Brevet FR2350142A1 — publié le 19771202

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour le traitement électrolytique continu de la surface d'un ruban métallique. Un traitement électrolytique ou électrochimique de métaux peut être effectué en vue de nettoyer la surface du métal ; en vue d'enlever du mé- tal et de modifier, par conséquent, la surface, notarnment de la rendre rugueuse ou de la polir ; ou encore en vue de produire une couche d'oxyde ou de déposer une couche métallique par galvanisation. Lorsque, dans ce cas, le métal se présente sous la forme d'un corps sans fin tel qu'un fil ou ruban par exemple, on réalise le traitement, de préférence en faisant passer ce corps en continu à travers un bain de traitement. I1 est connu par la demande de brevet allemand publiée avant examen sous le n 1 621 115 de faire passer un ruban d'aluminium successivement dans une série de bains de traitement différents, dans lesquels il est d'abord rendu rugueux par électrolyse et oxydé ensuite de façon anodique. La demande de brevet allemand mise à l'inspection publique n 1.496.714 décrit un dispositif pour le traitement électrochimique de rubans d'aluminium. Le liquide de traitement est mis en circulation au moyen d'une pompe de façon à maintenir un écoulement turbulent entre le ruban et l'électro- de. Un écoulement uniforme de l'électrolyte sur toute la largeur du ruban ne peut cependant être réalisé qu'avec un appareillage très complexe. Les demandes de brevet allemand OS 2.234,365 et 2.234.424 ainsi que le brevet des Etats-Unis n" 2. 930.739 proposent donc de faire circuler le liquide par gravité ou bien par la différence des pressions hydrostatiques à l'entrée et à la sortie d'un canal d'écoulement. La vitesse d'écoulement de l'électrolyte doit être choisie de façon que l'épaisseur de la couche-limite laminaire au-dessous du courant turbulent est tellement réduite qu'elle peut être négligée pour le procédé en question. L'épaisseur de la couche-limite laminaire détermine la durée du traitement et la quantité de recyclage. Cependant, ces dispositifs et procédés connus présentent l'inconvénient que, d'une part, l'écoulement parallèle au ruban peut entraîneur la formation de couches-limite laminaires trop épaisses. D'autre part, l'électrolyte frais n'est amené qu'à une seule extrémité de la zone de traitement, de telle sorte qu'il est nécessaire, dans le cas de procédés à rendement élevé, de prévoir plusieurs zones de traitement afin de ne pas excéder les tolérances de concentration et de température. Par le brevet anglais n" 1. 067.423 il est connu d'intensifier l'échange électrolytique au moyen d'une bande sans fin entraidée comprenant des ouvertures. Toutefois ce procédé n'évite pas non plus la formation de couches-limites laminaires du fait que l'écoulement est parallèle à la direction de transport du ruban à anodiser. Une augmentation très importante du rendement peut être obtenue par la destruction de la couche-limite laminaire sur le ruban. Cela peut être réalisé en dirigeant l'écoulement d'électrolyte perpendiculairement au ruban, tel qu'il est décrit dans le brevet américain n" 3. 692. 640. Avec les dispositifs habituellement utilisés aujourd'hui, l'alu 2 minium est anodisé en opérant avec une densité de courant d'environ 10 A/dm tel qu'il est décrit par exemple par la demande de brevet allemand OS 1. 906. 538. La création d'un écoulement turbulent de l'électrolyte entre le ruban et l'électrode selon la demande de brevet allemand AS 1.496. 714 mentionnée ci-dessus, permet de réaliser l'anodisation avec des densités de courant comprises entre 32 et 108 A/dm2. Dans le cas où l'on dirigel'écoulement de l'électrolyte perpendiculairement au ruban (brevet US n" 3 692 640) on peut anodiser avec une densité de courant pouvant aller jusqu'à 600 A/dm2 L'inconvénient du dispositif conforme au brevet américain résulte de l'insuffisance de l'échange de l'électrolyte, ce qui oblige de prévoir plusieurs zones ou échelons de traitement, afin de permettre, dans le cas d'un rendement élevé, de respecter les tolérances de température et de concentration, d'évacuer le gaz obtenu et de remplacer de manière satisfaisante les substances usées. Le brevet autrichien n" 222 453 décrit ég alement l'écoulement perpendiculaire de l'électrolyte sur le ruban à traiter. L'utilisation de caissons de tamis dont les fonds peuvent servir de cathode, permet d'assurer