Brevet FR2225540A1 — publié le 19741108

La présente invention se rapporte a un procédé de zingage électrolytique afin d'obtenir des recouvrelnents microcristallins de zinc très brillants, dans un bain alcalin sans cyanures0 On connait des procédés de zingage brillants dans des bains alcalins sans cyanures, lesquels emploient un bain d'ions de zinc et d'hydroxyde de sodium, mélangé à 30 - 45 g/1'd'hexame'taphosphate de. sodium. L'emploi de l'hexamétaphospha*e de sodium impose comme agents de brillantage le furfurol, les lessives bisulfitiques et la gélatine, qui conduisent, en certain cas, à l'obtention de couches de zinc d'une couleur foncée, exigeant le maintien d'un régime de travail très rigoureux0 Ces agents sont utilises seulement dans des outillages stationnaires, de faible productivité où le chauffage de ltélectrolyte (par lteffet Joule) est négligeable. La présente invention écarte les inconvénients mentionnes, par le fait qu'afin d'obtenir des couches de zinc adhérentes, ductiles, d'une couleur claire et d'une épaisseur uniforme, en employant des outillages rotatifs, on introduit dans ltélectrolyte 1080 g/l de polyphosphate de sodium pour bloquer les ions de zinc en complexes faiblement dissociés. Ci-dessous on donne un exemple d'application du procédé conforme à l'invention Lé complexant, selon l'invention, est le polyphosphate de formule générale Men+2(PnO(3n)+l) où "n" a différentes valeurs, n étant le plus frequemment inferieur à 10. Quoique la structure de ces anions ne soit pas encore complètement établie, on suppose que dans les solutions qui contiennent des ions de métaux lourds, comme ceux de zinc, il prend naissance des complexants internes, par un mécanisme d'échange cationique, le zinc prenant la place de quelques ions sodium. Entre l'atome de zinc et le polyphosphate apparait une liaison de type mixte, sous l'influence de la force de valence ordinaire aussi bien que de la forcede coordination. Pour cette raison, ou bien par le simple fait que les macroions de polyphosphate se comportent comme de vraies micelles ino garniques, ils rendent difficiles l'accès et la décharge des ions de zinc à la cathode, et le potentiel prend des valeurs beaucoup plus négatives. A ceci, concourt la possibilité de l'emploi du pipéronal et de la coll de peau, comme agents de brillantage qui sont beaucoup plus stables, faisant de l'électrolyte aux polyphosphates un moyen pratique de recouvrement galvanique très convenable, aux très bons résultats en ce qui concerne la microstructure cristalline et l'uniformité de l'épaisseur de la couche déposée sur les pièces profilées, même quand ceux-ci sont traitées dans des outillages rotatifs0 Mise à part la teneur en zincate de sodium et en polyphosphate de sodium, la structure fine et l'orientatjon des cristaux déposés dans une texture adéquate sont favorisées aussi par la pré sence de certaines additions de brillantage adéquates, nécessitant la présence simultanée de deux catégories d'addition : solution colloïdale de colle et solution moléculaire de pipéronal, qui a une activité superficielle, modifiant l'orientation des crstaux par adsorbtion préférentielle de certaines faces et agissant sur l'é nergie d'activation, dans le cas de la décharge de l'ion zinc0 L'électrolyte peut contenir aussi des additions pour l'aug mentation de la conductibilité et du pouvoir dispersif comme le tartrate de sodium, des additions pour empecher la formation des pores et des agents de mouillage, comme les sulfonates d'acides gras supérieurs. Si l'on n'a pas la possibilité de se procurer le polyphosphate de sodium, celui-ci peut etre préparé en faisant bouillir pendant 1 à 3 h de l'hydroxyde de sodium et une quantité correspondante de tripolyphosphate neutre de sodium, de formule générale, Na5P3010 ou le sel de Grahan (improprement dénommé - hexamétaphosphate) de formule (NaP03)6, dans le rapport quantitatif l/o,75-sel/hydroxyde de sodium. Le précipité brun formé, très volumineux, est