Brevet FR2244832A1 — publié le 19750418

La présente invention concerne un procède pour déposer simultanement,par galvanoplastie, un mental sur une base, en usinant la surface du métal qui est déposé par galvanoplastie,selon des specifi- cations désirées. A ce jour, les pièces travaillees métalliques qu'on devait plaquer et usiner étaient généralement traitées au départ de façon à y déposer le métal désiré, puis, dans une opération séparée et distincte, on usinait les pièces travaillées tetalliques ainsi plaquées aux spécifications désires. Ces opérations séparées étaient longues, car les dures de placage classique atteignent souvent environ 2 h et plus et le transfert des pieces travaillées du point de placage au point d'usinage prenait un temps complémentaire.De plus, dans les procédas classiques de placage5 les densités maximales de courant généralement utilisées ne dépassent pas 20 A/dm2 et les vitesses de dépit dépassent rarement 2 rm/mn, De plus, dans ces opérations classiques de placage5 on utilise des anodes solubles pour maintenir la composition chimique dans des limites acceptables et on réalise une agitation par l'air et par la cathode. La présente invention constitue une amélioration par rapport å ces procédés classiques et convient particulièrement à la mise aux dimensions et au dépôt électrolytique du diamètre intérieur d'une pièce travaillée métallique et trouve un domaine d'application étehdu dans les opérations de récupération et de formation de dépôt sur les sZnehons et paliers. Selon un de ses aspects principaux, l'invention consiste en un procédé de galvanoplastie et de rodage è la pierre du diamètre intérieur d'une pièce travaillée conductrice, en utilisant un appareil constitué d'un outil de rodage h la pierre tournant, qui est commandé de telle sorte que ses faces de rodage à la pierre s'appuient contre la face intérieure de l'orifice de la pièce h usiner. En utilisant un tel appareil5 on peut augmenter de plusieurs fois la vitesse de départ en le rendant économique, Ces vitesses élevées de dépôt sont possibles par suite de l'agitation importante apportée par l'appareil et de la distance très breve entre l'anode et la cathode, ce qui permet d'utiliser des densités de courant décuplées par rapport à celles utilisées dans les procédés normaux de placage. La pièce travaillée est maintenue essentiellement fixe dans un support associé à l'appareil et une solution de placage est apportée à partir d'un réservoir sur la surface è plaquer5 alors que l'outil de rodage à la pierre tourne. On applique le courant de galvanoplastie avec des densités très élevées en utilisant l'outil de rodage à la pierre comme anode et la pièce travaillée comme cathode. Lorsque le dépôt eEctrolyti- que commence à s'épaissir, les faces de rodage à la pierre de l'outil reculent automatiquement et à une vitesse préalablement déterminée, si bien que le revêtement électrolytique se dépose de façon uniforme a vitesse élevée et est usiné ou rodé à ta pierre au fur et à mesure qu'il se constitue.On peut arr8ter automatiquement l'opération lorsque les tolérances ou les spécifications requises sont atteintes. Le succès d'une telle opération avantageuse dépend cependant, dans une grande mesure, de la nature de la solution de galvanoplastie utilisée. On a constaté par exemple que les solutions de placage classiques en cuves nuisent à l'efficacité et aux possibilités de réalisation du procédé, dont le succès dépend de l'utilisation de densités de courant élevées, de vitesse rapide de dépôt électrolytique et qui s'accompagne nécessairement d'une agitation importante ou de la formation de turbulence dans la solution de dépôt électrolytique, sous l'action de l'outil de rodage à la pierre tournant.De plus, l'anode ou outil de rodage a la pierre ne doit pas etre polarisé ni attaqué par la solution de placage et les vitesses de dépôt doivent entre comprises entre 3 et 3Oum/mn et, de préférence, entre 12 et 30Zm/mn. De plus5 l'adhésion du dépôt a la base métallique et les propriétés physiques du dépôt formé doivent etre égales ou supérieures à celles des placages classiques. De plus, par suite de l'insolubilité de l'outil de rodage la pierre anodique, la solution de placage doit pouvoir être utilisée pendant une durée prolongée, sans altération importante de ses caractéristiques de dépôt et doit mètre capable d'entre régénérée chimiquement. La demanderesse a découvert qu'on peut améliorer considérablement la galvanoplastie et l'usinage simultané en apportant à la surface de la pièce travaillée à revetir par un dépôt électrolytique, alors que l'outil d'usinage tourne et qu'un courant passe de l'anode (outil d'usinage) à la cathode (pièce travaillée conductrice) avec une densité de courant élevée, une solution aqueuse métallique de placage choisie parmi le groupe constitué par (a) une solution de dépôt