Brevet FR2698811A1 — publié le 19940610

ELECTRODE D'USINAGE PAR ELECTROLYSE, PROCEDE DE FABRICATION DE L'ELECTRODE ET PROCEDE D'USINAGE PAR L'ELECTROLYSE DESCRIPTION L'invention se rapporte à une électrode d'usinage par électrolyse (d'électrochimie), à son procédé de fabrication et à un procédé d'usinage dans lequel cette électrode est utilisée. L'usinage chimique par électrolyse, réalisé avec une électrode appuyée sur la pièce à usiner avec l'interposition d'un électrolyte, est bien connu. L'électrode joue le rôle de cathode et l'électrolyse enlève peu à peu la matière de la pièce à usiner devan-t l'électrode. L'exposé sera poursuivi à l'aide des figures suivantes, annexées à titre non limitatif - la figure 1 illustre une pièce ayant subi un usinage chimique, - la figure 2 illustre une électrode d'usinage chimique, - et la figure 3 représente une partie en creux de l'électrode. L'usinage chimique est utile pour la réalisation de creux de forme complexe tels que ceux de la figure 1, qui représente un élément de paroi d'une veine d'écoulement des gaz chauds dans une turbomachine : une face 1 de cet élément mince est creusée de canaux 2 de forme coudée et qui sont séparés par des parois 3 mitoyennes. Les canaux 2 sont destinés au passage de fluide de refroidissement. Un autre élément de paroi est ensuite brasé par diffusion sur la face 1 latérale pour couvrir les canaux 2. Cet autre élément est orienté en direction opposée à La veine et appelé "peau froide" dans le brevet français 2 656 897, et l'élément auquel la face 1 porteuse des canaux 2 appartient est orienté vers la veine et appelé "peau chaude".La forme de la face 1 est réalisée à l'aide d'une électrode 4 représentée sur la figure 2 et qui présente au moins une face d'attaque 5 de forme complémentaire, c'est-àdire avec des saillies 6 à la forme des canaux 2 et qui sont séparées par des sillons 7 aux endroits exempts d'usinage et qui doivent former les parois 3. Le problème rencontré avec de telles électrodes consiste en ce que ses faces latérales (8 sur la figure 3), c'est-à-dire celles qui bordent les saillies 6, exercent également l'électrolyse sur les surfaces qui s'étendent devant elles : quand les creux se forment, elles s'enfoncent dans la pièce et élargissent progressivement les creux formés ; on ne peut donc pas maîtriser avec une précision satisfaisante leur forme et leur superficie, et de plus les surfaces qui délimitent les creux sont en dépouille car les parties les moins profondes des creux sont soumises plus longtemps à l'électrolyse. Dans le cas présent, les parois mitoyennes 3 forment donc des crêtes effilées à leurs sommets.Le résultat est évidemment très mauvais quand ces parois mitoyennes 3 formées sur la pièce doivent être jointes à une autre pièce ou imbriquées dans des motifs complémentaires de cette autre pièce, comme dans le brevet cité, car des défauts d'ajustement ou d'étanchéité ne peuvent guère être évités. Un procédé connu pour éviter l'effet d'élargissement des creux consiste à recouvrir les faces latérales de l'électrode d'une couche isolante telle que du vernis, mais des inconvénients existent encore. Il est tout d'abord difficile de réaliser l'enduction dans des sillons 7 étroits. L'isolant est ensuite réalisé en une couche assez épaisse qui est fragile au demeurant car l'électrolyte l'écaille assez vite. Certains préconisent d'établir des anfractuosités dans les faces enduites pour que la couche soit protégée de l'écoulement de l'électrolyte par des arêtes de l'électrode, mais les inconvénients précités ne disparaissent pas entièrement et les anfractuosités peuvent être difficiles et coûteuses à réaliser. Les dépôts de couches de polymères pour le même effet ne donnent pas non plus entière satisfaction pour des raisons analogues. Il est très important que le dépôt soit continu et étanche. En effet, une porosité de celui-ci se traduit par une conduction locale de courant électrique et donc une attaque sur la pièce en