Brevet FR2578859A1 — publié le 19860919

Appareillage et installation de réalisation d'un dép8t métallique électrolytique d'épaisseur constante Les revêtements électrolytiques sont effec- tués sur des pièces conductrices au moins en surface, placées dans des bains de composition précise et re- liées au pôle négatif d'-une source de courant continu. Le pôle positif de la source est lui-même relié à des pièces conductrices dites anodes, plongées dans le bain. Pour que l'opération de dépôt s'effectue correctement et conduise à un revêtement de bonne qua- lité, c'est-à-dire notamment d'épaisseur constante et présentant une bonne adhérence, il est indispensable d'effectuer une préparation de la surface de la pièce. Cette préparation de surface doit décaper la pièce et éliminer toute couche étrangère qui se trouve normale- ment à la surface du métal de base: graisse, oxyde, calamine, etc. Dans le cas de métaux courants tels que le fer, le cuivre ou leurs alliages, les procédés cou- rants donnent des résultats satisfaisants. Mais ces procédés ne sont plus applicables lorsque le matériau à revêtir est un métal facilement oxydable ou corroda- ble car des couches d'oxydes ou de produits résultant du décapage subsistent en surface après le lavage fi- nal. C'est en particulier le cas de l'uranium allié ou non allié. Pour des métaux de ce type, il est nécessai- re d'utiliser un procédé de préparation de surface de pièces tel que celui qui est décrit dans le FR-A- 1 564 575. Toutefois, pour obtenir un dépôt métallique électrolytique d'épaisseur constante, d'autres condi- tions doivent encore être réunies. Il est nécessaire que les pièces à revêtir soient transférées rapidement d'un bain dans un autre afin d'éviter leur oxydation au contact de l'air pen- dant la durée du transfert. Il est nécessaire également que l'orienta- tion des pièces par rapport aux lignes de courant dans Le bain éLectrolytique ne conduise pas au dépôt d'une surépaisseur à certains endroits de la pièce. Pour cela, il est nécessaire que l'orientation de la pièce ne privilégie aucune partie de sa périphérie. Ceci pourrait être obtenu en faisant tourner la pièce sur elle-même, mais cela nécessiterait une installation complexe. Enfin, il est nécessaire d'éviter les sur- épaisseurs qui pourraient se produire sur la pièce au niveau de la surface du bain d'électrolyte. De plus, il est souhaitable que plusieurs pièces puissent être traitées simultanément afin de réduire la durée de traitement pour chaque pièce. L'invention a pour objet un appareillage pour réaliser un dépôt métallique d'épaisseur constan- te sur les pièces métalliques allongées de révolution qui permet d'atteindre ces buts. Cet appareillage com- prend un plateau monté tournant et comportant une plu- ralité de tiges réglables en hauteur réparties sur un cercle, chaque tige comportant un alésage apte à rece- voir un embout fileté d'une pièce à traiter, un cache monté autour de chaque tige et coulissant sur cette tige entre une position haute et une position basse, des moyens pour connecter chaque tige à la borne néga- tive d'une source de courant continu. De préférence, les moyens pour connecter chaque tige à la borne positive, d'une source de cou- rant continu sont constitués par des fils électriques qui relient chaque écrou à ladite borne négative, les surfaces extérieures de la tige et des fils étant iso- lées électriquement. De préférence encore, l'appareillage com- porte des moyens pour commander simultanément le dé- placement de chacun des caches, ces moyens étant cons- titués par une platine qui engage lesdits caches et par une tige de commande fixée à ladite platine. L'invention concerne par ailleurs une ins- tallation pour la réalisation d'un dépôt métallique d'épaisseur constante sur des pièces métalliques al- longées de révolution. Cette installation comporte: - unbainde décapage anodique au tampon; - un bain de rinçage; - un bain d'attaque électrochimique anodique par des sels métalliques; - un bain de rinçage; un bac contenant une quantité d'un électrolyte, une anode de forme essentiellement circulaire étant im- mergée dans ledit électrolyte et reliée à la borne positive d'une source de courant continu; - des moyens pour amener un appareillage successive- ment au-dessus de chaque bain et au-dessus du bac d'électrolyte, et des moyens pour monter et baisser ledit appareillage par rapport à chacun de ces bacs et au bac d'électrolyte. De préférence, l'anode est constituée par une couronne et par une plaque plane située au centre de la couronne et reliée électriquement à celle-ci, la hauteur de ladite couronne étant proportionnelle à la longueur de la pièce à traiter. