Brevet FR2398125A1 — publié le 19790216

L'invention concerne un procédé et une installation pour le réglage de la densité de courant cathodique dans des bains de galvanisation,en particulier dans des installations de galvanisation automatiques avec au moins un bloc d'alimentatio Msusceptible dtetre commandé au moyen duquel l'intensité de galvanisation I, ou la tension de galvanisationtU peut eAtre règlée aux valeurs UA ou lA nécessaires pour l'obtention de la densité de courant J0, en tenant compte de la densité de courant optimale J0 pour le bain de galvanisation considéré ainsi que de la surface A des éléments à galvaniser. Le plus souvent, les électrolytes ou bains de galvanisation7 servant à effectuer des dépôts de métaux sur des objets métalliques, sont constitués de façon telle qu'ils ne possèdent des pro priétés optimales de dépôt que dans des bandes déterminées de densités de courant cathodique. Pour des dépôts métalliques situés en dehors de cette largeur spécifique de-bande,les dépôts obtenus présentent souvent des propriétés qui s tdcartent beaucoup de celles des dépôts obtenus dans la gamme admissible de la densité de courant. Il est donc souhaitable d'effectuer le dépôt de métal sur un objet à ennoblir avec une densité de courant définie.Pour ltob tention d'epaisseurs préfixées pour les dépôts, la densité de courant est également une condition impérative car seule la densité de courant est représentative du transport de charge produit par unité de temps et par unité de surface. En principe, on pourrait entreprendre une détermination de densité de courant en passant par une détermination de la surface de l'élément à galvaniser. Pratiquement,on opère aussi en effectuant ou bien des déterminations ou des mesures directes de la surface ou bien une détermination de la surface à partir du poids pour des éléments donnés de forme connue. Avec les données ainsi obtenues au sujet de la surface à galvaniser,on.'peut calculer l'intensité nécessaire du courant de galvanisation en passant par la densité optimale de courant J désirée, et obtenir un réglage o d'intensité de la manière connue, sensiblement pendant toute la durée d'exposition. Pour des objets de formes compliquées et de surfaces superficïelles difficiles à déterminer, par exemple lors de la galvanisation de plaques conductrices ou de circuits imprimés,la méthode passant par la détermination de la surface superficielle est pratiquement impossible à suivre. Cette impossibilité existe avant tout aussi dans le cas ou les installations de galvanisation entièrement automatiques sont chargées de produits à galvaniser différents. D'ailleurs 2la méthode souvent pratiquée selon laquelle les données caractéristiques de travail sont établies à partir d'une détermination de l'épaisseur de couche d'un échantillon doit en tout cas être exclue pour de petits nombres de pièces. Dans les installations totalement automatiques, on opère souvent en assurant une alimentation sous tension constante. La tension est ici réglée "constante" aux points d' alimentation de la suspension du bâti prévue pour les éléments à galvaniser. Cette méthode a cependant l'inconvénient que le "chemin électrique" entre la suspension du bâti et la zone de potentiel de la surface de la cathode, où s'effectue le dépôt métallique, est trop long. Ceci signifie que le potentiel de dépôt exigé de la cathode par rapport aux électrolytes apparaît très faussé aux points d'alimentation. Comme la tension du système, c'est-à-dire la tension qui tombe dans le système technique,peut être de l'ordré du potentiel de dépôt, il apparait donc que l'utilisation d'une tension constante pour le réglage de la densité de courant n'est certainement pas indiquée lorsque les bâtis sont chargés d'éléments à galvaniser différents dans des installations automatiques. On connaît également des procédés selon lesquels le potentiel de dépôt est mesuré à la cathode par l'intermédiaire d'une électrode auxiliaire au moyen d'un potentiomètre à résistance élevée. Ce procédé est également soumis à des facteurs spécifiques de l'installation et il est tout à fait indiqué de maintenir un déroulement connu et constant du dépôt. L'invention concerne un procédé qui permet,en particulier pour des installations automatiques de galvanisation pour objets différents à galvaniser ayant des surfaces inconnues ou largement inconnues, de régler l'intensité ou la tension de galvanisation,de manière telle que l'on peut atteindre et conserver pendant la durée dttexposition une densité de courant considérée comme optimale pour les électrolytes utilisés. L'invention concerne également un appareillage avantageux pour la mise en oeuvre du procédé. A cet effets le procédé rappelé