Brevet FR2554833A1 — publié le 19850517

"Dispositif pour le dépôt d'une couche d'un métal de recouvrement sur une bande métallique". La présente invention est relative à un dispositif pour le dépôt électrolytique, en continu et à haute densité de courant, d'une couche d'un métal de recouvrement sur au moins une des deux faces d'une bande métallique se déplaçant à travers un bain électrolytique, comprenant au moins un rouleau conducteur, coopérant avec une amenée de courant cathodique, s'étendant transversalement par rapport à la direction de déplacement de la bande et tournant autour de son axe, en contact avec la bande, sensiblement à la même vitesse circonférentielle que la vitesse de transiation de cette dernière, au moins une anode étant prévue dans le bain électrolytique, en regard d'au moins une des faces de la bande traversant ledit bain. Dans les dispositifs connus jusqu'à présent du type précité notamment ceux dans lesquels on réalise des dépôts fins sur une tôle ou bande métallique se déplaçant à une vitesse relativement importante en regard d'une anode, la densité de courant est assez reduite par suite d'un risque de surchauffe. En effet, dans ces. dispositifs connus le courant cathodique est amené au rouleau conducteur par son arbre de rotation et il a été constaté que la densité de courant dans la tôle ne peut guère dépasser 150 A/dm2 sans créer, au niveau de l'arbre de ro- tation, des intensités de courant tellement importantes à provoquer une surchauffe et par conséquent une déformation de cet arbre de rotation et même du rouleau. Ceci risque de détériorer le rouleau et de réduire le contact entre ce dernier et la tôle avec comme conséquence la formation d'étincelles à ce niveau, ce qui aura inévitablement une répercussion sur la qualité du dépôt cathodique sur la tôle. -2- 255483 Un des buts essentiels de la présente inven- tion consiste à présenter un nouveau dispositif pour le dépôt électroly- tique, en continu et à une densité de courant pouvant atteindre jusqu'à 350 A/dm2 par face de tôle, sans aucun risque de surchauffe ou autre problème éventuel qui pourrait avoir une influence sur le fonctionnement du dispositif ou sur la qualité du dépôt. A cet effet, dans le dispositif, suivant l'invention, le rouleau conducteur est au moins partiellement creux et l'amenée de courant cathodique comprend une série de contacts montés en parallèle et repartis sur la surface cylindrique intérieure du rouleau opposée à la partie de la surface extérieure contre laquelle est appliquée la bande. Avantageusement, ces contacts compren- nent des balais d'amenée de courant appliqués élastiquement et à coulisse- ment contre la surface intérieure précitée du rouleau opposée à celle avec laquelle coopère la bande. Suivant une forme de réalisation particu- lièrement avantageuse de l'invention, la surface cylindrique intérieure du rouleau est excentrée par rapport à sa surface cylindrique extérieure, le centre de courbure de cette dernière était situé sur l'axe de rotation du rouleau. Suivant une forme de réalisation préférentiel- le de l'invention, le rouleau comprend une enveloppe cylindrique conductri- ce dont la surface extérieure coopère avec la bande et dont la surface intérieure coopère avec les contacts d'amenée de courant cathodique, cette enveloppe étant montée sur au moins un moyen solidaire d'un arbre de rotation tournant autour de l'axe de la surface extérieure de l'envelop- pe. D'autres détails et particularités de l'inven- tion ressortiront de la description donnée ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, de quelques formes de réalisation particulières de l'inven- tion avec référence aux dessins annexes. La figure 1 est une vue schématique et _ 3 2554833 en coupe longitudinale d'une forme de réalisation particulière d'un disposi- tif suivant l'invention. la figure 2 est une coupe, à plus grande échelle, suivant la ligne Il - II de la figure 1. La figure 3 est une vue schématique en coupe transversale, analogue à celle de la figure 2, d'une deuxième forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une autre partie d'une troisième forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. Dans les différentes figures, les mêmes chiffres de références désignent des éléments identiques ou analogues. L'invention concerne un dispositif pour le dépôt électrolytique, en continu et à haute densité de