Brevet FR2546187A1 — publié le 19841123

254618, DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT ELECTROLYTIQUE DE RUBANS METALLIQUES. La présente invention concerne un dispositif pour le traitement électrolytique de rubans métalliques et a trait, plus précisément, a une cellule électrolytique pour le traitement électrolytique et pour le dépôt sur des rubans métalliques, par exemple des rubans d'acier, de revêtements métalliques et/ou non métalliques. Il existe une tendance universellement reconnue, due essentiellemnt à la nécessité d'augmenter la vie utile de produits obtenus à partir d'un ruban métalli- que, 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 de la corrosion le ruban et par consé- quent le produit à partir duquel il est fabriqué. Ces revêtements peuvent être obtenus essentielle- ment 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 présente des avantages et des inconvénients Le placage électrolytique (la galvanoplastie), en particulier, permet de produire des revêtements qu'il n'est pas possible d'obtenir autre- ment, 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'autres composés qui fondent difficilement ou qui se décomposent a chaud, mais par ailleurs il ne permet pas en général d'obtenir des revêtements de forte épaisseur à des vi- tesses industriellement acceptables Cela provient du fait qu'à proximité du ruban l'électrolyte est appauvri en ions métalliques par l'effet de la réaction d'élec- troplacage par suite de quoi il se produit une baisse du rendement et par conséquent une défectuosité dans la morphologie du revêtement et un accroissement du dégager ment de gaz; en outre, les gaz qui se dégagent au cours 254618, du procédé électrolytique, de l'oxygène aux anodes et de l'hydrogène aux cathodes, adhèrent aux électrodes en donnant lieu à des défauts physiques dans le revêtement et en provoquant une diminution du courant de traite- mente Pour minimiser ces défauts, il est nécessaire de travailler avec des densités de courant relativement basses en obtenant un revêtement d'épaisseur limitée, à moins de travailler avec des temps de traitement très longs qui ne sont toutefois pas économiques à l'échelle industrielle. Néanmoins, le dépôt par voie électrolytique pré- sente des avantages si nombreux que l'on a fait beaucoup d'efforts pour surmonter les inconvénients susmention- nés. Récemment on a proposé et appliqué une méthode extrêmement simple qui consiste a amener constamment sur le ruban une solution fraîche et à éliminer les gaz sus- mentionnés en refoulant l'électrolyte à une vitesse don- née, en contre-courant par rapport au ruban à traiter. Ceci est réalisé a l'aide d'une cellule à section rec- tangulaire portant intérieurement des anodes insolubles, cellule a travers laquelle passe le ruban, A équidistan- ce des anodes, lequel fonctionne comme cathode L'élec- trolyte est pompé dans la cellule par l'extrémité oppo- sée a celle par laquelle le ruban entre, dans les espa- ces entre les anodes et le ruban, et circule à grande vitesse dans la cellule en contre-courant par rapport au ruban. De cette manière, on obtient rapidement des épaisseurs de revêtement très supérieures à celles que l'on peut obtenir par voie électrolytique suivant les techniques classiques et, dans certains cas, des épais- seurs comparables à celles réalisées par les procédés de trempage à chaud. La présente invention se place dans la même ligne en proposant un dispositif pour l'électroplacage à den- sité de courant élevée, simple, compact et avantageux en comparaison de dispositifs similaires connus. Suivant la présente invention, on place un dispo- sitif éjecteur dans une cellule d'électroplacage en for- me de chambre a section rectangulaire écrasée, contenant des anodes insolubles qui forment les faces planes in- ternes les plus grandes de la cellule, le ruban métalli- que à revêtir circulant au centre de cette chambre avec ses faces parallèles à la surface des anodes insolubles, ledit dispositif éjecteur étant placé a l'extrémité de la cellule par laquelle pénètre le ruban métallique. Ce dispositif éjecteur distribue 10-40 % de la quantité d'électrolyte nécessaire pour l'électroplacage, dans la direction opposée A celle de la circulation du ruban métallique. Ladite cellule est placée dans une cuve et est immergée dans l'électrolyte. Par suite de l'injection d'électrolyte au moyen du dispositif éjecteur susdit, à l'intérieur de la par- tie terminale de la cellule d'électroplacage, une quan- tité supplémentaire d'électrolyte est aspirée dans la cellule depuis son extrémité opposée, ce qui réalise le flux en contre-courant désiré entre le ruban métallique et l'électrolyte. On va à présent décrire la présente invention par rapport à l'une de ses réalisations, illustrée à titre exemple non limitatif dans les planches de dessin annexées dans lesquelles: la figure 1 représente une vue schématique, en coupe, de la cellule d'électroplacage, la figure 2 représente une vue schématique en coupe du dispositif éjecteur et la figure 3 représente une vue en perspective du dispositif tout entier. Si on se réfère a la figure 1 on voit que la cel- lule 1, en forme de chambre creuse rectangulaire oblon- gue horizontales ouverte à ses petites extrémités verti- cales O est composée d'une enveloppe 2 qui porte inté- rieurement les anodes 3 et 3 ' qui constituent les gran- des faces internes de la chambre d'électroplacage. Le ruban métallique 6 à revêtir, qui fonctionne comme cathode, traverse cette chambre d'électroplacage, dans la figure de droite à gauche, et est tenu en posi- tion et en tension par les paires de rouleaux 7 et 7 ' placées respectivement à l'entrée et à la sortie de la chambre. Le dispositif éjecteur est placé à l'extrémité d'entrée de ladite chambre et l'électrolyte y est amené par les conduits 5 et 5 ' et est distribué via les cham- bres de distribution 4 et 4 '. L'éjecteur est représenté de manière plus détail- lée à la figure 2. L'électrolyte, pompé