au début de la description est1 conformément à la présente invention,caractérisé par le fait que l'on détermine par calcul et/ou par mesure une fonction auxi liaire F représentant la dépendance réciproque entre la tension U et l'intensité I de galvanisation avec J comme paramètre,et o qu'à partir d'une valeur initiale librement choisie U, ou on règle finalementpas à pas et au moins avec une approximation pouvant être déterminée à l'avance, 11 intensité IA ou la tension VA de galvanisation, par voie itérative et en introduisant des valeurs intermédiaires U ou I obtenues à partir de la fonction F Lorsque l'on peut partir du fait que la fonction F, par exemple U= f(I)Jo ; est une fonction continue, la suite ou série In convergera à la valeur IA. La précision dépend entre autre du nombre des pas de réglage. I1 est ainsi possible, avec un nombre finalement élevé de pas de réglage de s'approcher à volonté de la densité de courant Jo optimale pour le procédé et fournie par les électrolytes, o de façon que l'obtention et le maintien de IA sont assurés après la procédure de recherche itérative avec une précision qui peut se déterminer elle-meme. Selon une autre caractéristique de l'invention,on peut opérer de manière que la fonction F soit introduite sous la forme de U = f(I)Jo ou de I =CU)J dans un calculateur directeur ac- tionnant un bloc d'alimentati9n-secteur,ce calculateur fournissant, par voie itérative en utilisant la fonction F, les valeurs intermédiaires à déterminer pour U ou I issues chaque fois des valeurs de départ, et introduisant lesdites valeurs intermédiaires dans le bloc d'alimentation jusqu'à l'obtentimde UA ou 1A Dans cette opération, les variations à règler pas à pas de U ou de I peuvent être fixées à un nombre constant et/ou à des valeurs fixes. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'in invention est caractérisée en ce que, pour la commande du bloc d'alimentation secteu, il est prévu un calculateur directeur avec une mémoire dans laquelle est enregistrée la fonction auxiliaire F, et que le calculateur mesure chaque- fois l'intensité ou la tension de galvanisation, la compare aux valeur''' de consignera déduire de la fonction F et amène pas à pas le bloc d'alimentation sur les valeur2'diSonsigne" jusqu'à obtention de IA ou UA. On a décrit ci-après l'invention en détail,en se référant au dessin annexé,dans lequel: Fig.l est un diagramme sur lequel les tensions de galvanisation U sont reportées, sous forme d'une fonction F1 des intensités de galvanisation I,pour une densité de courant JO constante servant de paramètre; Fig.2 représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans la détermination de la fonction F, on part tout d'abord du fait que l'électrolyte prévu pour la galvanisation présente,pour une densité de courant optimale donnée J0, les propriétés correspondant au dépôt le meilleur. Cette densité de courant s'élève dans le cas pratique à considérer ici à 3A/dm2 par exemple. On introduit successivement dans l'électrolyte des éléments galvanisables, qui ont une surface définie connue. A partir de la densité de courant JO et des surfaces A à traiter,on on peut calculer à l'avance les intensités 1A qui sont nécessaires pour chaque surface A pour engendrer JO. C'est ainsi que pour JO-3A/dm2 et pour des surfaces A égales à la,3,5,7 et 9 dm ,les valeurs des intensités IA nécessaires sont de 3, 9, 15, 21 et 27 ampères. Les intensitesyreglées sur le bloc d'alimentation en une séquence correspondant à celle des surfaces A introduites dans le bain, de façon que finalement les tensions correspondantes UA qui s'établissent peuvent etre mesurées et reportées par exemple sur un diagramme. Après avoir joint les différents points de mesure,on obtient finalement le tracé de la courbe F de la figure 1, avec JO comme paramètre. En s'écartant de ce qui vient d'être exposé pour la détermination de la fonction F, on veut également opérer de manière que la fonction F soit définie 9 partir- de- la connaissance d'un " t seul point de mesure UA, IA)soit par le calcul soit par adaptation à des courbes de comparaison. Il est aussi possible de déterminer la fonction F pendant le processus réel de galvanisation soit dans le bain de travail lui-même soit dans un bain pilote travaillant en parallèle. Quand il y a lieu de prévoir qu'une installation de galvanisation doit travailler cas par cas avec différents électrolytes,il serait naturellement indiqué de définir a priori les fonctions F convenant aux électrolytes pour les densités de courant JO chaque fois optimales et de les introduire dans la mémoire du calculateur directeur comme groupe de fonction. Dans la pratique,on peut travailler comme suit conformément au procédé