électrolytique de bronze constituée d'une solution aqueuse alcaline d'un sel d'étain soluble dans l'eau,présent des concentrations apportant une concentration en étain exprimée en étain élémentaire de 40 à 170 g/l et d'un sel de cuivre soluble dans l'eau apportant une concentration en cuivre exprimée en cuivre élémentaire de 30 à 70 gll, cette solution ayant un pH de 9 9 14 et étant maintenue pendant l'utilisation å une température de 40 à 90"C, le courant étant fourni avec une densité de courant d'environ 70 à 210 Aldm2, de telle sorte que du bronze soit déposé à la surface de la pièce travaillée à plaquer et à usiner, à une vitesse d'environ 3 à 30/mn; (b) une solution de dépôt électrolytique de cobalt constituée d'une solution aqueuse d'un sel de cobalt soluble dans l'eau, présent en quantité apportant une concentration en cobalt exprimée en cobalt élémentaire de 20 à 250 g/l, cette solution de dépôt électrolytique ayant un pH de 1 à 5,5 et étant maintenue pendant le placage et l'usinage a une température de 20 à 900C, le courant étant fourni avec une densité de courant d'environ 50 à 300 A/dm2, de telle sorte que du cobalt soit déposé sur la surface à plaquer à une vitesse d'environ 3 à 30 pm/mn;; et (c) une solution de dépôt électrolytique de chrome constituée d'une solution aqueuse d'acide chromique présent à des concentration d'environ 100 d 600 girl, cette solution ayant un pH d'environ 1,0 a 6,6 et étant maintenue pendant l'utilisation å une température d'environ 15 a 800C, le courant étant fourni -avec une densité de courant d'environ 100 å 450 A/dm2, de telle sorte que du chrome soit déposé a la surface de la pièce travaillée à plaquer et à usiner, b une vitesse d'environ 3 à 30/um/mn. De façon avantageuse, on peut recycler les solutions de placage ci-dessus dans le réservoir de solution de dépôt électrolytique où on peut régénérer la concentration en métal. Pendant l'opération de dépôt électrolytique et d'usinage de la pièce travaillée, l'outil de rodage à la pierre tourne en provoquant une agitation énergique ou un phénomène de turbulence dans la solution de dépôt électrolytique qui est apportée à la surface de la pièce travaillée a recouvrir par galvanoplastie. Comme précédemnent indiqué, dans ces conditions, et lorsqu'on utilise des densités de courant élevées pour obtenirdes vitesses de dépôt électrolytique rapides, les solutions classiques de galvanoplastie ne conviennent généralement pas. Dans les exemples suivants, on dispose, dans un support, une pièce travaillée métallique comportant un orifice qu'on désire simultanément recouvrir d'un déptt-électrolytique et roder à la pierre, de façon å maintenir cette pièce en position fixe pendant l'opération. L'outil de rodage à la pierre tournant est mis en place dans l'appareil, de telle sorte que la surface de l'orifice de la pièce travaillée soit écartée de l'outil. L'opérateur fait alors tourner l'outil, apporte la solution de galvanoplastie à la surface de l'orifice de la pièce travaillée à recouvrir pargalvanoplastie et fait passer un courant continu de l'outil a la pièce travaillée, par l'intermédiaire de la solution de galvanoplastie, si bien que le métal de la solution de galvanoplastie se dépose à la surface de la pièce travaillée.Lorsque le dépôt électrolytique se forme sur la surface, les faces de rodage de l'outil peuvent être,de façon intermittente,repoussées contre la surface à recouvrir d'un dépôt électrolytique et en titre retirées, à des vitesses préalablement ddterminee de façon que le dépôt électrolytique se forme uniformément et à vitesse élevée, en étant rodé à la pierre au fur et à mesure de son accroissement. On arrete l'opé- ration lorsque les tolérances préalablement fixées pour le diamètre sont obtenues. Les dépôts obtenus avec ces solutions sont plus durs, présentent des contraintes en compression qui sont des propriétés favorables pour des surfaces d'alésage, avec une bonne adhésion et une teneur en hydrogène qui est loin d'etre genante.Les dépôts de bronze et de cobalt ont une structure striée différente de la structure en forme de colonnes formée par placage ordinaire. Des exemples de métaux constituant les pièces travaillées sont la fonte, l'acier 4340, l'acier inoxydable et les alliages d'aluminium. