Brevet FR2603309A1 — publié le 19880304

La présente invention concerne un système de nettoyage et de soudage d'une barre en alliage d'aluminium, dans lequel des pastilles de tantale sont soudées à une barre de support en vue de leur traitement comme condensateurs électrolytiques solides ou humides. La présente invention a plus particulièrement trait à un procédé de nettoyage de barres de support en alliage d'aluminiummagnésium par des moyens mécaniques-de manière à faciliter le soudage des fils conducteurs en tantale des pastilles de tantale à la barre. Des étapes ultérieures de formation de condensateurs sont également facilitées par le procédé de nettoyage et de soudage de la présente invention. Les pastilles en tantale fritté jouissent d'un usage répandu comme anodes dans des condensateurs électrolytiques solides et humides. Une barre de support de pastilles de tantale est normalement utilisée dans la quasi-totalité des procédés impliqués dans la production des deux types de condensateurs. Le système constitué des pastilles de tantale et de la barre de support est normalement réalisé par soudage du fil conducteur en tantale de chaque pastille perpendiculairement à une barre de manière que toutes ces pastilles pendent à la barre. Normalement, la barre est en acier inoxydable ou en tantale ou en un alliage d'aluminium et de magnésium. Un exemple de procédé dans lequel des barres en alliage d'aluminium et de magnésium sont utilisées est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 843 492. La barre métallique qui y est utilisée est formée en un alliage composé d'environ 1 à 6 % de magnésium, d'éléments à l'état de traces, et le reste consiste en aluminium. I1 existe de multiples pastilles en tantale fritté dont chacune comporte un fil conducteur anodique en tantale. Chaque fil, comme décrit, est fixé à la barre dans une position essentiellement perpendiculaire à l'axe principal de cette dernière, ou est soudé par aboutement au bord inférieur de la barre. Dans la pratique, la liaison de soudage entre le fil conducteur en tantale et la barre en alliage d'aluminium et de magnésium, selon une configuration soit par soudage avec recouvrement, soit par soudage par aboutement, est extrêmement difficile à accomplir en utilisant les techniques classiques de soudage en courant alternatif. En fait, la liaison entre le fil de tantale et la barre en alliage d'aluminium et de magnésium ne peut pas être considérée à proprement parler comme une soudure, du fait qu'un alliage des pièces n'a pas lieu. Au contraire, lorsqu'on utilise des techniques classiques de soudage en courant alternatif, la barre en alliage d'aluminium et de magnésium est ramollie pendant la décharge de soudage, et le fil en tantale est physiquement nové dans la barre, sans qu'aucun alliage n'ait lieu. Le mécanisme par lequel la connexion entre la barre et le fil de tantale a lieu implique donc une fusion localisée de l'alliage aluminium-magnésium. Pour que cette fusion ait lieu aisément, il est nécessaire qu'un bon contact soit maintenu entre la barre en alliage d'aluminium-magnésium, le fil conducteur de tantale et les deux électrodes de soudage. Il est bien connu que les alliages d'aluminium et de magnésium sont thermodynami- quement instables vis-à-vis de l'oxygène à la température et à la pression normales, et acquièrent ainsi leurs films protecteurs caractéristiques d'oxydation à l'air. Aux hautes températures ( > 4000C) de traitement auxquelles la feuille d'aluminium-magnésium constituant la matière première ou les barres elles-mêmes peuvent être fabriquées, il est en outre établi qu'il peut se former des films de y-alumine résistant aux acides qui sont encore plus épais que l'oxyde naturel formé à l'air. I1 est par conséquent nécessaire de traverser un film appréciable d'oxyde pour réaliser la fusion désirée de la barre. Un second problème auquel on peut être confronté dans la fabrication des barres en aluminium-magnésium ayant la configuration désirée, est le problème de la contamination. I1 a été établi dans la pratique que des concentrations même très faibles des types particuliers d'impuretés, par exemple des ions cuivre ou chlorure ou sulfate, pouvaient affecter dans une mesure importante la possibilité d'anodisation de l'aluminium. Par conséquent, il est nécessaire de prendre des mesures pour minimiser la présence d'impuretés indésirables de surface, dont on sait qu'elles affectent le processus d'anodisation. Le problème mentionné ci-dessus de la contamination de surface par des films d'oxyde indésirables et par des composés métalliques ou ioniques particuliers est à même d'être combattu par des opérations chimiques de nettoyage. Par exemple, il est connu que des solutions aqueuses diluées d'acides minéraux attaquent fortement l'aluminium. Toutefois, dans le cas des acides sulfurique, chlorhydrique ou nitrique aqueux, l'attaque n'est pas uniforme, conduisant à une corrosion du type par piqûresde l'aluminium plutôt qu'à un nettoyage uniforme. En revanche, il est connu dans l'art antérieur que l'acide phosphorique aqueux dilué élimine uniformément de surfaces oxydées l'oxyde d'aluminium amorphe. Cependant, trois problèmes sont inhérents