de l'invention. Si on désire traiter un produit å galvaniser dont la surface n'est pas connue ou est inconnue dans une large mesure, on n'a donc pas la possibilité de régler immédiatement le bloc d'alimentation~secteur sur la tension UA ou l'intensité IA qui serait nécessaire pour atteindre la densité de courant JO désirée.On sait d'ailleurs déjà par la pratique que l'on se trouve certainement au dessous de UA pour, une tension initiale U1 réglée sur le bloc d'alimentation, c'est-à-dire que V1 t VA. On choisit donc une tension U1 appropriée assez basse et on la règle sur le bloc d'alimentation secteur. Comme dans les hypothèses faites ci-dessus,la surface à galvaniser effectivement sera supérieure à la surface pour laquelle U1 suffirait pour atteindre J0, il s'établira un courant (intensité) 12. Dans ce cas > IZ I, Ia étant le courant qui, théoriquement d'après la courbe F, correspondrait à la tension préchoisie U1. La valeur de I2 est mesurée, puis la valeur correspondante de la tension V est déterminée et règle sur le bloc d'alimentation secteur. Pour U2, Si U2 2 U1, il s'établira encore une valeur d'intensité I3 également située sous la courbe de F. Cette intensité I3 est aussi mesurée.On constate alors que I3 ne suffit pas encore à créer la densité de courant JO; c'est pourquoi on établit à la manière décrite précédemment une tension plus élevée U3 qui finalement fournit 14 . Cette série de reglages se poursuit comme représenté à la figure 1, avec des pas de tension et d'intensité qui deviennent plus petits jusqu'à ce que l'on atteigne IA,et par suite la densité de courant JO la plus favorable, d'une manière suffisamment précise, Ce processus,savoir la mesure des valeurs intermédiaires I2 I3.....et la mise au point subséquente des valeurs intermédiaires de la tension U2 , V3 ... est réalisé avantageusement par le calculateur directeur actionnant le bloc d'alimentation secteur, et ce en prenant pour base la fonction F introduite dans sa mémoire. Dans le processus de réglage ci-dessus,les pas ou échelons de tension et dtintensité deviennent toujours plus petits jusqu'S obtention de IA ou VA, le nombre des pas pouvant en principe être infini. Il faut naturellement observer à ce sujet qu'il serait préférable de limiter le "processus de recherche" à un nombre de pas fixe et incorporé dans le programme du calculateur. En outre, on pourrait imposer au calculateur la condition qu'il fasse "progresser" le bloc d'alimentation de quantités constantes pour les valeurs intermédiaires de U ou de I. D'autre part, une succession constante dans le temps des points de réglage et des pas de réglage serait possible. Dans ces opérations, on rencontre des cas où U2 \ F(I2)W Avec cette méthode,le procédé devrait alors être interrompu lorsque la valeur IN + 1 s'établissant serait inférieure a l'intensité correspondant à UN d'après le tracé de la courbe F, de sorte que l'on ait I N+1 LF (UN). La relation IN L I Li existe alors de sorte que l'on peut,selon ce procédé aussi, s'approcher de manière appropriée de la valeur 1A avec une précision quelconque. Les raisons pour appliquer la valeur initiale relativement faible U1 L UA ont déjà été exposées en partie. En tout cas, il n'y a pas lieu de rejeter la voie qui consiste à -approcher de la valeur VA ou 1A à partir de valeurs assez élevées de la tension, où la relation U1 z UA s'applique donc, mais cette possibilité apparat comme moins opportune lorsque,par une tension initiale U1 supérieure à UA,on exerce une action défavorable sur le processus de dépôt. D'ailleurs et pour les mêmes raisons, U1 ne devrait finalement pas être situé trop au-dessous -de VA. On notera de plus que l'on peut, suivant le procédé décrit, prévoir aussi des intensités constantes comme valeurs intermédiai res, tandis que l'on règle à environ I1 # 1A le bloc d'alimenta tion-secteur, que l'on mesure la tension U2 I UA UA,qui s'établit, que l'on règle ensuite une intensité I2 correspondant à U2 d'après la fonction F, et qu'ainsi l'on s'approche également pas a pas de UA et par suite de la densité optimale J de courant. On voit sur la figure 2 une représentation simplifiée d'une installation de galvanisation convenant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Cette installation est constituée d'un bloc d'alimentation.secteur 1 a la borne négative duquel est relié le produit à galvaniser 2 qui se trouve dans l'électroly- te 4 ainsi que les deux anodes 3 reliées à la borne positive du bloc d' a1imentationsecteur. Le bloc 1 est commandé par un calculateur directeur 5 qui mesure moyen des lignes de mesure 6, 7 > 1' intensité de galvanisation et/ou, au moyen des lignes de mesure 7,8, la tension instantanée de galvanisation, et qui