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion qui suit d'un exemple de réalisation donné à ti- tre illustratif, en référence aux figures annexées, sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en coupe d'un appareillage pour la réalisation d'un dépôt métallique électroly- tique conforme à l'invention; - ta' figure 2 est une vue à plus grande écheLLe d'un bac pour Le dépôt éLtectrotytique qui fait partie de L'instaLltation de La figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective qui iltustre le trajet des Lignes de courant dans Le bac pour Le dépôt éLectrolytique de La figure 2; - La figure 4 est une vue schématique d'un dispositif d'irradiation comportant un obturateur revêtu d'un dépôt éLectrolytique dans une installation conforme à L'invention; - La figure 5 est une vue à écheLLe agrandie de L'ob- turateur du dispositif d'irradiation représenté sur la figure 4; - La figure 6 est une vue schématique qui illustre un second exemple d'application d'une pièce de révolu- tion allongée revêtue d'un dép8t métaLLique éLectro- lytique d'une installation conforme à L'invention. L'instaLLation représentée sur La figure 1 comporte une colonne 2 qui supporte un bras 4 monté en porte-à-faux à L'extrémité de La coLonne 2. La coLonne 2 est mobile en rotation autour de son axe vertical. ELLe est commandée en rotation par un dispositif 6 représenté schématiquement, par exemple un moteur en- trainant une roue dentée qui entraîne une couronne so- Lidaire de La cotonne 2. Le bras 4 peut être soulevé et abaissé au moyen d'un dispositif de monte et baisse tel qu'un vérin 8. Sur la figure 1, Le bras a été représenté en position haute. Le bras 4 supporte un appareiLLage, repré- senté schématiquement et désigné par la référence gé- néraLe 10, qui sera décrit plus en détaiL uLtérieure- ment. Cet appareiLLage est monté tournant par rapport au bras 4. IL est entraîné en rotation par un moteur 12 relié à L'appareillage 10 par un dispositif de transmission tel qu'une chaîne ou une courroie 14. L'appareiLLage 10 supporte une pluralité de pièces 16 qui doivent être revêtues d'un dépôt métallique élec- trolytique. Ces pièces sont allongées et présentent une forme de révolution. Grâce au dispositif de monte-et-baisse 8, les pièces 16 peuvent être plongées dans des bains successifs 18, 20, 22, 24 et 26. Une rotation du bras 4 permet de passer d'un bain à l'autre lorsque ce bras est relevé. Le bain 18 est un bain de décapage anodique au tampon. Il est constitué par de l'acide sulfurique H2S04 de concentration 2N. La tension anodique à vide, c'est-à-dire lorsque les pièces 16 ne sont pas immer- gées, est de 4 volts. Le bain 18 est suivi d'un bain de rinçage 20 puis d'un bain 22 d'attaque électrochimique anodique par des sels métalliques. Ce dernier bain est consti- tué, de manière connue, par exemple du FR-A-1 564 575, de Li2SO4H20 à une concentration de 255 g par litre et de H2S04 à une concentration de 65 ml par litre. Le pH est compris entre 0,5 et 1. La température du bain est égale à la température ambiante. La densité de courant anodique J est égale à 4 Ampères par décimètre carré. Ce bain d'attaque électrochimique est suivi d'un bain de rinçage 22, puis d'un bain de nickelage 24. Ce bain contient 140 g par litre de sulfate de nickel 7H20 et 160 g par litre de sulfate de- sodium H20, 19 g/l de KCl, 37 g/l de H3B04, 0,5 g/L de Du- ponol. Le pH est ajusté à 4,25 par H2S04. La tempéra- ture est de 45 C et la densité de courant