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. EXEMPLE 1 On usine le diamètre intérieur d'une pièce travaillée en acier, en réalisant un dépôt électrolytique simultané- selon le procédé précédemment décrit, en utilisant la solution de dépôt électrolytique de bronze figurant ci-après, dans les conditions suivantes Solution de placage K2Sn03,3H2O 364 g/l CuCN 80 g/l KCN 145 g/l KOH 10 g/l Température 700C Teneur en étain de l'alliage 7-1270 Densité du courant cathodique 200 A/dm Vitesse de rotation de outil a roder a la pierre 150 tr/mn Vitesse de dépôt 20 m/mn. EXEMPLE 2 On usine le diamètre intérieur d'une pièce travaillée en acier, en réalisant simultanément un dépôt électrolptique selon le procédé décrit ci-dessus, en utilisant une solution de dépôt électrolytique de cobalt indiquée ci-après, dans les conditions suivantes Solution de placage Cc (S03NH2)2 335 g/l E3B03 20 g/l Température 600C Dénsité du courant cathodique 200 A/dm2 Vitesse de rotation de l'outil à roder à la pierre 150 tr/mn Vitesse de dépôt 12 um/mn EXEMPLE 3 On usine le diamètre intérieur d'une piece travaillée en acier, en réalisant un dépôt électrolytique simultané, selon le procédé décrit ci-dessus, avec une solution de dépôt électrolytique de chrome décrite ci-dessous, dans les conditions suivantes Solution de placage Valeurs préférées CrO3 300 gll Na2GrO4 100 gil Na2S 4 4 g/l Température 25 C Densité du courant cathodique 420 A/dm2 Vitesse de rotation de outil à roder à la pierre 150 tr/mn Vitesse de dépôt 20um/mn. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'etre décrits uniquement b tire d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé simultané de galvanoplastie d'une pièce tra vaillée conductrice par dépôt électrolytique d'un métal sur une surface plaquer de cette pièce travaillée et d'usinage sélectif simultané de la surface sur laquelle on dépose le métal par galvanoplastie, en repoussant de façon intermittente un outil d'usinage tournant contre cette surface à plaquer de la pièce travaillée, cette pièce travaillée servant de cathode et cet outil d'usinage tournant servant d'anode, caractérisé en ce qu'on apporte,sur la surface à plaquer, une solution aqueuse de placage métallique alors que l'outil d'usinage tourne et qu'un courant passe de l'anode à la cathode avec une densité de courant élevée, de façon à déposer ce-métal sur cette surface, cette solution aqueuse de placage métallique étant choisie parmi le groupe constitué par (a) une solution de dépôt électrolytique de bronze constituée d'une solution aqueuse alcaline d'un sel d'étain soluble dans l'eau, présent en des quan tités apportant une concentration en étain exprimée en êtain élémentaire de 40 à 170 g/l et d'un sel de cuivre soluble dans l'eau apportant une concentration en cuivre exprimée en cuivre élémentaire de 30 à 70 g/l, cette solution ayant un pH de 9 à 14 et étant maintenue à une température de 40 à 90"C, le courant étant fourni avec une densité de courant d'environ 70 à 210 A/dm, de telle sorte que du bronze se dépose sur la surface à plaquer à la vitesse d'environ 3 à 3Oum/mn;; (b) une solution de dépôt électrolytique de cobalt constituée d'une solu tion aqueuse d'un sel de cobalt soluble dans l'eau, présent en des quantités apportant une concentration en cobalt exprimée en cobalt élémentaire de 20 à 250 g/l, cette solution ayant un pH de 1 à 5,5 et étant maintenue à une température de 20 90 C, le courant étant fourni avec une densité de courant d'environ 5Q à 300 A/dm2, de telle sorte que du cobalt soit dépose à la surface à plaquer à une vitesse d'environ 3 à 30 um/mn; et (c) une solution de dépôt électrolytique de chrome constituée dlune solution aqueuse d'acide chromique, présent à des concentrations d'environ 100 à 600 g/l, cette solution ayant un pH d'environ 1,0 à 6,6 et étant maintenue à une température d'environ 15 à 800C, le courant étant apporté avec une densité de courant d'environ 100 à 450 A/dm2, de telle sorte que'dru chrome se dépose sur la surface à plaquer à la vitesse d'environ 3 à 30pm/mn. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite solution aqueuse de placage métallique est une solution de dépôt électrolytique de bronze constituée essentiellement de 96 à 680 gel de K2Sn03, 3R205 43 à 100 g/l de CuCN et 5 30 g/l de KOH, si bien que cette solution a une teneur en acide cyanhydrique libre de 5 a 30 g/l, une concentration en étain exprimée en étain élémentaire de 40 à 170 g/l et une concentration en cuivre exprimée en cuivre élémentaire de 30 à 70 g/l. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite solution aqueuse de placage métallique est une solution de dépôt électrolytique de cobalt constituée essentiellement de 100 à 1 150 g/l de sulfamate de cobalt et de O å 60 g/l d'acide borique, si bien que cette solution a une concentration en cobalt exprimée en cobalt élémentaire de 20 a 150 g/I. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite solution aqueuse de placage métallique est une solution de dépôt électrolytique de chrome, constituée essentiellement de 100 à 600 g/l de CrO3, 10 à 600 g/l de Na2CrO4, d'un sulfate soluble dans I'eau apportant I å 40 g/l d'ions S04 et de 1 b 40 g/l d'un fluorure soluble dans l'eau. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on récupère la solution de galvanoplastie usée, on ajuste sa teneur en métal b déposer dans la gamme de concentration primitive et on recycle cette solution dans l'opération de galvanoplastie.