courant, d'une couche d'un métal de recouvrement sur au moins une des deux faces d'une bande métallique se déplaçant à travers un bain électrolytique. La densité de courant est généralement de 50 à 350 A/dm2 par face. Il s'agit plus particulièrement d'un dispositif adapté à l'obtention de dépôts légers sur des bandes métalliques se dépla- çant à très grande vitesse de défilement, jusqu'à 600 mètres par minute. La forme de réalisation du dispositif suivant l'invention représentée à la figure I comprend une cellule d'electrolyse 1 contenant un bain électrolytique 2 à travers lequel circule une bande métallique 3, notamment une bande d'acier. De part et d'autre de cette cellule est prévu un rouleau conducteur 4 et 5 s'étendant transversalement par rap- port à la direction de déplacement de la bande, indiquée par la flèche 6. Ces rouleaux tournent chacun autour d'un arbre 7. La bande d'acier 3 est guidée sur une partie de la surface cylin- drique extérieure 8 du rouleau 4 par l'intermédiare d'un cylindre 9, appli- qué contre cette surface cylindrique. Ainsi la bande métallique 3 présente une vitesse de translation qui est égale à la vitesse circonférentielle du rouleau 4. -4- 2554833 De la même façon, la bande métallique sortant de la cellule de l'electrolyse 1 est déviée le long de la surface cylindrique extérieure 8 du rouleau conducteur 5 par l'intermédiaire d'un cylindre 10. Suivant l'invention, chacun des rouleaux conducteurs est au moins partiellement creux et est de préférence consti- tué d'une enveloppe cylindrique 11 dont la surface extérieure 8 coopère avec la bande 3 et dont la surface intérieure 12 coopère avec une série de contacts d'amenée de courant cathodique 13 montés en parralèle et repartis sur la partie de cette surface cylindrique intérieure 12 opposée à la partie de la surface extérieure 8 contre laquelle est appliquée la bande métallique. De cette façon, les rouleaux conducteurs 4 et 5 permettent d'amener à la bande métallique 3 une grande intensité de courant cathodique sans aucun risque de chauffage local comme dans les dispositifs connus. Ces contacts 13 sont constitués par des balais appliqués élastiquement et à coulissement contre la surface intéri- eure précitée 12 de l'enveloppe cylindrique 11 des rouleaux 4 et 5. Plus particulièrement, ces balais sont montés à coulissement dans des gaines 14, à l'encontre d'un ressort hélicoïdal qui assure le contact entre les balais et la surface intérieure 12. Ces gaines 14, portant les balais 13, sont alors agencés et répartis en sailli sur le bord circulaire 17 d'une plaque fixe 16, située à l'intérieure de l'enveloppe cylindrique 11. Avantageusement, la surface cylindrique intérieure 12 de l'enveloppe Il est excentrée par rapport à la surface cylindrique extérieure 8 et également par rapport au bord circulaire inférieur de la plaque de support 16 des gaines 14. De ce fait, l'épaisseur de l'enveloppe 11 n'est pas constante mais varie d'une manière continue entre un maximum et un minimum. Ainsi, lors de la rotation de cette enveloppe cylindrique 11 les balais 13 subissent continuellement un mouvement de va-et-vient dans leurs gaines 14, ce qui évite le blocage des ressorts _5 _ 2554833 et assure ainsi un contact parfait entre les balais 13 et ladite surface intérieure 12 de l'enveloppe 11. Dans cette forme de réalisation le centre de courbure de la surface cylindrique extérieure 8 et du bord circulaire 17 de la plaque 16 sont donc situés sur l'axe de rotation des rouleaux 4 et 5. Dans la forme de réalisation montrée à la figure 2, les contacts 13 sont situés à proximité des bords latéraux de l'enveloppe 11, de part et d'autre d'un moyeu central 18 rendu solidaire de l'arbre de rotation 7. Les plaques 16 portant les balais 13 sont traversés par l'arbre de rotation 7 et sont solidaires d'un manchon 19 dans lequel tourne ce dernier. Les plaques 16 ainsi que les manchons 19 pourraient être réalisés en une matière conductrice de manière à servir ainsi directement pour l'amenée du courant cathodique vers les balais 13. Dans une telle forme de réalisation, on pourrait éventuellement prévoir une couche de protection isolante sur les faces extérieures des plaques 16 et des manchons 19. Les rouleaux conducteurs 4 et 5 sont situés en dehors du bain électrolytique 2, mais le plus près possible de ce dernier, afin de réduire au minimum la chute de tension dans la bande