J est de 3 A/dm. On a représenté sur la figure 2 une vue de détail qui représente en section le bac 27 contenant Le bain de nickelage 26 dont La composition a été don- née précédemment. Une anode composée de deux parties 28 et 30 est immergée dans Le bain. La première partie d'anode 28 présente La forme d'une couronne de section rectangulaire tandis que La deuxième partie d'anode 30 est une plaque verticale disposée au centre de la cou- ronne 28. Les anodes 28 et 30 sont reliées électrique- ment l'une à l'autre par des pieds solidaires d'une croix 32 comportant quatre branches horizontales si- tuées à 90 l'une de l'autre. Les quatre pieds de l'anode 28 sont reliés aux sommets des branches de la croix 32 tandis que le pied 31 de L'anode 30 est fixé au centre de cette croix. Les pieds 31 sont isolés électriquement du bain 26. Les anodes 28 et 30 sont reliées électriquement à La borne positive 59 d'une source de courant continu par te fil 34. La hauteur des anodes 28 et 30 est fonction de La Longueur des pièces à traiter. C'est pourquoi on ne peut traiter en une.même opération que des pièces de longueur égale. Les anodes 28 et 30 comportent une hauteur qui est Légèrement inférieure à la longueur de La pièce à traiter. Deux couronnes 28 superposées rem- plissent La même fonction qu'une anode ayant une hau- teur égale à La somme des hauteurs de chacune de ces anodes. L'appareillage désigné par La référence 10, qui permet de plonger et de sortir les pièces 16 des différents bains (une seule pièce a été représentée sur La figure 2), comporte un plateau 36. Ce plateau est monté tournant autour d'un axe A. Il comporte huit trous 35 de section carrée répartis à 450 sur un cer- cle concentrique à l'axe A. Des tiges de support 38, comportant une ex- trémité supérieure de section carrée, sont engagées dans les trous 35. Cette disposition permet de les immobiliser en rotation (secondaire). - Les tiges 38 sont filetées intérieurement à leurs deux extrémités. Ces filetages peuvent être de même diamètre ou de diamètres différents. Une vis 39 est engagée dans l'extrémité su- périeure du filetage de la tige 38. Cette vis traverse un écrou 40 fixé à la face supérieure du plateau 36, concentriquement aux trous 35. En serrant ou en des- serrant la vis 39, on fait varier la hauteur de la tige 38, ce qui permet de régler la hauteur de cette dernière. Un contre-écrou 42 permet d'immobiliser en rotation la vis 39. Un filetage prévu à la partie in- férieure de la tige 38 est destiné à recevoir un em- bout fileté 44 formé sur la pièce 16. Dans l'exemple de réalisation représenté, comme on le décrira plus en détail ultérieurement, la pièce 16 est un bouchon ob- turateur destiné à un dispositif d'irradiation. Ce bouchon obturateur est encore appelé "doigt de gant". Le plateau 36 étant en position basse, on peut régler la hauteur de la tige 38 de manière que l'épaulement 46 de la pièce affleure la surface 48 du bain. Le contre-écrou 42 est alors bloqué pour immobiliser la vis 39 dans cette position. On remarque par ailleurs que l'écrou 40 est relié électriquement au moyen d'un fil 50 à la borne négative 53 de la source de courant continu mentionnée précédemment. Ces fils 50 sont re- couverts d'une couche d'isolant 52. Un dégagement 52 est prévu autour de chaque tige 38 sur la face infé- rieure du plateau 36. Un cache 54 comportant des évents 55 est monté coulissant autour de la vis 38. Le cache 54 peut être déplacé entre une position basse, dans laquelle il est représenté sur la-figure 2, et une position haute qu'il occupe lorsque sa partie su- périeure pénètre dans le dégagement 52 concentrique à la tige 38. Dans l'exemple de réalisation décrit, le cache 54 est monté avec un frottement légèrement dur sur le diamètre extérieur de la tige 38 de telle ma- nière qu'il reste dans la position, haute ou basse, dans laquelle on le place, sans autre moyen de fixa- tion. On a représenté sur La figure 2 les moyens particuliers qui permettent de lever ou d'abaisser si- multanément l'ensemble des caches, par exemple huit, de chacune des pièces à