compare à la manière décrite ci-dessus ces valeurs avec la fonction F enregistrée dans sa mémoire,de façon à règler en conséquence pas à pas le bloc 1 par les lignes de commande 10, 11 qui y aboutissent,jusqu'S ce que finalement il se forme IA ou UA Le calculateur directeur 5 est de préfZrence un calculateur de processus (ou de traitement, doit également être capable de commander,sur divers plans de tlavail,plusieurs processus de mesure et de règlage, à l'occasion de quoi il doit aussi être possible que le calculateur de processus règle plusieurs blocs d1aIimentationsecteur. En outre, le calculateur de processus peut assurer des fonctions qui ne sont pas en rapport seulement avec la commande du bloc d'alimentation.secteur. I1 s'agira ici,entre autres,de la commande de l'ensemble de l'installation ainsi que de la surveillance des électrolytes. -REVENDICATIONS 1. Procédé pour le réglage de la densité de courant cathodique de bains de galvanisation,en particulier dans des installations de galvanisation automatiques avec au moins un bloc d' alimentation,secteur susceptible d'être commandé, au moyen duquel l'intensité de galvanisation I ou la tension de galvanisation U peut être réglée aux valeurs UA ou IA nécessaires pour l'obten- tion de JO en tenant compte de la densité de courant JO optimale pour le bain de galvanisation en cause et de la surface A des éléments à galvaniser, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on d termine par le calcul et/ou par mesure une fonction auxiliair /représentant la dépendance réciproque entre la tension de galvanisation U et l'intensité de galvanisation I avec la densité de courant J0 comme paramétre, et que à partir d'une valeur initiale librement choisie U1 ou I1, on règle pas à pas,et au moins avec une approximation prédéterminée,l'intensité IA ou la tension VA de galvanisation,par voie itérative et par introduction de valeurs intermédiaires des tension U et intensité I fournies par la. fonction F. 2.Procédé selon la revendication I,caractérisé en ce que la fonction F est introduite sous la forme U = f (I)j ou sous la forme I = ?( U)J dans un calculateur directeur coommandant le bloc d'a1imentatin-secteur, ce calculateur fournissant par voie itérative en utilisant la fonction F les valeurs intermédiaires a obtenir pour U ou I issues chaque fois des valeurs initiales et les introduisant dans le bloc d'alimentatigne secteur qu'à ce que soit atteint V ou 1A 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que les variations à règler pas à pas, de la tension U ou de l'intensité I de galvanisation,sont fixées sur un nombre constant et/ou sur des valeurs constantes. 4.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en chaque les incréments de mesure et les incréments de réglage des valeurs intermédiaires de U et de I sont réalisés en une séquence temporelle qui peut être choisie. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que du produit à galvaniser de surfaces A définies différentes est introduit dans le bain de galvanisation pour définir la fonction F, que les valeurs I = JO.A à obtenir à partir des surfaces A chaque fois traitées et du paramètre formé par la densité de courant JO optimale pour le bain sont introduites dans le bloc dtalimentation~secteur et que les tensions de galvanisation U en résultant sont mesurées. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fonction F est obtenue par le calcul pour une densité de courant déterminée, à partir de la connaissance d'une valeur de IA et VA. 7. Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la détermination de la fonction F s'effectue avant ou pendant le processus proprement dit de galvanisation directement dans le bain ou dans un bain pilote travaillant en parallèle. 8. Procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce quton détermine des fonctions F avec différentes densités optimales de courant JO comme paramètre et qu'on les met en mémoire dans le calculateur sous forme de groupes de fonction. 9. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant au moins un bloc d'a1imentationecteur (1) susceptible d'hêtre commandé auquel sont reliées les anodes ou ltanode (3) et le produit à galvaniser comme cathode (2),caractérîsée en ce que, pour commander le bloc d'alimentation-sécteur, il est prévu un calculateur directeur (5) avec mémoire dans laquelle est enregistrée la fonction auxiliaire F 2 et que le calculateur mesure les tensions de galvanisation resul- tant des valeurs intermédiaires marquées chaque fois, les compare avec les valeurs de consigne 8 déduire de la fonction F, et règle secteur pas à pas le bloc d' alimentation/sur les valeurs de consigne jusqu'à obtention des valeurs finales IA ou VA.