Brevet FR2577243A1 — publié le 19860814

i PERFECTIONNEMENT AUX INSTALLATIONS À CELLULES VERTICALES POUR L'ÉLECTRODÉPOSITION CONTINUE DE MÉTAUX A UNE DENSITÉ DE COURANT ÉLEVÉE La présente invention concerne un perfectionne- OS ment apporté aux installations à cellules verticales servant A l'&lectrodéposition continue de métaux à une densité de courant élevee et a trait, plus particulière- ment, A la disposition des moyens de pompage de l'élec- trolyte et A la conformation de la partie inférieure de l'installation, perfectionnement qui conduit A une sim- plification de l'installation et des opérations de manu- tention qui y sont relatives tout en améliorant l'uni- formité des conditions hydrodynamiques du traitement. Dans le domaine du revêtement continu de métaux, en particulier de feuillards d'acier, au moyen d'autres métaux protecteurs (comme par exemple le zinc et ses al- qiages avec d'autres métaux tels que le fer, le nickel3 etc.. les procédés de revêtement électrolytiques utili- sant une grande vitesse de passage du feuillard (dépas- 29 sant même 150 m/min) et une densité de courant élevée (dépassant même 180 A/dm2) deviennent de plus en plus habituels. Comme on le sait, ces procédés à densité de courant élevée exigent qu'il s'établisse une certaine vitesse relative entre l'electrolyte et le feuillard à revêtir -qui fonctionne en tant que cathode- afin d'éli- miner du voisinage du feuillard le gaz qui se dégage iné- vitablement et afin qu'en outre l'électrolyte soit doté d'une turbulence suffisante pour réduire l'épaisseur de la couche limite appauvrie en ions métalliques qui doi- vent être déposés, afin de permettre un déroulement nor- mal de l 1électrodéposition et d'assurer un rendement sa- tisfaisant. Au surplus, ces procédés exigent une constance excellente des conditions hydrodynamiques, essentielle dans les électrodépositions, étant donné qu'elles in- fluencent notablement la qualité et la composition du revêtement, ainsi que le rendement du procédé0 Du point de vue cnhéorique, les procédés d'élec- trodéposition élevée présentent des avantages importants dont quelquesuns sont au moins partiellement acquis dans les installations réalisées jusqu'à présent. Toute- fois, la situation ne semble pas encore bien stabilisée, en particulier en ce qui concerne ies produits semi- finis destinés à des biens de grande et de très grande consommation pour lesquels on exige d'excellentes pro- priétés de résistance à la corrosion associées de gran- des qualités esthétiques, comme par exemple pour les feuillards d'acier destinés a la construction de carros- series pour automobiles. Pour ce type de produits, et en particulier pour les feuillards d'acier recouverts de zinc et d'alliages de zinc et d'autres métaux (fer, nickel, etc.), on a cru tout d'abord que les installations à cellules horizonta- les étaient particulièrement intéressantes. Néanmoins, l'expérience pratique ne semble pas avoir donné pleine- ment satisfaction puisque les installations à cellules horizontales semblent devoir être remplacées par des ins- tallations A cellules verticales. Toutefois, la disposition verticale des cellules fait en sorte que le feuillard passe de haut en bas dans une série de cellules et dans le sens opposé dans une autre série de cellules, de telle manière qu'il est im- possible d'uniformiser dans toutes les cellules les con- ditions hydrodynamiques A l'interface entre le feuillard et l'électrolyte. En vue de pallier cet inconvénient important, la Demanderesse a déjà déposé une demande de brevet fran- çais (85 11 173) suivant laquelle on assurait A l'é- lectrolyte voulue et nécessaire des conditions hydrody- namiques. En particulier, dans une paire de cellules dans laquelle le feuillard A revêtir parcourt une cellu- le de haut en bas et l'autre dans le sens opposé, des moyens de pompage de l'électrolyte étaient placés dans chaque cellule & hauteur de l'extrémité de la cellule 25772 43 par laquelle le feuillard entre ou sort, de manière