Brevet FR2546186A1 — publié le 19841123

DISPOSITIF POUR LE TRAITEMFNT ELECTROLYTIQUE DE RUBANS METALLIQUES. La présente invention concerne un dispositif pour le traitement électrolytique de rubans m 6 talliques et a trait, plus précisément, A une cellule pour le traite- ment électrolytique et pour le dépôt sur des rubans métalliques, par exemple des rubans d'acier, de revête- ments métalliques et/ou non métalliques. Il existe une tendance universellement reconnue, due essentiellement a la nécessité d'augmenter la vie utile de produits en ruban métallique, particulièrement en acier, de produire des rubans revêtus sur une surface ou sur les deux surfaces au moyen de métaux, d'alliages ou de composés de métaux afin de protéger le ruban et donc le produit a partir duquel il est fabriqu A contre la corrosion Ces revêtements peuvent être produits essentiellement de deux manières, à savoir par immersion du ruban dans un bain de métal ou d'alliage en fusion ou par voie électrolytique. Chacune de ces techniques de revêtement présente des avantages et des inconvénients Le placage électro- lytique (galvanoplastie), en particulier, permet de pro- duire des revêtements qu'il n'est pas possible d'obtenir autrement, par exemple ceux consistant en alliages dont les composantes ont des points de fusion très écartés l'un de l'autre ou ceux consistant en oxydes ou en d'au- tres composés qui fondent difficilement ou qui se décom- posent à chaud, mais par ailleurs il ne permet pas en général d'obtenir des revêtements de forte épaisseur à des vitesses industriellement acceptables Cela provient du fait que les gaz qui se dégagent au cours du procédé électrolytique, de l'oxygène aux anodes et de l'hydro- gène aux cathodes, adhèrent aux électrodes en donnant lieu à des défauts physiques dans le revêtement et en provoquant une chute du courant de traitement Pour minimiser ces effets, il est nécessaire de travailler avec une densité de courant relativement basse en obte- nant un revêtement d'épaisseur limitée, a moins de tra- vailler avec des temps de traitement très longs, ce qui n'est pas économique à l'échelle industrielle. Néanmoins, le dépôt par voie électrochimique pré- sente des avantages si nombreux que l'on a fait beaucoup d'efforts pour surmonter les inconvénients précités. Récemment, on a proposé et utilisé une méthode très simple qui consiste à éliminer lesdits gaz en fai- sant circuler de force l'electrolyte, à une vitesse dé- terminée, en contre-courant par rapport au ruban à trai- ter En réalité, ce qui est important consiste à réali- ser une certaine vitesse relative entre le ruban et l'électrolyte, tous deux en mouvement, de façon à assu- rer simultanément l'élimination des gaz des électrodes et un renouvellement suffisant de l'électrolyte sur le ruban afin de garantir sur toute la longueur de la cel- lule d'électroplacage l'obtention de la concentration optimale de l'élément ou des éléments à déposer. Au départ de ces considérations on a mis au point, suivant la présente invention, une cellule verti- cale de traitement électrolytique et d'électroplacage à haute densité de courant qui présente, par rapport aux cellules horizontales connues, les avantages d'un meil- leur entraînement des gaz et d'un moindre encombrement horizontal. Suivant la présente invention, la cellule verti- cale élémentaire de traitement est constituée par un ré- cipient dans lequel sont disposés deux conduits verti- caux a section retangulaire, qui constituent les cellu- les de traitement électrolytique, dans lesquelles l'électrolyte est refoulé dans le sens vertical. Cela est rendu possible par le fait que ledit ré- cipient est divisé, dans le sens vertical, en ou moins deux chambres L'électrolyte est refoulé d'une chambre à l'autre par lesdits conduits verticaux à section rectan- gulaire. Suivant un premier exemple de réalisation, le ré- cipient présente une chambre supérieure, de volume rela- tivement petit, et une chambre inférieure, plus grande. Ces chambres, supérieure et inférieure, sont mises en communication par lesdits conduits verticaux à section rectangulaire qui font saillie par le haut à une certai- ne hauteur dans la chambre supérieure et s'étendent vers le bas jusqu'à au moins la moitié de la hauteur de la chambre inférieure L'électrolyte est pompé dans la chambre supérieure, en passant par un ou plusieurs réservoirs d'accueil ou de réglage de la concentration des éléments à déposer Dans la chambre inférieure, l'électrolyte est maintenu à un certain niveau, au- -dessus du bord inférieur des conduits verticaux. L'électrolyte tombe de la 'chambre supérieure dans la chambre inférieure par les conduits verticaux à section rectangulaire qui constituent les cellules de traitement électrolytique La différence de niveau entre l'électro- lyte de la chambre supérieure et celui de la chambre in- férieure détermine le débit de celui-ci dans lesdites cellules de traitement Le ruban A traiter traverse la première