écarté après un décantage d'environ 50 à 100 h. L'électrolyte est préparé en mélangeant à la solution al caline de zincate de sodium, la solution de polyphosphate de sodium, l'hydroxyde de sodium, la colle et le pipéronal. Au fur et à mesure que la composition se transforme, la so lution se corrige convenablement, en ce qui concerne la composition de base et surtout les additions de brillantage0 Pour obtenir le degré de brillantage le plus accentué pos sigle, il est nécessaire de nettoyer périodiquement l'électrolyte par filtrage ou surtout par décantation. Pour recouvrir des corps ee bougies pour autos tournésà partir d'une base en acier non -a lié jusqu'à la classe de finiss-a- ge 4-5, on prépare loe 1 d'électrolyte de zingage comme suit - on prépare 13,5 e de solution de NaOH ayant une densité 1,4 et une concentration 518 g/l, et - on introduit 6,17 1 de cette solution, contenant 3,2 kg NaOH dans un récipient en acier pais on amène à l'ébullition0 Séparément, on pèse 745 g d'oxyde de zinc technique, fin granulé et l'on mélange avec 2 1 deau;; la pâte obtenue est ajoutée graduellement, en petits portions, d-ans la solution-d'hydroxyde de sodium bouillant. Pour une dissolution complète, on mélange les parties non-dissoutes en les séparant après le refroidissement par décantation. Pour préparer la solution de polyphosphate de sodium, on pèse 5 kg d'hexametaphosphate de sodium que l'on dissout ensuite lentement dans 30-40 1 d'eau bouillante. Puis la solution est amenée à l'ébullition et on la traite pendant 1 à 3 h, par une quantité de 7,33 1 de NaOH contenant 3,8 kg NaOH de densité 1,4. On obtient un précipité blanc, dont la couleur devient foncée après quelques heures. Après quelques jours, on décante et lave le précipité deux fois à l'eau; la solution limpide ainsi que les eaux des deux lavages sont collectées en vue de leur utilisation dans le bàin de zingage. Ensuite, dans le bain de zingage on introduit la solution de zincate de sodium et de polyphosphate de sodium et on complète à 80 l par de l'eau courante. Eventuellement, dans le bain, on ajoute encore I 1 solution de NaOH contenant 518 g/l de NaOH. Pour préparer les agents de brillantage, on pese 0,5 kg colle émiettée ou de gélatine, on la mouille, pendant 24 h, dans 1 1 d'eau froide puis la dissout dans 1,5 1 d'eau chaude, à la température de 55-600C. Après avoir obtenu une solution colloïdale homogène, d'une concentration 200 g/l de colle, on ajoute 1 g phénol. On pèse, aussi, 0,25 kg de pipéronal qui est dissous dans approximativement 0,5 1 d'alcool méthylique â 380C, puis on ajoute encore 0,75 1 d'alcool méthylique? en obtenant ainsi une solution de pipéronal d'une concentration 2oe g/l. L'introduction des agents de brillantage dans le bain est effectuée en ajoutant 1,5 1 de solution de-colle dans approximati vement 25 1 de solution contenant du zincate de sodium et du polyphosphate de sodium et en faisant bouillir la solution pendant une heure; la solution obtenue est ajoutée au bain avec 0,5 1 de pipéronal, en petites portions, et en agitant fortement. Dans ltélectrolyte, ainsi obtenu, on introduit deux électrodes et on laisse passer un courant électrique continu, pendant 5-6 h. Après 24 h de traitement, le précipité, obtenu par l'addition de la dernière portion de solution d'hydroxyde de sodium et de colle, est séparé par décantage ou filtrage. I1 en résulte ainsi 100 1 d'électrolyte ayant la composition suivante 6 g/l zinc métallique 50 g/l polyphosphate de sodium 75-80 g/l hydroxyde de sodium 3 g/l colle 1 g/l pipéronal 5 cm3/1 alcool méthylique. Journellement, l'électrolyte est complété par 0,25 1 de solution de colle (0,5 g/l) et 0,125 1 de solution de pipéronal (0,25 g/l). L'electrolyte ainsi préparé est utilisé pour exécuter le dépôt du zinc à 220C, à une densité de courant cathodique de 1,5 A/dm2 et à une tension de 12 V, sur les bougies préalablement preparées, comme d'habitude, par dégraissage et décapage. Dans le cas de bains