tel- le que l'écoulement de l'électrolyte dans une cellule de la paire se fasse dans le sens opposé de celui qui est réalisé dans l'autre cellule. Cette disposition d'installation a éte essayée en usine et a donné d'excellents résultats, mais elle pre- sente neanmoins pour la pratique quelques inconvénients secondaires bien que préjudiciables au point de vue in- dustriel. Par exemple, il est difficile de régler les moyens de pompage de chaque paire de cellules de manière parfaitement égale; il en résulte un manque d'uniformité des conditions d'écoulement de l'électrolyte, ce qui exerce des influences négatives sur l'uniformité de la qualité du revêtement. De plus, la disposition même des moyens de pompage impose l'emploi de moyens anti-écla- boussement qui constituent cependant une source éven- tuelle de dégradation de la qualité superficielle du feuillard et du revêtement, ainsi qu'un encombrement ge- nant la manutention des cellules. La présente invention se propose d'obvier à ces inconvénients et à d'autres encore, en procurant en même temps une installation plus simple et moins coûteuse que les précédentes, tout en étant capable d'assurer des vi- tesses de circulation élevées de l'électrolyte dans les cellules de traitement, avec une turbulence importante. Un autre objet de cette invention est de permet- tre d'obtenir dans chaque cellule d'une paire de cellu- les des conditions hydrodynamiques identiques, afin d'assurer le meilleur rendement possible de l'électrodé- position ainsi qu'une excellente qualité du dépôt. Dans une installation pour le'électrodéposition continue et à densité de courant élevée de métaux sur d'autres corps métalliques en mouvement, en particulier des feuillards d'acier, constituée par au moins une uni- té de traitement pourvue d'une chambre supérieure et d'une chambre inférieure contenant toutes deux de l'é- lectrolyte et raccordées l'une & l'autre par deux cellu- les verticales d'électrodépositioninstallation dans la- quelle le feuillard A revêtir passe en parcours descen- dant de ladite chambre supérieure, a travers la première desdites cellules, à la chambre inférieure dans laquelle il est dévié et retourne en parcours ascendant, à tra- vers la deuxième desdites cellules, dans la chambre su- périeure, tandis que l'électrolyte est forcé de passer dans une cellule avec un sens de mouvement opposé à ce- lui selon lequel il passe dans l'autre cellule, on in- troduit un perfectionnement capable de simplifier l'in- stallation et d'uniformiser les conditions hydrodynami- ques dans les cellules. Suivant la présente invention, ce perfectionne- ment est caractérisé par le fait que l'on utilise pour chacune des unités de traitement un seul dispositif de pompage placé à une extrémité d'une seule des deux cel- lules verticales, la chambre vers laquelle le refoule- ment dudit dispositif de pompage est dirigé étant com- plètemert remplie d'électrolyte et en communication di- recte et continue avec l'extérieur uniquement a travers l'autre chambre, par l'intermédiaire desdites cellules verticales d'électrodéposition. Ce dispositif de pompage est installé de préfé- rence à l'extrémité inférieure de la cellule qui est traversée de bas en haut par le corps métallique à revê- tir, avec le refoulement dirigé dans la chambre infé- rieure; le dispositif de pompage est avantageusement constitué par un éjecteur, c'est-à-dire un dispositif dans lequel la grande énergie cinétique d'une quantité de fluide primaire est utilisée pour entraîner une plus grande quantité de fluide secondaire, et dont le fluide primaire entraîneur est constitué par de l'électrolyte prélévé de ladite chambre inférieure, tandis que le fluide secondaire entraîné est constitué par de l'élec- trolyte repris de la chambre supérieure A travers la cellule verticale sur laquelle est monté l'éjecteur0 Comme la chambre inférieure est remplie d'élec- trolyte et fermée, A l'exception de la communication avec la chambre supérieure à travers les cellules