à travers les conduits 5 et ' et distribué par les chambres 4 et 4 ' en sortant pas les fentes 8 et 8 ' dans la chambre 9, provoque une dé- pression qui aspire l'électrolyte de la chambre 10. La figure 3 présente une vue d'ensemble du dispo- sitif suivant l'invention La cellule 1 est placée dans une cuve 13 et immergée dans l'électrolyte Les conduc- teurs isolés il et 12 amènent le courant aux anodes in- férieure et supérieure tandis que les conduits 5 et 5 ' amènent l'électrolyte sous pression à l'extrémité de la cellule par laquelle pénètre le ruban. Grâce à ce dispositif, l'électrolyte frais pompé à travers l'éjecteur exerce la double fonction d'entraî- ner davantage d'électrolyte dans la chambre de traite- ment et de renouveler à l'intérieur de la cuve la solu- tion qui sort par les orifices de décharge 14 et 14 '. L'extrême simplicité du dispositif suivant l'in- vention est manifeste. Il est possible, grâce à lui, d'obtenir des vi- tesses relatives entre le ruban et l'électrolyte dans la chambre d'électroplacage comprises dans la gamme de 0,5 à 3,0 m/s, en parvenant ainsi à régler très simple- ment l'épaisseur du revêtement. 2546187 t Comme on l'a indiqué précédemment, la présente invention se prête à un grand nombre de possibilités de traitements électrolytiques et d'électroplacage de mé- taux, d'alliages et de composés. En combinant convenablement un nombre déterminé de cellules, toutes identiques, il est possible d'effec- tuer des traitements de nettoyage et de décapage du ru- ban, ainsi que des revêtements à plusieurs couches en métaux et en composés divers. On décrit, dans les exemples ci-après, quelques unes de ces possibilités. Exemple 1 Le dispositif suivant l'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 vingt cycles alternés de pola- rité anodique et cathodique. On a donc employé dans le dispositif quarante cellules élémentaires conformes à l'invention dans les- quelles le ruban fonctionne alternativement comme catho- de et comme anode. L'électrolyte était constitué par une solution aqueuse de sulfate de sodium de concentration égale a g/l, à une température de 850 C, avec un p H égal & 7,0. On a essayé dans les conditions susdites des vi- tesses 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 et brillante, no- tablement résistante aux phénomènes de corrosion pendant la période de stockage. Z 546187 Dans les mêmes conditions, mais avec un plus pe- tit nombre de cellules (quatre paires de cellules élé- mentaires anodiques-cathodiques), on a réalisé la prépa- ration superficielle avant le revêtement léger décapa- ge et activation de la surface de rubans laminés à froid en acier doux, en aciers micro-alliês et en allia- ges faibles. Le traitement a eu une durée comprise entre 0,25 et 4 s. Pour cette application également, les résultats obtenus ont été excellents en ce qui concerne la propre- té et la qualité superficielle du ruban. Exemple 2 Des rubans laminés à froid, de préférence pré- traités comme à l'exemple précédent, et à l'état récuit et écroui superficiellement, ont été soumis à l'électro- placage de zinc (galvanisation) La solution de traite- ment contenait de 60 à 80 g/i d'ions zinc en solution acide aqueuse à un p H compris entre 0 et 2, à une tempé- rature de 40 à 60 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, insolubles, étaient en alliage de plomb. L'installation était constituée par vingt-quatre cellules élémentaires en séries 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 ob- tenu des revêtements de zinc uniformes et compacts, épais respectivement de 7, 8,5 et 9,5 /&m, correspondant 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. 2546 187 Exemple 3 Un ruban d'acier galvanisé, de préference traité comme à l'exemple précédent, a été soumis conformément a 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 ont lieu respectivement dans deux et quatre cellules élémentaires en série Les anodes de ces cellules sont toutes du type insoluble, en alliage de plomb. Les conditions opératoires des deux cellules du premier groupe 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 était de 45 C; la densité de courant était de 85 A/dm 2. Dans ces conditions, avec une vitesse de circula- tion du ruban égale à 50 m/min, on a déposé 0,45 g/m 2 de chrome. Les conditions opératoires des quatre cellules du deuxième groupe 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 à 3; la température était de 30 "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'oxy- de. Si on désire effectuer la placage sur une seule face du ruban, il suffit de remplacer une des anodes, par exemple l'anode inférieure 3 ', par une plaque iso- lante qui s'6 tend à l'intérieur de la chambre 10 jusqu'à ce qu'elle vienne toucher la face inférieure du ruban 6, de manière à la protégera spécialement aux bords laté- raux, contre la dispersion du courant autour de ces bords. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour le traitement électrolytique continu de rubans métalliques, dans lequel la cellule élémentaire de traitement électrolytique est constituée par une chambre creuse à section rectangulaire, dans la- quelle passe le ruban à traiter, portant sur ses grandes faces des électrodes insolubles, le circuit électrique étant fermé à travers le ruban métallique à traiter, ca- ractérisé en ce que ladite cellule élémentaire est im- mergée dans l'électrolyte dont l'écoulement forcé à l'intérieur de la chambre de traitement de la cellule est assuré par un éjecteur. 2 Dispositif suivant la revendication 1 caracté- risé en ce que l'kjecteur est placé à l'extrémité de la cellule par laquelle le ruban a traiter pénètre dans la cellule. 3 Dispositif suivant la revendication 2 caracté- risé en ce que l'jecteur distribue de l'électrolyte frais vers l'extrémité de la cellule par laquelle le ru- ban y pénétre et provoque une aspiration à grande vites- se de l'électrolyte à partir de l'autre extrémité de la cellule à travers la chambre de traitement.