stationnaires la barre cathodique est placée à 180 mm de distance de la barre anodique. La densité de courant anodique doit être tout au plus 1,2 A/dm . La durée du dépôt varie entre 10 - 60 minutes, en fonction de l'épaisseur demandée de la couche. Après le zingage, les pièces sont lavées à 11 eau courante, puis à l'eau bouillante et séchées à l'airs Pour le recouvrement des petites pièces en vrac dont le poids en général, ne dépasse pas quelques cents grammes, on emploie des outillages rotatifs, type cloche ou tambour, ayant un volume utile minimum de 40 1. Dans ce cas, la composition optimale est 5 g/l zinc 90 g/l hydroxyde de sodium 50 g/l polyphosphate de sodium. Pour des corps de bougies de 18 mm en diamètre, totalisant 10 kg, introduits dans une cloche de 40 1 non-immergéeS il est nécessaire d'utiliser un courant de 65 A, pendant 45 mn, sous 8,2 V de tension. On obtient une couche de 18-20 m d'épaisseur sans chauffage trop accentuée de la solution, par suite de l'effet Joule. Dans tous les cas, la couche de zinc est assez uniforme, d'une couleur claire, semblable à la couche de chrome brillant, est adhérente, ductile et-dont l'effet réfléchissant est plus prononcé quand on travaille dans un bain stationnaireo Si les additions de brillantage sont utilisés à des concentrations plus petites, la densité de courant étant différente ou surtout diminuée, l'aspect est semi-brillant. La couche peut être polie dans une solution ayant la composition suivante anhydride chromique : 334 g/l acide sulfurique (d.1,83) : 17 cm /l acide nitrique (d.1,4) : 50 cm /l On obtient une couche de couleur claire jaunâtre qui de- vient blanche par une immersion de quelques secondes dans une solution de 50 g/l de NaOH, Pour obtenir une bonne résistance à la corrosion et une couleur dorée, les pièces sont immergées, pendant 10 secondes, dans une solution de chromage contenant bichromate de sodium ....... 150 g/l sulfate de sodium anhydre 22 g/l chlorure de sodium ....... 6 g/l acide sulfurique (d.1,83). 4 cm /l. Le pouvoir dispersif de l'électrolyte selon l'invention est comparable à celui des solutions alcalines aux cyanures; il est meme supérieur dans le cas des recouvrements brillants, mais le domaine de travail, en ce qui concerne la densité de courant, est plus limité. Le rendement de courant est 85 à 90 %; donc plus élevé que dans le cas des électrolytes cyanuriques. L'épaisseur de la couche de zinc obtenue est suffisamment uniforme, même sur les pièces au profil compliqué; la couche est ductile, adhérente et d'une couleur claire. Comme métal de base on peut utiliser l > acier aussi bien que les métaux ou les alliages non-ferreux (cuivre, laiton, aluminium etc). Ainsi, on peut obtenir des couches de zinc en différentes nuances blanchâtres, jaunâtres, bleuâtres. La résistance à la corrosion de la couche déposée aussi bien que la conservation prolongée de l'éclat sont réalisées, d'une manière connue, par des traitements ultérieurs à l'acide nitrique dilué ou à l'acide chromique, provoquant une microstructure très fine, ces propriétés étant supérieures à celles des recouvrements provenant des bains cyanuriques. Un autre avantage du procédé réside dans le déliement facile du complexe de zinc, dans les opérations d'épuration des effluents résiduels. Le procédé de zingage alcalin selon l'invention assure la réalisation des dépôts de zinc microcristallin d'un aspect mat ou brillant même sur des surfaces non-polies. R E V E N D I C A T I O N Procédé de zingage brill--n-iz dans des bains alcalins contenant des ions zinc et de lthydroxyde de sodium, caractérise en-ce qu'afin d'obtenir des couches de zinc d'une couleur très claire, brillantes, ductiles et d'épaisseur uniforme, obtenues meme avec des outillages rotatifs, on ajoute au bain de zingage 10 à 80 gl de polyphosphate de sodium en vue de bloquer les ions zinc en complexes faiblement dissociés et utilise comme agents spécifiques de brillantage, du pipéronal et de va colle.