verti- cales, l'électrolyte pompé par l'éjecteur de la chambre supérieure dans la chambre inférieure a travers une cel- lule ne peut que remonter dans la chambre supérieure à travers l'autre cellule. Du fait de l'incompressibilité des liquides, il suffit de construire les deux cellules en prévoyant des surfaces transversales internes égales pour faire en sorte que les débits et les vitesses d'écoulement de l'électrolyte dans les deux cellules soient toujours parfaitement équivalents. On va à présent décrire l'invention de manière plus détaillée en se référant à une de ses réalisations représentée A simple titre d'exemple nullement limitatif à la planche de dessin annexee o on montre la coupe en élAvation d'une unité de traitement a cellules vertica- les conforme.a l'invention. Suivant cette forme d'exécution, l'unité de trai- tement est constituée par un récipient subdivise en une chambre supérieure 1 et une chambre inférieure 2 sépa- rées l'une de l'autre par une paroi 3. La chambre 1 est ouverte vers le haut et comporte les rouleaux 4 et 5 destines a guider le feuillard 6, respectivement a i en- trée et à la sortie de l'unité de traitement. Elle com- porte en outre les orifices 7 et 8, munis de soupapes, nécessaires pout la vidange de la chambre 1 et pour per- mettre, au moyen de dispositifs non représentés, de ré- tablir le pH et la concentration des divers ions pour l'électrodéposition; les moyens permettant de réaliser ces opérations susdites sont connus et ne sont donc pas décrits. La chambre inférieure 2 est hermétiquement étanche par rapport au milieu extérieur et ne communique avec la chambre 1 qu'à travers les cellules électrolyti- ques 9 et 10, elle est munie aussi d'un conduit infA- rieur Il pourvu de la soupape 14 pour l'Avacuation du fluide qui y est contenu et de moyensg indiques globale- ment par 12 et 13, piac's a la partie supérieure de la chambre 2, permettant de réaliser l'évacuation continue de gaz qui pourraient s'accumuler dans ladite chambre. La paroi 3 qui sépare la chambre 1 de la chambre 2 est conformée de manière à constituer du côté de la chambre 2 une zone plus iélevée o peut migrer la gaz pouvant éventuellement s'accumuler dans la chambre 2. Cette paroi 3 porte les cellules électrolytiques 9 et 10 dont celle traversée de bas en haut par le feuillard est munie a son extrémité inférieure de moyens capables de soutirer de l'électrolyte de la chambre supérieure i à destination de la chambre inférieure 2 en le faisant passer par la cellule 10. Ces moyens consistent de pré- férence en un groupe éjecteur 15 dont le fluide primaire entraîneur est constitué par de l'électrolyte pompé A l'aide de la pompe 16 du conduit il qui communique avec la chambre inférieure 2, tandis que le fluide secondaire entraîné est constitué par l'électrolyte contenu à l'in- térieur de la cellule 10 et qui y est continûment ren- voyé en provenance de la chambre supérieure 1. Lors du fonctionnement, la pompe 16 prélève de la chambre 2 un certain débit d'électrolyte et l'y renvoie à travers l'éjecteur 15 de telle manière que dans la chambre 2 le bilan de la circulation de ce fluide est nul. Toutefois, l'électrolyte pompé dans l'éjecteur en tant que fluide primaire en rappelle nécessairement de l'autre en provenance de la chambre supérieure 1 à tra- vers la cellule 10. De cette manière on obtient dans la chambre inférieure 2 un bilan positif d'entrée d'élec- trolyte. Toutefois, en raison de la structure de la cham- bre inférieure, l'électrolyte soutiré de la chambre su- périeure ne peut pas s'y accumuler mais ne peut que re- monter de la chambre inférieure dans la chambre supé- rieure a travers la cellule électrolytique 9, a un débit qui est certainement identique A celui existant dans la cellule 10, à condition que ces deux cellules aient des dimensions internes identiques, ce qui est aisé A obte- nir. De cette manière, les objectifs de la presente invention sont atteints complètement et de façon satis- faisante. De fait, l'installation