au moment o elle traverse ce bain. La cellule d'électrolyse 1 comprend essentiel- lement un caisson fermé 20 présentant deux fentes 21 et 22. La bande métallique 3 entre dans le caisson par la fente 2! pour traverser ensuite l'électrolyte 2 contenu dans ce caisson et quitter ce dernier par la fente 22. L'electrolyte est introduit en continu dans le caisson 20 par des injecteurs 25 prévus à la paroi supérieure 26 et inférieure 27 de celui-ci. Ainsi, l'injection de l'électrolyte a lieu sous pression dans le caisson 20, tranversalement par rapport à la direc- tion de déplacement de la tôle à travers ce dernier, comme indiqué par -6- 2554833 les flèches 28. -. L'electrolyte quitte le caisson 20 par lesdi- tes fentes 21 et 22 et est récupéré dans un réservoir 29 situé en dessous du caisson 20. Au moyen d'une pompe de recirculation 30 l'électrolyte du réservoir 29 est à nouveau envoyé sous pression vers les injecteurs 25. A cet égard, le circuit d'électrolyte com- prend deux conduites principales 31 et 32 qui aboutissent chacunes d'un côté du caisson et sur chacune desquelles est prévue une vanne maîtresse 33 permettant de règler le débit d'électrolyte vers le côté supérieur ou inférieur du caisson 20. A partir de ces conduites principales partent une série de conduites secondaires en parallèles 34 vers chacun des injec- teurs 25. Dans le caisson 20, contre les parois supé- rieure et inférieure 26 et 27 sont prévues des anodes insolubles 35 et 36 réalisées par exemple en un alliage plomb-argent. Ces anodes présentent en régard des injec- teurs 25 des passages 37 pour l'électrolyte. La bande métallique 3 passe dans le bain électrolytique 2 dans le plan médian entre les anodes 35 et 36, c'est- à-dire à une distance égale de chacune des anodes. Cette distance est constante sur toute la longueur des anodes et est généralement comprise entre 8 et 20 mm. Pour éviter que les rouleaux 4 et 5 soient mouillés par l'électrolyte débordant du caisson 20 par les fentes 21 et 22, la bande métallique passe entre une paire de cylindres d'étanchéité 38 et 39 situés entre le rouleau 4 et la fente 21 et une paire de cylindres d'étanchéités analogues 40 et 41 situés entre la fente 22 et le rouleau 5. La figure 3 montre une troisième forme réalisation d'un rouleau conducteur 4 ou 5 suivant l'invention. Ce rouleau se différencie par rapport à - 7 - 2 2'554833 celui suivant la figure 2 par le fait que les balais ne sont pas situés à proximité des bords latéraux de l'enveloppe cylindrique 11 mais sont uniformement répartis sur la surface intérieure 12. Dans cette forme de réalisation un moyen 18 est prévu à un des bords latéraux de l'enveloppe cylindrique 11. Pour des rouleaux présentant une certaine longueur il pourrait éventuellement être utile de prévoir du côté opposé du moyen un flasque amovible, non représenté permettant de soutenir le bord latéral opposé de l'enveloppe cylindrique 11. le fait que l'électrolyte est introduit dans le caisson 20 par des injecteurs 25 suivant une direction sensiblement perpendiculaire à la bande métallique 3 crée dans le bain électrolytique un régime turbulent hydrodynamique. Grâce au vannes 33, 34 et 43 pré- vues à l'entrée des injecteurs 25, il est possible d'obtenir un régime hydro- dynamique très régulier permettant d'assurer ainsi la formation d'un dépôt électrolytique sur la bande métallique très homogène. La figure 4 montre le détail d'une autre forme de réalisation des passages 37 à travers les anodes 35 et 36. Dans cette forme de réalisation l'électrolyte injecté dans le caisson 20 subit une déviation oblique plus contrôlée le long des faces de la bande métallique 3. Le dispositif suivant l'invention est illustré davantage par des exemples concrets d'utilisation donnés ci-après. Exemple 1. Le dispositif et le bain électrolytique utilisés présentaient les caractéristiques suivantes Longueur du caisson 20: 500 mm. Largeur du caisson 20: 400 mm. Distance entre les anodes 35 et 36, d'une part, et la bande métallique 3, d'autre part: 10 mm. Nature des anodes 4 et 5: plomb-argent 0,8 %. Vitesse de défilement de la bande métallique 3: 200 m/min. Densité du courant: 300 A/dm2 (par face). -8- 2554833 Nature de l'électrolyte: Zn++: 85 g/l. H2SO4: 135 g/l 2 4 / Température du bain électrolytique: 50 C. Nature du dépôt de zinc obtenu dépôt homogène et brillant de 1,5 g/m2 (par face). Rendement de courant cathodique: 