cellule de haut en bas et puis, en passant sur un rouleau de renvoi, traverse la deuxième de bas en haut En réglant adéquatement la différence de niveau de l'électrolyte dans les chambres supérieure et inférieure par rapport à la vitesse de circulation du ruban on ob- tient, aussi bien dans la première cellule o le ruban et l'électrolyte circulent en courants parallèles que, à plus forte raison, dans la deuxième cellule, une vitesse relative entre le ruban et l'électrolyte qui est suffi- sante pour éliminer les gaz et pour maintenir la concen- tration de l'électrolyte dans l'intervalle optimal. Suivant un deuxième exemple de réalisation, le récipient est divisé en trois chambres dont la supérieu- re et l'inférieure contiennent l'électrolyte tandis que la centrale est vide. Ce dispositif est préférable, mais non indispen- sable, parce qu'il limite la quantité d'électrolyte pré- sente dans le dispositif. Les chambres supérieure et inférieure sont mises en communication par lesdites cellules électrolytiques et l'électrolyte est pompé, a travers ces cellules, du bas vers le haut. Cette deuxième forme d'exécution implique la né- cessité de construire un récipient à pression mais elle permet, par ailleurs, en faisant varier le débit de la pompe, d'obtenir une assez grande gamme de vitesses re- latives entre le ruban et l'électrolyte, ce qui permet d'adapter simplement une même ligne à diverses condi- tions de production. Dans les deux formes de réalisation prposées, les parois latérales les plus grandes des cellules ôlectro- lytiques constituent les électrodes fixes entre lesquel- les circule, à équidistance, le ruban a traiter qui constitue l'électrode de polarité opposée. On va A présent décrire la présente invention de manière plus détaillée, à simple titre d'exemple non li- mitatif, en se réeérant aux planches de dessin annexées dans lesquelles: la fig l est une vue en élévation latérale du disposi- tif suivant la première forme de réalisation de la cellule élémentaire et la fig 2 est une vue en élévation latérale du disposi- tif suivant la deuxième forme de réalisation de la cel- lule élémentaire. Si on se réfère A la fig 1, on voit que le réci- pient est divisé par la cloison 8 en une chambre supé- rieure 2 et une chambre inférieure 3 reliées l'une à l'autre au moyen de deux cellules électrolytiques 9 et à section rectangulaire dont les faces internes les plus grandes sont constituées par les électrodes 14 et 15. Le ruban 4, guidé par les rouleaux 5, 6 et 7, en- tre dans le récipient par la cellule 9 de haut en bas, est dévié et puis traverse la cellule 10 de bas en haut. 254618 d L'électrolyte, introduit dans la chambre 2 par la tubulure 12, atteint un niveau 17 et se déverse dans les cellules 9 et 10, traverse celles-ci et arrive a la chambre inférieure 3 d'o il est pompé par la tubulure 11 de manière que son niveau 16 reste toujours au-dessus du bord inférieur des cellules 9 et 100 La différence de niveau entre les surfaces de liquide 17 et 16 règle la vitesse de passage de l'électrolyte dans les cellules 9 et 10. Le dispositif de la fig 2 est analogue à celui de la fig 1, sauf que le récipient 1 est divisé en trois chambres superposées délimitées par les cloisons 8 et 13 La chambre centrale est vide Dans ce cas, l'élec- trolyte est pompé du bas vers le haut à travers les cel- lules 9 et 10. Pour le placage électrolytique, les électrodes fixes peuvent être en un matériau soluble ou insoluble. Dans le cas d'un placage électrolytique sur une seule face du ruban métallique, deux électrodes fixes homologues, de préférence 14 ' et 15 ', sont remplacées par des plaques de matériau isolant qui s'étendent a l'intérieur des chambres de traitement jusqu'o elles sont en contact avec la surface du ruban qui ne doit pas être revêtu, de facon à la prot 5 ger, spécialement sur les bords latéraux, contre les dispersions de courant autour de ces bords. Comme on l'a indiqué précédemment, la présente invention se prête à un grand nombre de possibilités de traitements électrolytiques et de placage électrolytique de métaux, d'alliages et de composés En combinant adé- quatement un nombre déterminé de cellules, toutes ident- iques, il est possible d'effectuer des traitements de nettoyage et de décapage du ruban ainsi que des placages en une ou plusieurs couches de métaux et de composés dia vers. Certaines de ces possibilités sont décrites dans les exemples suivants. Exemple 1. Le dispositif suivant la présente invention est employé pour le décapage électrolytique neutre de rubans laminés à chaud soumis à un traitement mécanique brise- écaille par des méthodes connues. Pour cette application, les électrodes fixes sont en acier doux pour les cellules anodiques et en plomb ou en acier plombé pour les cellules cathodiques Le ruban à traiter a été soumis à 20 cycles alternés de polarité cathodique et anodique. On a donc employé dans le dispositif 20 cellules élémentaires conformes à l'invention dans