un échange intense de l'électrolyte et, par conséquent, la réalisation du traitement en une seule étape. L'évacuation latéral de l'électrolyte autour du ruban conduit cependant, dans le cas de rubans larges, à produire des concentrations et températures différentes dans la zone mediane et aux bords du ruban, ce qui a pour effet que le traitement électrochimique devient irrégulier. En plus, il est dans la plupart des cas impossible d'éviter des variations de la densité du courant à la surface du ruban par le fait que la conduction entre la cathode et le ruban n'est assurée que par les colonnes de l'écoulement de l'électrolyte.Etant donné que le fond du tamis présente une grande surface et que l'électrolyte tombe sur le ruban en chute libre, ce dispositif exige le recyclage de quantités élevées. Dans le cas où la quantité de recyclage ne suffit pas pour détériorer les cou ches-limite laminaires qui se produisent, le dispositif ne peut être utilisé que pour des densités de courant relativement faibles. Le dispositif décrit par le brevet anglais n" 1. 196.444 présente une construction similaire. La figure 4 de ce brevet montre un dispositif dans lequel on laisse le liquide sécouler à partir d'un récipient à fond de tamis qui sert de cathode, sur le ruban à traiter. Cependant cette invention ne vise ni à opérer avec des densités de courant particulièrement élevées, ni à produire un puissant mouvement d'électrolyte à la surface du ruban. Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé et un dispositif pour le traitement électrolytique uniforme continu de rubans métalliques qui ne présentent pas les inconvénients décrits ci-dessus de l'état actuel de la technique et qui permettent d'obtenir un taux d'échange élevé de ltélectrolyte dans l'espace entre le ruban et l'électrode. L'invention est un dispositif pour le traitement électrolytique continu d'un ruban métallique, comprenant un récipient rempli de l'électrolyte, du moins une électrode plane en forme de plaque disposée dans ce récipient, des moyens de guidage pour conférer au ruban métallique un mouvement essentiellement parallèle à l'électrode et à une distance constante de cette dernière, ainsi que des moyens permettant de produire un mouvement rapide de l'électrolyte dans l'espace entre le ruban et l'électrode. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la ou les électrodes présentent des ouvertures réparties sur leur surface et au'il est prévu une pompe qui refoule le liquide électrolytique contre la surface du ruban à travers une partie, au moins, de ces ouvertures. L'invention propose aussi un procédé pour le traitement électrolytique continu d'un ruban métallique, dans lequel on fait passer le ruban à travers une zone de traitement remplie d'électrolyte, qui est caractérisé en ce que l'on réalise dans la zone de traitement un nombre d'écoulements de liquide régulièrement répartis qui sont dirigés en principe perpendiculairement à la surface du ruban à traiter. L'application du procédé et du dispositif selon l'invention assure un renouvellement fréquent de ltélectrolyte dans la zone de traitement. Le re froidissement et le remplacement intensifs de l'électrolyte usé ainsi provoqués permettent, en combinaison avec l'action intensive de l'écoulement vertical de l'électrolyte, d'opérer avec des densités de courant très élevées et, par conséquent, avec des vitesses de progression très élevées du ruban. Outre cette nouvelle forme de mouvement de l'électrolyte, celuici peut être mis en mouvement encore en direction parallèle par rapport au ruban dans la zone de traitement, c'est-à-dire dans le canal d'écoulementen- tre l'électrode et le ruban. Cela est avantageusement réalisé par des pressions hydrostatiques dans le bain électrolytique différentes à l'entrée et à la sortie du canal, tel qu'il est décrit, pgr exemple, dans la demande de brevet allemand publiée avant examen n" 2.234.424. Dans le dispositif selon l'invention, les courants du liquide dirigés verticalement vers le ruban peuvent passer à travers toutes les ouvertures de l'électrode. Ils peuvent également ne traverser qu'une partie des ouvertures et être évacués ensuite à travers les ouvertures restantes. En tout cas, il faut veiller à répartir les ouvertures à travers lesquelles on dirige les courants contre le ruban aussi régulièrement que possible sur toute la largeur du ruban afin d'éviter un traitement irrégulier