à l'utilisation de solutions aqueuses d'acide phosphorique pour nettoyer des barres en aluminium-magnésium. Premièrement, le procédé est coûteux, étant donné que l'aptitude de la solution à dissoudre l'oxyde d'aluminium est limitée, parce que la vitesse de réaction ralentit notablement à mesure que la quantité d'aluminium en solution augmente. Deuxièmement, le traitement de barres dans l'acide aqueux doit nécessairement impliquer une certaine facon de maintenir les barres séparées, ce qui élève également le coût.Troisiè mement, il est connu dans la pratique que l'acide phosphorique aqueux est efficace pour enlever des films d'oxyde d'aluminium amorphe, tels que l'oxyde naturel formé à l'air, mais qu'il ne dissout pas le film de y-alumine qui est formé dans l'air aux températures élevées. Selon l'une de ses particularités, l'invention propose un procédé mécanique de production d'une surface propre sur des barres de support en alliage d'aluminium et de magnésium, ayant pour résultat une bonne qualité du soudage à des fils de tantale. Selon une autre de ses particularités, l'invention propose un procédé mécanique de production, sur des barres de support en alliage d'aluminium et de magnésium, d'une surface de qualité telle que des opérations ultérieures en solution, telles qu'une anodisation, puissent être effectuées. Une autre particularité de l'invention réside dans un procédé mécanique de production d'une surface propre sur des barres de support en alliage d'aluminium et de magnésium, qui offre une réduction importante du coût de la fabrication de condensateurs en tantale à électrolyte solide ou humide, comparativement à des systèmes dans lesquels des barres sont nettoyées chimi querent. Conformément à la présente invention, une barre de support en alliage d'aluminium-magnésium est nettoyée mécaniquement de manière à faciliter le soudage de plusieurs pastilles de tantale à la barre en attente d'un traitement ultérieur comprenant une anodisation avec des pastilles de tantale. Sur le dessin annexé la figure 1 est une représentation de face d'une barre en alliage d'aluminium et de magnésium des formes de réalisation préférées. La figure 2 est une représentation en coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1, faisant apparaître les trois faces concernées de la barre qui ont été nettoyées. La figure 3 montre un certain nombre de pastilles de tantale soudées à recouvrement à une face de la barre nettoyée mécaniquement, conformément à la première des formes de réalisation préférées. La figure 4 montre un certain nombre de pastilles de tantale soudées par aboutement à un bord de la barre nettoyée mécaniquement, conformément à la seconde forme de réalisation préférée et la figure 5 montre la barre de la figure 3 en cours d'anodisation conformément à une quatrième forme de réalisation préférée. Une barre métallique de l'invention, ayant normalement une épaisseur de 0,51 mm, est réalisée en un alliage composé d'environ 1 à 6 % de magnésium, d'éléments à l'état de traces et l'aluminium constituant le reste. Cette barre est dégraissée de facon classique dans un solvart qui est un hydrocarbure halogéné, comprenant à titre non limitatif le trichloréthane, le trichloréthv- lène, le tétrachlorure de carbone, le chloroforme ou le chlorure de méthylène, par immersion à la température ambiante pendant des périodes de 1 à 10 minutes. Après séchage à l'air, on retire une portion de l'épaisseur de la barre égale à 0,025-0,127 mm. La portion retirée de la barre peut être enlevée d'une face, des deux faces ou du bord inférieur, selon l'endroit où les fils de tantale doivent être attachés. Le mode d'enlèvement de la portion de la surface de la barre implique l'utilisation d'outils de coupe classiques en acier inoxydable conjointement avec l'un des moyens suivants machine classique à fraiser les surfaces ; meule rotative classique ; ou machine classique à dresser. Les outils de coupe, appliqués à la barre de la manière correcte, créent une surface ayant les caractéristiques désirées. Les figures 1, 2 et 3 représentent une première forme de réalisation préférée de l'invention, dans laquelle la barre 10 est une barre en alliage d'aluminium et de magnésium composée d'environ 1 à 6 % de magnésium d'éléments à l'état de traces, le reste étant formé d'aluminium. La barre 10 est dégraissée par immersion pendant 5 minutes dans du trichloréthylène à la température ambiante. La barre 10, après séchage à l'air, est posée à plat sur une machine classique à fraiser le métal, de manière que la face 30 soit tournée vers le haut. La fraiseuse est réglée de manière qu'une épaisseur de 0,102 mm de la face 30 de la barre 10 soit enlevée pendant une simple passe de fraisage à l'aide d'un outil de coupe classique en acier inoxydable, comme représenté en 32 sur la figure 2.En utilisant des techniques classiques de soudage en courant alternatif, un grand nombre de pastilles de tantale 14 présentant des fils 12 de 0,508 mm de diamètre, sont soudées à recouvrement à la barre 10, comme représenté sur la figure 3. Les valeurs relatives de résistance de la liaison entre les fils de tantale 12 et la barre 10 nettoyée selon divers procédés sont indiquées