98 %. Courant total:9000 A. Largeur de la bande métallique constituée d'une tôle d'acier 300 mm. Débit de l'électrolyte: 30 mV/h. Exemple 2. La cellule utilisée était la même suivant l'exemple 2. Les autres paramètres étaient les suivants Vitesse de défilement de la bande 3: 400 m/min. Densité de courant: 250 A/dm2 (par face). !5 Nature de l'électrolyte: CrO3++: 45 g/l H2SO4: 0,5 g/l. Température du bain électrolytique: 60 C Dépôt de Cr + CrOx: 1 14 mg/m2 en Cr (pour les 2 faces). Rendement du courant cathodique de dépôt de chrome métalique: 34 2G %. Courant total: 7.500 A Largeur de la bande d'acier: 300 mm. Débit de l'électrolyte à travers le caisson 20: 25m3/h. -L'intensité de courant cathodique maximale dépend de la dimension des rouleaux conducteurs 4 et 5 mais sera de toute façon supérieure à 100.000 Ampères pour un rouleau d'une longeur de 1500 mm. et d'un diamètre de 500mm. Le nombre de balais 13 dépend également de la place disponible à l'inté- rieur des rouleaux. Ainsi, pour des rouleaux d'une certaine 1ongeur on pourrait prévoir plu- sieurs rangées de balais, par exemple deux rangées de chaque côté du moyen 18 portant l'enveloppe Il. - 9- 2554833 Pour des caissons 20 relativement courts on pourrait éventuellement se limiter à un rouleau conducteur qui sera de préférence placé en amont du caissson 20, c'est-à-dire au rouleau 4 de la figure 1. Pour ne revêtir qu'une face de la bande métallique 3 il suffit de ne mettre sous tension que l'anode placée en face du côté à recouvrir de la bande. L'amenée de courant anodique peut par exemple être réalisée par une barre en cuivre, non représentée aux figures. La possibilité existe également de faire usage d'anodes solubles, ce qui nécessitera bien entendu des moyens pour maintenir dans le bain électrolytique la distance entre les anodes et la bande sensiblement constante et pour remplacer les anodes au fur et à mesure de leur consommation. Etant donné que l'on pourrait, le cas éché- ant, faire usage de moyens connus en soi, il n'est pas été jugé utile de les représenter dans les figures. Enfin, à la sortie du caisson, par exemple au moment o la bande métallique est déviée le long du rouleau 5, cette bande peut subir un essorage par des cylindres supplémentaires 43 et 44 se situant de part et autre de la bande métallique 3. Ces cylindres supplémentaires comme les cylindres 38 à 41 peuvent par exemple être munis d'une couche de matière sensiblement élastique 45 absorbant l'hu- midité. I1l est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que les dimensions et la forme des contacts, ainsi que leur montage à l'intérieur des rouleaux peuvent varier de même que leur nombre. Par ailleurs, pour obtenir des dépôts relati- vement épais il peut suffir à placer plusieurs dispositifs, suivant l'inven- tion, en série. Eventuellement, si nécessaire, des moyens peuvent être prévus pour refroidir les balais 13. Dans une autre variante encore, suivant P'in- vention, notamment par rapport à la forme de réalisation montrée à la figure 3, l'arbre 7 peut être fixe et les plaques 16 sont dans ce cas calées sur cet arbre, tandis que le rouleau 4, 5 coopère par l'intermédiaire d'un roulement avec cet arbre. - 1 1 -25 483 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le dépôt électrolytique, en continu et à haute densité de courant, d'une couche d'un métal de recouvrement sur au moins une des deux faces d'une bande métallique (3) se déplaçant à travers un bain électrolytique (2), comprenant au moins un rouleau conducteur (4, 5), coopérant avec une amenée de courant cathodique, s'étendant transversalement par rapport à la direction de déplacement de la bande et tournant autour de son axe, en contact avec la bande (3), sensiblement à la même vitesse circonférentielle que la vitesse de translation de cette dernière, au moins une anode (35, 36) étant prévue dans le bain électrolytique, en regard d'au moins une des faces de la bande traversant ledit bain, ce dispositif étant caractérisé en ce que le rouleau conducteur (4, ) est au moins partiellement creux et en ce que l'amenée de courant cathodique comprend une série de contacts (13), montés en parallèle et repartis sur la surface cylindrique intérieure (12) du rouleau (4, 5) opposée à la partie de la surface extérieure (8) contre laquelle est appliquée la bande (3). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce que ces contacts (13) comprennent des balais d'amenée de courant appliqués élastiquement et à coulissement contre la surface intérieure préci- tée (12) du rouleau opposée à celle contre laquelle est appliquée la bande (3). 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractéri- sé en ce que les balais (13) sont montés à coulissement dans des gaines (14), à l'encontre d'un ressort (15) permettant d'appliquer ces balais (13) contre surface intérieure précitée (12) du rouleau (4, 5). 4. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 2 ou 3, caractérisé en ce que les balais (13) sont montés sur au moins un support fixe (16, 17) prévu à l'intérieur du rouleau (4, 5) et autour duquel ce dernier peut tourner. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractéri- sé en ce que la surface cylindrique intérieure (12) du rouleau (4, 5) est excentrée par rapport à sa surface cylindrique extérieure (8), le centre de courbure de cette dernière était situé sur l'axe- de rotation (7) du rouleau - 12- 2554833 (4, 5) 6. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que les contacts (13) sont situés à proximité des deux bords latéraux du rouleau (4, 5). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications I à 6, caractérisé en ce que le rouleau (4, 5) comprend une enveloppe cylindrique conductrice (11) dont la surface extérieure (8) coopère avec la bande (3) et dont la surface intérieure coopère avec les contacts d'amenée de courant cathodique (13), cette enveloppe (Il) étant monté sur au moins un disque solidaire d'un arbre de rotation tournant autour de l'axe de la surface extérieure de l'enveloppe. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractéri- sé en ce que le support précité portant les balais (13) est essentiellement constitué d'une plaque fixe (16) située à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique (11), sensiblement parallèlement au disque sur lequel est monté cette derniè- re. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caracté- risé en ce que la plaque fixe (16) portant les balais (13) est traversée par l'arbre de rotation (7) de l'enveloppe cylindrique (11) et est solidaire d'un manchon (19) dans lequel tourne cet arbre de rotation. 10. Dispositif suivant la revendication 9, carac- térisé en ce que la plaque (16) et le manchon (19) sont réalisés en une matière conductrice, de manière à servir d'amenée de courant cathodique vers les balais (13). 11. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 10, caractérisé en ce que le rouleau conducteur (4, 5) précité est situé en dehors du bain électrolytique (2). 12. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications I à 11, caractérisé en ce que la tôle (9) passe entre au moins une paire de cylindres d'étanchéité (38, 39, 40, 41) situés entre le rouleau (4, 5) et le bain électrolytique (2), de manière à éviter de mouiller le rouleau (4, 5) par l'électrolyte. - 13 - 2554833 13. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications I à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un caisson (20) contenant le bain électrolytique (3) et présentant deux fentes (21, 22) dans des parois latérales opposées (26, 27) à travers desquelles la bande (3) traverse le bain électrolytique, des moyens d'injection (25) étant prévus pour introduire l'électrolyte sans pression dans ce caisson, transversalement par rapport à la direction de déplacement de la bande à travers ce dernier, cet électrolyte quittant le caisson (20) par lesdites fentes (21, 22) et étant récupéré dans un réservoir (29), situé en dessous du caisson (20), pour être recirculé vers les moyens d'injection susdits (25). 14. Dispositif suivant la revendication 13, carac- térisé en ce que les moyens d'injection comprennent des vannes de réglage (33, 42) du débit de l'électrolyte dans le caisson (20). 15. Dispositif suivant l'un quelconque des revend- ications I à 14, caractérisé en ce que la bande défile dans le bain électrolytique (3) à une distance comprise entre 8 et 20 mm. de l'anode (35, 36). 16. Dispositif pour le dépôt électrolytique, en continu et à haute densité de courant, d'une couche d'un métal de recouvre- ment sur une bande métallique, tel que décrit ci-dessus ou montré aux dessins annexés. 17. Bande métallique, notamment tôle d'acier, recouverte d'une couche de métal au moyen du dispositif tel que décrit ci-dessus ou montré aux dessins annexés.