et une formation de stries. A l'aide du procédé et du dispositif selon l'invention, le traitement électrochimique des rubans métalliques peut être réalisé selon des procédés différents. Ainsi, un ruban peut être superficiellement nettoyé, décalaminé, rendu rugueux, poli, etc. ., par exemple par traitement à courant continu ou à courant alternatif. De plus, il est possible de réaliser une oxydation anodique ou de galvaniser le ruban. Le ruban peut être connecté comme contre-électrode par rapport à l'électrode ou comme conducteur médian entre deux électrodes à potentiels différents. L'invention permet d'opérer avec des densités de courant très 2 élevées, pouvant aller jusqu'à 600 A/dm et plus, selon le mode de traitement. En général, on applique des densités de courant comprises entre 30 et 300 2 A/dm environ. Le dispositif peut également être utilisé avec succès dans les procédés décrits dans les demandes de brevet allemand P 25 37 724. 6 et P 25 37 725.7. Dans ces procédés on peut opérer, par exemple, avec 200 A/dm Les temps de séjour sont normalement compris entre 5 et 30 secondes. L'écartement entre le ruban et l'électrode se situe en général entre 1 et 30 mm environ, de préférence entre 4 et 15 mm. Les ouvertures de ltélectrode sont avantageusement agencées de telle sorte que les quantités d'électrolyte à l'entrée et à la sortie sont égales. De préférence, les ouvertures sont régulièrement réparties sur le surface de l'électrode. Leur forme n'a en général qu'une importance inférieure. Souvent elles se présentent sous une forme circulaire et sont disposées par rangées. Lorsqu'on utilise des électrolytes ayant un faible pouvoir dispersif, il peut être avantageux de réaliser les ouvertures sous la forme de fentes transversales à la direction d'avancement du ruban, dont la longueur correspond à peu près à la largeur du ruban. Les ouvertures représentent en général une fraction inférieure à 50 7; de la surface totale de l'électrode. Les ouvertures assurant l'amenée du liquide ne doivent pas être trop espacées dans le sens transversal par rapport au ruban car, autrement, on court le risque d'un traitement irrégulier et d'une formation de stries lorsqu'on utilise des électrolytes à faible pouvoir dispersif. I1 s'est avéré avantageux de disposer les ouvertures en rangées qui sont décalées les unes par rapport aux autres. Les dimensions des ouvertures devraient être telles que la résistance au courant de l'électrode ne devient pas trop élevée parce que cela exigerait une capacité de recyclage trop élevée. Dans la plupart des cas, on 2 préfère donc des ouvertures présentant une section d'au moins 1 cm .Les ouvertures optimales en ce qui concerne leur forme, leur grandeur et leur nombre ainsi que la vitesse de recyclage optimale de l'électrolyte peuvent être déterminés dans chaque cas particulier par des essais simples, lorsque les dimensions du dispositif sont pré-déterminées et on souhaite opérer avec des densités de courant déterminées. En principe le dispositif est prévu et approprié pour le traitement électrolytique unilatéral de rubans métalliques. Un traitement bilatéral est en principe également possible en disposant des électrodes sur les deux côtés du ruban. Afin de maintenir le ruban à une certaine distance de l'électrode pendant le traitement bilatéral, le ruban est fixé de manière connue dans la zone de traitement au moyen d'éléments d'espacement. Pour le traitement préféré d'un seul côté il convient de faire passer le ruban par-dessus une plaque de matière isolante qui limite le canal d'écoulement. Le côté opposé du canal d'écoulement est limité par l'électrode qui est fixée à une distance déterminée. Les ouvertures de l'électrode à travers lesquelles on amène l'électrolyte sont en communication avec une pompe qui est raccordée à un récipient collecteur pour l'électrolyte. Les autres ouvertures de l'électrode servent à évacuer l'électrolyte, ce qui est réalisé le plus facilement par le gravité. Du fait que, dans ce cas, l'électrolyte est amené et évacué du côté inférieur du ruban, on traite le dessous du ruban. On peut aussi bien traiter le dessus du ruban en ajustant dans la zone de traitement une pression qui est supérieure à celle régnant audessus de l'électrode. A cet effet, on peut réaliser par exemple une sous pression dans une chambre au-dessus de l'électrode. L'électrolyte évacué est avantageusement amené dans un