 0,15 Il est préférable de décaper le fil d'aluminium avant le traitement acide, en éliminant toutes particules métalliques ou autres adhérant sur le fil puis en dissolvant toutes graisses ou lubrifiants présents sur le fil dans un solvant approprié tel que le dichloro-éthylène ou le tétrachlorure de carbone. Le solvant est de préférence volatil de façon qu'il s'écoule un temps très bref entre le traitement au solvant et le traitement suivant à 1'acide. On effectue le traitement à l'acide en faisant passer le fil dans une solution aqueuse renfermant des acides fluorhydrin ue et chlorhydrique. La solution renferme a van tageu.;jeraen t de 3 à 5 parties en poids environ d'acide fluorhydrique concentré (48 c/o) et de 29 à 30 parties environ d'a.'cide chlorhydrique concentré 72 10904 2132153 (37,9 f<>) ainsi qu'une quantité suffisante d'eau pour obtenir 100 parties en poids. On utilise de préférence une solution renfermant 4 parties en poids d'acide fluroliydrique à 48 $, 30 parties en poids d'acide chlorhydrique à 37,9 et fi G parties en poids d'eau. 5 On peut effectuer le traitement à l'acide à une température comprise entre 30 et 40°C environ. Ce-traitement est destiné à décaper le fil d'aluminium et contribue à donner une meilleure liaison entre l'aluminium et le revêtement. Après le traitement à l'acide, on fait passer le fil dans de 10 l'eau chaude pour éliminer tout acide encore présent. On fait alors passer le fil d'aluminium dans un électrolyte aqueux renfermant un ou plusieurs sels du métal ou des métaux devant être déposés sur le fil d'aluminium, entre des anodes du métal. Bien que de nombreux sels puissent être utilisés comme 15 électroly.tes, il est préférable d'utiliser le fluoborate ou le sulfamate sous des concentrations allant de 200 à 250 g par litre. En outre, on peut ajouter à 1'électrolyte environ î g par litre de chacun des acides libres correspondant au métal. Le pH de la solution de 1'électrolyte est d'environ 2 et 20 on peut le faire varier entre 2 et 2,5 environ. Les métaux utilisés pour le revêtement du fil d'aluminium comprennent le nickel, le cuivre, l'étain, le zinc et le cadmium. On peut effectuer le revêtement électrolytique à une température comprise entre 30 et 40°C environ, lorsque 1'électrolyte 25 est du fluoborate de nickel, et entre 50 et 60°C environ lorsque 1'électrolyte est du sulfamate de nickel. , .de courant On peut faire varier la densite/ et la tension pour adapter convenablement les conditions de mise en oeuvre du procédé. On —2 a trouvé qu'une densité de courant d'environ 20 ampères/dm et 30 une tension d'environ 6 volts sont satisfaisantes. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente un schéma illustrant le procédé selon 35 l'invention ; et la figure 2 représente une vue transversale selon 2-2 de la figure 1. 72 10904 4 2132153 Hur ces fi^uroy, la rofcrenoo 10 dosigae le di-'sposi!;:L£ do réalisation du revêtement. Coufoi'muiyoïvt à 1:invention, on d.-lgraiono tout d'abord le fil 9 dans uu ensemble de dé-raissuge ! î au tricolorethyl^no et on le fait passer de façon répétitive, cornue représente sur la ui,;t'.ra I? sur deux blocs de rouleaux tournants 12, donc au paoircj 1 *un osi, connecté au pôle négatif d'une source de tension continue, à travers un bain acide 13 renfermant un mélange d'acide fluor'1 ydrioue, d'acide chlorhydrique et d'eau. L'utilisation de ce bain acide permet d'obtenir la liaison convenable entre le fil et le revêtement de nic:kel lorsqu'il a la composition ci-dessus et qu'il est maintenu soigneusement en équilibre. Le fil est à nouveau égoutté et lavé dans de 1'eau courante chaude 19 avant de passer sur deux rouleaux 14 et d1 être introduit dans le bain de revêtement 16 puis de passer plusieurs fois sur deux blocs de rouleaux tournants 15, chaque fois entre des paires d'anodes métalliques telles que des anodes de nickel 17 qui sont connectées au pôle positif de la source de courant continu. Le fil est à nouveau égoutté et lave dans de l'eau courante chaude 20, Il est enfin enroulé sur des rouleaux 13. Le bain de revêtement peut être réalisé selon l'un des doux procédés connus au fluoborate ou au sulfamate et il doit être équilibré dans sa composition afin de donner une structure à grain extrêmement fin et de permettre au revêtement de pénétrer dans toutes les petites cavités ayant pu être causées par le bain acide. Un contrôle et un ajustement soignés des températures du bain et de la composition du bain sont nécessaires pour la production d'un produit de qualité. Le fait que les procédés au fluoborate et au sulfamate permettent de ma in. tenir une densité de courant extrêmement élevée dans le bain de revêtement, et le fait que tous les ensembles de rouleaux sont du type à