est plus économique et plus fiable parce qu'elle n'utilise qu'un seul élément de pompage pour chaque paire de cellules. L'emploi d'è- jecteurs assure obligatoirement une vitesse de passage de l'électrolyte élevée et un débit a turbulence relati- vement grande. L'artifice de la pressurisation de la chambre inférieure 2, indéformable et constamment rem- plie de liquide, au moyen d'électrolyte rappelé à tra- vers une des deux cellules assure que le même débit identique de l'électrolyte remonte vers la chambre supâ- rieure a travers l'autre des deux cellules, ce qui assu- re l'équivalence des conditions hydrodynamiques dans les deux celluleso Par souci de simplicité et de concision, la pre- sente description a omis des aspects particuliers et des détails tels que, par exemple, la structure des cellules électrolytiques et des électrodes, les circuits de cou- rant et les circuits externes pour le réglage du pH et des concentrations de l'électrolyte, qui ne concernent pas immediatement la présente invention et qui sont suf- fisamment connus pour ne pas imposer une discussion par- ticulière. En tout 'tat de cause, il est important de noter que les cellules verticales suivant la présente inven- tion procurent encore d'autres avantages que ceux qui ont dAjA AtA mentionnAs, en particulier en ce qui con- cerne la grande versatilitA que présentent les cellules verticales de ce type. De fait, comme la partie supé- rieure des cellules est complètement libre, il est pos- sible d'introduire par le haut des anodes insolubles ou solubles, de modifier facilement leur largeur, d'insérer et manoeuvrer des masques pour protéger les bords des feuillards et, par consAquent de travailler suivant une large gamme de procédés d'électrodéposition sur les deux faces du feuillard ou sur une seule face, sans que la structure des cellules ne doive être modifiée et au prix d'une faible perte de temps. 25772 43 REVENDICATIONS 1. Installation pour l'électrodéposition continue et à densité de courant élevée de métaux sur d'autres corps métalliques en mouvement, en particulier des feuillards d'acier, constituée par au moins une unité de traitement pourvue d'une chambre supérieure et d'une chambre inférieure contenant toutes deux de l'électroly- te et raccordées l'une à l'autre par deux cellules ver- ticales d'électrodéposition, installation dans laquelle le feuillard a revêtir passe en parcours descendant de ladite chambre supérieure, a travers la première desdi- tes cellules, dans la chambre inférieure dans laquelle il est dévie et retourne en parcours ascendant, à tra- vers la deuxième desdites cellules, dans la chambre su- périeure, tandis que l'électrolyte est forcé de passer dans une cellule avec un sens de mouvement opposé à ce- lui selon lequel il passe dans l'autre cellule, caracté- risée par le fait que l'on utilise pour chacune des uni- tés de traitement un seul dispositif de pompage placé a une extrAmité d'une seule des deux cellules, la chambre vers laquelle le refoulement dudit dispositif de pompage est dirigé étant complètement remplie d'électrolyte qui n'est en communication continue avec 1' extérieur de la- dite chambre qu'à travers l'autre chambre, par l'inter- médiaire desdites cellules verticales d'électrodéposi- tion. 2. Installation pour l'électrodéposition de mé- taux suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que ledit dispositif de pompage est installe A l'extr1- mité inférieure de la cellule qui est traverséede bas en haut par le corps métallique A revêtir, avec le refoule- ment dirigé dans la chambre inférieure. 3. Installation pour l'électrodéposition de mé- taux suivant la revendication 2 caractérisée par la fait que ledit dispositif de pompage est constitué par un éjecteur dont le fluide primaire entraîneur est consti- tué par de l'électrolyte prélevé de ladite chambre infé- i0 rieure, tandis que le fluide secondaire entraîné est constitué par de l'électrolyte repris de la chambre su- périeure à travers ladite cellule.