récipient collecteur et à la fois dégazé. Pour réaliser un écoulement parallèle par rapport au ruban, l'électrolyte contenu dans le récipient collecteur est pompé dans une chambre disposée au bout du canal d'écoulement. Dans une seconde chambre qui se trouve à l'autre bout du canal d'écoulement, le liquide est ajusté à un niveau inférieur à celui de la première chambre au moyen de trop-pleins. L'électrolyte évacué par le trop-plein est également amené au récipient collecteur. On refroidit et filtre l'électrolyte au moyen de dispositifs appropriés disposés dans les conduits de recyclage sous pression. Les substances consommées peuvent etre additionnées dans le récipient collecteur. Des formes de réalisation préférées du dispositif conforme à l'invention seront décrites ci-après à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif pour le traitement du dessous d'un ruban, comprenant une électrode pourvue d'ouvertures en forme de fentes - La figure 2 est une coupe transversale d'un dispositif pour le traitement du dessus d'un ruban, comprenant une électrode pourvue d'ouvertures circulaires - La figure 3 est une coupe horizontale suivant la ligne A-B de la figure 2 , et - La figure 4 est une coupe transversale d'un dispositif pour le traitement du dessus d'un ruban, dans lequel l'amenée et l'évacuation de l'élec- trolyte sont effectuées dans la zone de traitement. Dans la figure 1, le ruban métallique désigné par 1 est guidé autoar du rouleau de contact 2 par-dessus les rouleaux de déviation 3 et à travers la zone de traitement 4. Le ruban 1 est tiré par-dessous la plaque 5 formée d'un matériau non conducteur. En face de la plaque 5 on a disposé l'électrode 6 qui présente des ouvertures en forme de fentes 7 et 8. L'électrolyte est amené à travers leLouvertures 7 de l'électrode 6 et évacué à travers les ouvertures 8. . A travers les ouvertures 8 l'électrolyte s'écoule en chute libre dans le récipient collecteur 9. Le récipient 9 est raccordé à une pompe 10 qui refoule l'électrolyte par le filtre 11 et l'échangeur thermique 12 dans le tuyau 13 jusqu'au caisson d'emmagasinage 14 d'où il passe à travers les canaux 15 pour arriver dans la zone de traitement 4.Une seconde pompe 16 refoule l'électrolyte à partir du récipient collecteur 9 par le filtre 17 et l'échangeur thermique 18 dans la chambre 19. Du fait que le liquide dans les chambres 19 et 20 est ajusté à des niveaux différents par les trop-pleins 21 et 22, l'électrolyte s'écoule à travers la zone de traitement 4 de façon parallèle à la direction de transport du ruban. L'électrolyte évacué par les trop-pleins 21 et 22 s'écoule par les gouttières 23 et 24 sur une tôle de guidage 25 pour revenir dans le récipient collecteur 9. Les pôles de la source de courant sont connectés au rouleau de contact 2 et à l'électrode 6. Dans un exemple de réalisation visant à rendre un ruban d'aluminium rugueux par voie électrolytique dans une solution saline neutre (220 g/l NaCI et 150 g/l NH4C1) par un courant continu de 200-A/dm2 et dans lequel le ruban fait fonction d'anode, la quantité d'électrolyte recyclée s'élève à 40 1/mis 2 nute par dom . Le ruban d'aluminium utilisé a une largeur de 350 mm, l'élec- trode a une largeur de 400 mm et comporte 3 fentes de 4 mm sur 400 mm chacune, disposées perpendiculairement à la direction dedéplacement du ruban. Les figures 2 et 3 montrent une autre forme de réalisation du dispositif comprenant une électrode perforée 26, c'est-à-dire une électrode qui présente des ouvertures circulaires 29. L'électrolyte est pompé à travers le tuyau 27 dans le caisson d'emmagasinage 28 et s'écoule à travers les ouvertures 29 de l'électrode verticalement sur le ruban 1 dans la zone de traitement 4 et il quitte cette zone aux endroits d'introduction et de sortie 37 et 38 du ruban. L'électrolyte usé s'écoule dans les cuves de réception 30 et 31 d'où il passe à travers les tuyaux d'évacuation 32 et 33 disposés au-dessous des rouleaux de déviation 3 pour être recueilli dans un récipient collecteur non représenté. L'électrolyte est refoulé vers le caisson d'emmagasinage de la même façon qu'à la figure 1. Le ruban 1 est tiré par-dessus les rouleaux de déviation 3 et une plaque 34 en matière non conductrice à travers le bain d'électrolyte. Le récipient contenant le liquide de traitement est formé d'une matière non conductri ce et comprend les parties suivantes : la plaque de base 34, les parois