lesquelles le ruban fonctionne alternativement comme anode et comme cathode. L'électrolyte était constitué par une solution aqueuse de sulfate de sodium de concentration égale à g/l, à une température de 850 C, avec une p H &gal à 7,0. On a essayé, dans ces solutions, des vitesses de passage du ruban comprises entre 120 et 160 m/min, avec des densités de courant comprises entre 75 et 100 A/dm 2. Dans tous les cas, on a obtenu un ruban parfaite- ment décapé, ayant une surface propre brillante, nota- blement résistante aux phénomenes de corrosion pendant la période de stockage. Dans les mêmes conditions, mais avec un plus petit nombre de cellules ques-cathodiques), on a réalisé la préparation superfi- cielle avant le revêtement-léger décapage et activation de la surface-de rubans laminés à froid en acier doux, en aciers micro-alliés et en alliages faibles Le trai- tement a eu une durée comprise entre 0,25 S et 4 s. Pour cette application également, les résultats obtenus ont été excellents en ce qui concerne la propreté et la qualité superficielle du ruban. Exemple 2. Des rubans laminés à froid, à l'état recuit et écroui superficiellement, de préférence prétraités comme. à l'exemple précédent, ont été soumis à la galvanoplas- tie de zinc La solution de traitement contenait de 60 a 80 g/l d'ions zinc en solution acide aqueuse à un p H compris entre O et 2, a une température de 40 à 600 C. On a effectué de nombreux essais dans la gamme de conditions susmentionnée Dans ce cas, le ruban fonc- tionnait toujours comme cathode, tandis que les anodes étaient soit insolubles, en alliage de zinc, soit solu- bles, en zinc. L'installation consistait en 12 cellules élémen- taires en série. Avec toutes les conditions d'essai, en utilisant une vitesse de circulation du ruban fixée à 90 m/min et des densités de courant de 100, 120, 135 A/dm 2, on a obtenu des revêtements de zinc uniformes et compacts, épais respectivement d'environ 7, 8,5 et 9,5 /,m, cor- respondant à environ 50, 60 et 70 g/m 2. On voit, d'après les résultats obtenus, que grâce au renouvellement rapide de la solution dans les cellu-' les de galvanoplastie, l'influence des variations de concentration et de température de l'électrolyte est maintenue dans des limites réduites. Exemple 3. Un ruban d'acier galvanisé, de préférence traité comme à l'exemple précédent, a été soumis-confornément à l'invention-à un traitement ultérieur de revêtement au moyen de couches successives de chrome métallique et d'oxydes de chrome. Le procédé de revêtement est effectué en deux étapes successives qui requièrent respectivement une cellule élémentaire et deux cellules élémentaires en sé- rie Les anodes de ces cellules sont toutes du type in- soluble, en alliage de plombe 2546186 ' Les conditions opératoires de la cellule de la première étape étaient les suivantes: la composition de l'électrolyte était Cr O 3 115 g/l, Na F 1, 73 g/l, H 2504 0,5 ml/l, HBF 4 0,5 ml/l; le p H était inférieur à 0,8; la température 5 tait de 45 "C; la densité de courant était de 85 A/dm 2. Dans ces conditions, avec une vitesse de circula- tion de ruban égale a 50 m/min, on a déposé 0,45 g/m 2 de chrome métallique. Les conditions opératoires des cellules de la deuxième étape étaient les suivantes: la composition de l'électrolyte était Cr O 3 40 g/l, Na F 1,73 g/l, HBF 4 0,5 ml/l; le p H était égal a 37 la température était de C; la densité de courant était de 40 A/dm 2 o Avec une vitesse de circulation du ruban de 50 m/min, on a déposé 0,05 g/m 2 de chrome à l'État d'oxyde. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour le traitement électrolytique en continu de rubans métalliques caractérisé en ce qu'il est constitué par un récipient divisé en au moins deux chambres superposées et communiquant entre elles au moyen de deux conduits verticaux à section rectangulaire dont les parois les plus grandes sont constituées par des électrodes fixes, à travers lesquels l'électrolyte est refoulé dans le sens vertical. 2 Dispositif suivant la revendication 1 caracté- risé en ce que lesdits conduits verticaux s'étendent en haut dans la chambre supérieure et en bas dans la cham- bre inférieure jusqu'à au moins la moitié de la hauteur de la chambre inférieure. 3 Dispositif suivant la revendication 2 caracté- risé en ce que la partie desdits conduits qui fait sail- lie par le haut dans la chambre supérieure constitue un déversoir pour l'électrolyte contenu dans cette chambre supérieure, ledit électrolyte s'écoulant dans la chambre inférieure en passant par lesdits conduits dont le bord inférieur est immergé dans l'électrolyte contenu dans la chambre inférieure. 4 Dispositif suivant la revendication 1 caracté- risé en ce que ledit récipient est divisé par deux cloi- sons en trois chambres superposées, la chambre supérieu- re et la chambre inférieure contenant l'électrolyte et ce dernier étant refoulé de la chambre inférieure à la chambre supérieure à travers lesdits conduits verticaux.