revêtir. Chaque cache 54 com- porte une collerette 56 faisant saillie extérieure- ment. Chaque collerette 56 engage une platine de mon- tée et de descente des caches 54. Le mouvement de la platine 58 est commandé au moyen d'une tige de comman- de 60 fixée à ladite platine. Chacun des caches 54 a pour fonction d'évi- ter La formation d'une surépaisseur de dépôt au niveau de l'épaulement 46 sur La pièce 16. Les caches sont en position haute pendant L'étape correspondant à la pré- paration de surface, c'est-à-dire lorsque les pièces à traiter sont immergées dans Les bains 18, 20, 22, 24. Pendant L'opération de nickelage, les caches sont pla- cés en position basse, comme représenté sur La figu- re 2. Dans L'exempLe de réalisation représenté, on effectue un dépôt de nickel sur une pièce en ura- nium ou en alliage d'uranium. Toutefois, on pourrait également effectuer un dépôt d'or, d'argent ou de chrome. Dans La majorité des cas, l'épaisseur de dépôt sera comprise entre 50 et 100 microns. Dans l'exemple de réalisation représenté, on dépose une épaisseur de 60 microns avec une précision de 5,mi- crons. On constate donc que cette épaisseur est par- faitement uniforme, ceci d'autant plus que la tempéra- ture du bain est assez basse -de l'ordre de 60 C- et par conséquent, ne déforme pas Les pièces à revêtir. On a représenté sur la figure 3 une vue schématique en perspective qui illustre la répartition des lignes de courant entre les anodes 28 et 30 immer- gées dans le bain électrolytique 26 et huit pièces 16 réparties à 45 . L'anode 30 présente une section rec- tangulaire. Les petits côtés 30a du rectangle présen- tent une dimension nettement inférieure aux grands côtés 30b du rectangle. On remarque une concentration des lignes de courant 61, schématisées en traits poin- tillés, entre l'électrode 30 et les parties 16a des pièces 16, au voisinage de ces petits côtés 30a. En revanche, les lignes de courant 59 sont plus espacées en regard des grands côtés 30b du rectangle et des parties 16b. C'est pourquoi le plateau 36 est animé d'un mouvement de rotation uniforme de manière à ce que chacune des pièces 16 soit située alternativement et pendant des espaces de temps égaux en regard des petits côtés 30a et des grands côtés 30b du rectangle, de manière à obtenir une répartition uniforme du dépôt selon une circonférence de ces pièces. Ce résultat est ainsi obtenu de manière simple sans qu'il soit néces- saire de faire tourner chacune des pièces autour de son axe de révolution. Une rotation globale du plateau 36 suffit pour assurer une répartition uniforme du dé- pôt de nickel sur un ensemble de huit pièces. D'autre part, la solution qui consisterait à mettre en rota- tion chacune des pièces à revêtir au moyen d'un moteur particulier poserait un problème d'amenée du courant parce qu'un contact mobile serait nécessaire. Grâce à l'invention, un seul contact mobile est suffisant. On a représenté sur la figure 4 une vue très schématique d'un dispositif 66 d'irradiation par exem- pIe au moyen d'une source 72 de rayons X. La source 72 est montée dans une cavité d'un barillet tournant 71 qui permet de faire passer la source d'une première position représentée sur la figure 4 dans laquelle la source est en position de stockage à une deuxième po- sition 72a à partir de laquelle elle peut être amenée dans une position de travail 72b, par exemple au moyen d'une canne de transfert 74. Afin d'éviter tout danger d'irradiation accidentelle, un bouchon 16 peut être amené par des moyens connus 80 dans l'orifice 76 du blindage 78. Le bouchon obturateur 16 est réalisé en uranium appauvri car ce métal présente une masse très élevée et possède par conséquent un pouvoir d'absorp- tion des radiations élevé. Cependant, comme l'uranium appauvri est fragile, il doit être revêtu extérieure- ment d'une couche d'un métal protecteur résistant au frottement, par exemple le nikel. L'installation réa- lisée conformément à l'invention qui a été décrite en référence aux figures 1 à 3 permet de réaliser un dé- p8t de nicket parfaitement homogène sur le bouchon -obturateur 16. Comme on peut le remarquer sur la figu- re 5, l'embout fileté 44 du bouchon 16 permet sa mani- pulation au moyen d'une canne de transfert 84 faisant partie du dispositif 80. On a représenté sur la figure 6 une deuxième application d'une pièce de révolution 90 devant être revêtue d'un métal protecteur. Cette pièce 90 est un positionneur conique qui peut être positionné avec une grande précision par rapport à un bâti 92. Leposition - neur 90 supporte un miroir 94 incliné à 45'. Une sour- ce radioactive 96 est montée sur un support 98 dont la position par rapport au bâti 92 doit être réglée. L'ensemble comporte encore un collimateur 100 et une cible 102 située derrière le collimateur. On peut ré- gler la position de la source 96 de telle manière qu'elle soit située exactement dans l'axe du collima- teur 100. Pour cela, on effectue le réglage de posi- tion en se servant du miroir 94 et en observant la position de la source à travers un réticule 104. Lors- que la position correcte est obtenue, on vient cher- cher le positionneur au moyen d'une fourchette 106 re- présentée en traits mixtes qui permet de l'escamoter, de sorte que la source 96 entre en action. REVENDICATIONS 1. Appareillage pour réaliser un dépôt mé- taltique d'épaisseur constante sur des pièces (16) mé- taLLiques allongées de révolution, caractérisé en ce qu'il comprend un plateau (36) monté tournant et com- portant une pluralité de tiges (38) réglables en hau- teur réparties sur un cercle, chaque tige comportant un alésage apte à recevoir un embout fileté d'une piè- ce (16) à traiter, un cache (54) monté autour de cha- que tige (38) et coulissant sur cette tige 38 entre une position haute et une position basse, des moyens pour connecter chaque tige (38) à la borne négative (53) d'une source de courant continu. Z. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour connecter chaque tige (38) à la borne positive (59) d'une source de courant continu sont constitués par des fils électri- ques (50) qui relient chaque écrou (40) à ladite borne négative (53), les surfaces extérieures de la tige (38) et des fils (50) étant isolées électriquement. 3. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il compor- te des moyens pour commander simultanément le déplace- ment de chacun des caches (54), ces moyens étant cons- titués par une platine (58) qui engage lesdits caches (54) et par une tige de commande (60) fixée à ladite platine. 4. Installation pour la réalisation d'un dép8t métallique d'épaisseur constante sur des pièces métalliques allongées de révolution, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un bain (18) de décapage anodique au tampon; B 8384.3 MP/LW 13 2578859 13 >U5 - un bain de rinçage (20); - un bain (22) d'attaque électrochimique anodique par des sels métaltiques; - un bain de rinçage (24); - un bac (27) contenant une quantité d'un électrolyte, une anode (28, 30) de forme essentiellement circu- Laire étant immergée dans Ledit électrolyte et re- liée à La borne positive (55) d'une source de cou- rant continu; - des moyens (2, 4, 12) pour amener un appareillage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 successivement au-dessus de chaque bain (18, 20, 22, 24) et au-dessus du bac d'électrolyte (27), et des moyens (8) pour monter et baisser ledit appareillage (10) par rapport à chacun de ces bacs (18, 20, 22, 24) et au bac d'électrolyte (27). 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'anode est constituée par une couronne (28) et par une plaque plane (30) située au centre de la couronne (38) et reliée électriquement à celle-ci, la hauteur de ladite couronne (28) étant proportionnelle à la longueur de la pièce à traiter. 6. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à3 ou installation selon l'une quel- conque des revendications 4 et 5, caractérisé(e) en ce que la pièce à traiter (16) est en alliage d'uranium ou en uranium non allié. 7. Appareillage ou installation selon la re- vendication 6, caractérisé(e) en ce que le métal dépo- sé sur la pièce à traiter est le nickel. B 8384.3 MP/LW