latérales 35 et 36 qui constituent les limites latérales de la zone de traitement 4, du caisson d'emmagasinage 28 et des cuves de réception 30 et 31, et les deux parois frontales 48 et 49. Les parois de séparation 37 et 38 séparent les cuves de réception 30 et 31 du caisson d'emmagasinage 28. Elles sont disposées à ltentrée et à la sortie de la zone de traitement 4 et comportent des évidements pour le passage du ruban et l'écoulement de l'électrolyte. Le caisson d'emmagasinage 28 est fermé au moyen du couvercle 39. L'électrode perforée 26 dé-. borde sur la paroi latérale 35 et peut être contactée ainsi à l'extérieur du récipient. Dans la figure 4 le ruban métallique 1 est guidé par-dessus la plaque de base 40 du récipient contenant le liquide électrolytique. Au-dessus du ruban 1 est disposée une électrode perforée 41. L'électrolyte est pompé à travers le catis d'emmagasinage 28, les tuyaux 42 et les ouvertures 43 dans la zone de traitement 4 et s'écoule à travers les ouvertures 44 dans la chambre 45 disposée au-dessus de l'électrode 41. Dans la chambre 45 on maintient une pression inférieure à celle de la zone de traitement 4 au moyen d'une pompe d'aspiration 46. L'électrolyte est évacué par un trop-plein 47 dans un récipient collecteur non représenté et est refoulé vers le caisson d'emmagasinage 28 comme montré à la figure 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le traitement électrolytique continu d'un ruban métallique, comprenant un récipient rempli de l'électrolyte, au moins une électrode plane en forme de plaque disposée dans ce récipient, des moyens de guidage pour conférer au ruban métallique un mouvement essentiellement parallèle à l'électrode et à une distance constante de cette dernière, et des moyens pour produire un mouvement rapide de l'électrolyte dans l'espace entre le ruban et l'électrode, caractérisé en ce que la ou les électrodes (6, 26, 41) présentent des ouvertures (7, 8, 29, 43, 44) réparties sur leur surface et en ce qu'il est prévu un dispositif de recyclage (19 pour refouler l'électrolyte contre la surface du ruban à travers au moins une partie (7, 43) des ouvertures. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie (7, 43) des ouvertures est raccordée au dispositif de recyclage (10) et que les ouvertures non raccordées (8, 44) sont agencées en forme d'évacuations débouchant dans un récipient collecteur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures (7, 8, 29, 43, 44) sont régulièrement réparties sur la surface de l'é- lectrode (6, 26, 41). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ouvertures (7, 43) qui sont raccordées au dispositif de recyclage (10) sont régu lièremeht réparties sur la surface de l'électrode (6, 41). 5. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que les ouvertures (29, 43, 44) sont des orifices circulaires. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures (7, 8) sont des fentes disposées transversalement par rapport à la direction de transport du ruban, la longueur de ces fentes correspondant en principe à la largeur du ruban. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif auxiliaire (16, 19, 20) destiné à provoquer un écoulement d'électrolyte parallèle à la direction de transport du ruban dans l'espace (4) entre le ruban et l'électrode. 8. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que toutes les ouvertures (29) sont raccordées au dispositif de recyclage (10). 9. Procédé pour le traitement électrolytique continu d'un ruban mé- tactique dans lequel lue ruban passe à travers une zone de traitement remplie d'électrolyte, caractérisé en ce que l'on produit dans la zone de traitement un nombre de courants de liquide régulièrement répartis qui sont dirigés en principe perpendiculairement à la surface à traiter du ruban. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on produit, outre les courants de liquide dirigés perpendiculairement à la surface du ruban, un courant de liquide s'étendant sur toute la zone de traitement et s'écoulant parallèlement à la direction d'avancement du ruban. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élec- trolyte amené par les courants de liquide est évacué aux deux extrémités de la zone de traitement. 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élec- trolyte amené par les courants de liquide est évacué par des courants de liquide opposés répartis dans la zone de traitement.