ci-après Nombre moyen de flexions à 900 Procédé de nettoyage de la barre dans le plan de la barre jusqu'à la séparation Néant 9+4 Dégraissage + nettoyage à l'acide 15 + 5 + rinçage Dégraissage + nettoyage à la fraise 17 - 2 Ainsi, la résistance moyenne de liaison entre les fils de tantale 12 et la barre en aluminium-magnésium 10 nettoyée à la fraise est au moins aussi bonne que celle de la barre nettoyée chimiquement qui est plus coûteuse. La figure 4 montre une seconde forme de réali sation préférée dans laquelle la barre 20 est analogue à la barre 10 de la figure 3, excepté un mode différent d'interconnexion des fils conducteurs avec ia barre de support. Les fils conducteurs 22 partant des pastilles 24 dans cette forme de réalisation sont soudés par aboutement au bord inférieur 36 de la barre qui a été fraisé comme sur la figure 2. L'extrémité de chaque fil de tantale 22 est ainsi attachée au bord fraisé 36 de la barre 20. Une troisième forme de réalisation préférée est analogue à la première forme de réalisation, excepté que la face postérieure 34 de la barre 20 en aluminiummagnésium est également nettoyée par frai sage en même temps que la face antérieure 32, en sorte qu'une meilleure connexion électrique peut être réalisée entre la barre et l'électrode postérieure. La figure 5 illustre une quatrième forme de réalisation préférée qui implique le système formé des pastilles de tantale et de la barre en alliage d'aluminium décrit en regard de la figure 3, tel qu'utilisé dans la formation d'un oxyde sur la totalité des surfaces exposées des pastilles de tantale 14, des fils de tantale 12 et d'une portion de la barre 10 en alliage d'aluminium. On suspend l'ensemble en mettant en appui les saillies de la barre sur le bord d'un récipient 16 contenant un électrolyte liquide 15. On ajuste le niveau d'électrolyte de manière que les pastilles 14 soient complètement immergées et,en fait, le niveau peut être assez haut pour qu'une portion des sufaces fraisées 32, 34 et 36 de la barre 10 en alliage d'aluminium et de magnésium puisse être immergée. On a observé que les meilleurs électrolytes, à cette fin, étaient composés d'eau, ou d'eau et d'éthylèneglycol, et du sel d'ammonium de l'acide carboxylique, de manière que le pH de la solution se situe entre 5 et 7. En particulier, une solution à 1 % de tartrate dans un mélange à 50/50 d'eau et d'éthylèneglycol a été utilisé avec succès. Une source de puissance 18 est connectée entre la barre 10 et le récipient 16, la borne positive étant connectée à la barre 10. La source de puissance 18 est ainsi connectée à une cellule électrolytique dans laquelle les pastilles de tantale 14, les fils de tantale 12 et une portion de la surface fraisée 32 de la barre 10 en aluminium-magnésium se comportent comme l'anode 19 le récipient 16 se comporte comme la cathode 17. La source de puissance 18 est une source de puissance classique à tension constante de sorte que, au moment où la connexion est établie, un courant de haute intensité tend à circuler. A mesure que l'oxyde se développe, la résistance de la cellule croît et l'intensité décrit, et la source de puissance entretient ensuite la tension constante pendant le reste du processus de formation de l'oxyde. Après une durée déterminée sous tension constante, par exemple une heure, un courant de faible intensité circule. Le tableau suivant démontre que l'immersion partielle de la barre en alliage d'aluminium-magnésium nettoyée à la fraise selon la présente invention, dans l'électrolyte de formation comme représenté sur la figure 5, n'exerce aucun effet défavorable sur l'oxyde qui est formé sur les pastilles. Procédé de Barre Courant de fuite nettoyage immergée après 1 heure à 140 V de la barre (m/pastille) Néant Non 4,22 Nettoyage Oui 1,50 à l'acide Nettoyage à la fraise Oui 1,46 REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'une barre en alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il consiste à nettoyer une portion d'au moins une surface de ladite barre (10) en alliage par enlèvement mécanique de la surface de ladite portion, à relier ladite barre (10) à plusieurs pastilles (14) de tantale desquelles partent des fils conducteurs (12) par soudage de ces fils conducteurs (12) à la portion nettoyée mécaniquement de la barre (10), lesdites pastilles (12) étant pendues en ligne à ladite barre (10), et à anodiser les pastilles (12) par leur immersion complète dans un électrolyte (15) d'anodisation sous tension, les fils conducteurs (12) et la barre (10) étant au moins partiellement immergés dans ledit électrolyte (15). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface est située le long d'une face de la barre (10), et le soudage est effectué à la face en question. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le nettoyage comprend l'enlèvement mécanique d'une portion d'une seconde face de la barre (10) opposée à la face en question, et le soudage comprend la mise en contact d'une électrode de soudage avec ladite seconde face. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface est le bord inférieur d'une barre (20), et le soudage est effectué par soudage par aboutement de fils conducteurs (22) audit bord.