entraînement, permettent de réaliser le procédé à grande vitesse et à faible prix de revient. L'exemple ci-dessous, donné à titre illustratix, mais nullement limitatif, montre les conditions opératoires et les dimensions des dispositifs pour le revêtement d'un fil d'aluminium par du nickel. Longue ur des bains d'acide en mm 4300 Longueur des bains de revêtement en mm 4300 Longueur des bains de lavage à l'eau chaude en mm 4300 Longueur du trajet du fil dans le bain- acide en m environ 80 Longueur du trajet du fil ria;,s le bain de revêtement en m environ 80 BAD ORIGINAL 72 10904 5 2132153 Longueur du trajet du fil dans le bain de lavage à l'eau chaudo en m '4,3 Vitesse du fil en m/seconde environ 6 Formule du. bain acide : 5 ' Acide flnorhydrique à 48 fa : fo en poids 4 Acide chlorhydrique à 37,9 cf t* °/o en poids 30 Eau distillée, f> en poids 66 10 Formule du bain de revêtement : Fluoborate de nickel, g/l 683 Nickel, g/l 172 Acide borique libre, g/l 33 Conditions de fonctionnement du bain acide : 15 Température, °C 30-40 Conditions de fonctionnement du- bain de revêtement : Température, °C 30-40 pH (colorimétrique) 2,0 20 Densité de courant, ampères/dm * environ 20 Tension du bain, Y environ 6 Anodes : plaques de nickel dépolarisées Volume des bains de décapage ou d'acide et des bains de revêtement en circulation : " 25 litres 500 Dans les conditions décrites, on peut revêtir un fil d'alu- minium de 2,5 mm de section avec un revêtement de nickel ayant une épaisseur de 1,5 micron. Au moyen du procédé ci-dessus, le dépôt de nickel est réali- 30 se sous la forme d'une couche d'ilôts reliés entre eux recouvrant complètement et pénétrant la surface d'aluminium, de sorte que toute faible porosité soit remplie par du nickel. Ainsi, une liaison très solide est réalisée entre la surface d'aluminium et le revêtement de nickel. 35 Le fil d'aluminium revêtu de nickel au moyen du procédé ci-dessus présente les mêmes excellentes propriétés de contact qu'un fil de cuivre, et il peut être soudé à l'étain de la même façon qu'un fil de cuivre. Il peut être étiré pour avoir des 72 10904 6 2132153 dimensions inférieures sans perdre ses propriétés de contact. On peut même effectuer une soudure à l'étain chaud ultérieure en maintenant d'excellents résultats et le fil traité à l'étain chaud présente la même surface lisse et brillante qu'un fil de 5 cuivre traité à l'étain chaud . On obtient des résultats semblables lorsqu'on utilise un sulfamate à la place d'un fluoborate ainsi qu'un métal tel que le cuivre, l'étain, le zinc ou le cadmium pour le revêtement. .On peut, si on le désire, utiliser des mélanges de deux ou de 10 plusieurs métaux. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits sans sortir du cadre de l'invention. 72 10904 i 2132153 ' ^vE-rni" v tons 1. Procédé rie revêtement électrolytique d'un fil d'aluminium par au moi-us un métal choisi parmi la nickel, le cuivre, l'étain, le zinc ai, le cadainra, procédé caractérisé par lo fait que : 1 ) on fait paaser le fil dans un bain acide consistant en une solution -aqueuse d'acides fluorhydrique et chlorhydrique, et 2) on effectue un revêtement électrolytique du fil avec au moins l'un des métaux ci-dessus, en faisant passer le fil dans un électrolyte renfermant au moins' un fluoborate ou un sulfamate d'au moins l'un desdits métaux, le fil d'aluminium constituant la cathode et le métal choisi constituant l'anode. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le bain acide comprend ' 4 a/° en poids d'acide fluorhydrique à 48 i°, 30 io en poids d'acide chlorhydrique à 37,9 i° et 66 fo en poids d'eau. 3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le fil d'aluminium est constitué par de l'aluminium pratiquement pur. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fil d'aluminium est constitué par un. alliage d'aluminium répondant à l'une des compositions suivantes : aluminium 98,5 à 99,8 io, fer 1,5 à 0,2 , aluminium 99,1 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le métal est le nickel et 1'électrolyte est le fluoborate de nickel. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel 1'électrolyte est à une température comprise entre 30°C et 40°C environ. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le métal est le nickel et 1'électrolyte est le sulfamate de nickel. 8. Procédé selon la revo- àication 7, dans lequel l'électrolyte est à une température co-rrrise entre 50°C et 60°C environ. 9. Procédé selon la r;veadication 1, dans lequel le bain acide est à une tei;a.é • a ture cca.prise entre 30°C et 40°0 environ. Sàd original 72 10904 8 2132153 10. "Fil d'aluminium ou d'alliage d'aluminium revêtu clecùi lytiquement d'un métal conducteur, obtenu au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.