regard. Il convient également de noter que le procédé d'usinage par étincelage, c'est-à-dire avec une électrode à sec, serait dépourvu de ces difficultés quant à la fragilité et à la porosité d'un revêtement latéral, grâce à l'absence d'électrolyte, mais il n'est plus envisagé pour ce genre d'applications car les surfaces obtenues sont rugueuses et subissent des altérations de composition métallurgique qui favorisent les fissurations par fatigue sur ces pièces minces et fortement sollicitées. Actuellement, la demanderesse utilise l'usinage électrochimique en se résignant à ne pas couvrir les faces latérales de l'électrode et à accepter les inconvénients mentionnés. L'invention consiste en la proposition d'une nouvelle composition de revêtement des faces latérales de l'électrode, à savoir en une couche mince de carbone amorphe qui peut être de quelques microns d'épaisseur. Dans un cas particulier, l'inventeur découvrit que la couche avait tendance à s'écailleur aux épaisseurs supérieures à 15 microns mais résistait très bien si elle était plus mince. Le carbone amorphe ne compte pas parmi les meilleurs isolants électriques, mais il possède une bonne stabilité chimique et n'est pas corrodé facilement par des électrolytes souvent très acides ; il n'est pas mouillé facilement ; et la couche qu'il constitue est exempte de pores qui constitueraient des défauts d'isolation. Ces qualités et la minceur des couches isolantes obtenues rendent le carbone amorphe précieux en usinage par électrolyse. D'autres avantages du carbpne sont le faible coefficient de frottement, la dureté, la résistance à l'usure et une bonne adhérence sur la plupart des substrats. La couche mince de carbone résiste bien aux chocs, ce qui rend les électrodes moins fragiles et donc plus faciles à manipuler. Le procédé de fabrication envisagé, couramment désigné par les initiales CVD, est le dépôt chimique en phase de vapeur. L'électrode 4 est placée dans une enceinte à vide et le matériau de revêtement, obtenu par la vaporisation d'une masselotte de graphite par la chaleur d'un rayonnement ou d'un arc, est projeté vers l'électrode 4 en présence de plasma soumis à des radiofréquences. Ces techniques bien connues ne seront pas évoquées davantage ici, d'autant plus que bien des modalités d'exécution conviennent. Il est cependant préférable que le matériau soit vaporisé lentement et déposé à une température de condensation peu élevée, de l'ordre de 1500C environ, car sinon les risques de dépôt cristallisé sous forme de graphite conducteur de l'électricité seraient accrus.Cependant, de petites inclusions de graphite produites à la décomposition de la masselotte et qu'il est difficile d'éviter totalement de produire n'ont apparemment pas d'influence grave sur les caractéristiques générales d'isolation du revêtement des cathodes. Il est préférable que le carbone amorphe ne soit pas déposé directement sur certains matériaux tels que du cuivre. C'est pourquoi on préfère disposer dans ce cas une sous-couche d'accrochage (9 sur la figure 3) sur le cuivre, et le carbone est déposé en une couche 10 sur la sous-couche 9 qui peut être en nickel ou en chrome et déposée par galvanoplastie. Les surfaces actives de l'électrode 4 peuvent être protégées du dépôt par un masque, ou bien on les laisse se recouvrir et on les blanchit ensuite par un polissage ou un usinage analogue pour water le dépôt. L'emploi de l'invention devrait donc accroitre l'intérêt de l'usinage par électrochimie, surtout pour obtenir des motifs en relief fins et de forme compliquée. REVENDICATIONS 1. Electrode (4) d'usinage électrochimique possédant au moins une face d'extrémité (6) appuyée sur une pièce à usiner et au moins une face latérale (8), caractérisée en ce que la face latérale porte un revêtement (10) de carbone amorphe. 2 Electr-ode d'usinage électrochimique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode est en cuivre et la face latérale recouverte d'une sous-couche (9) de nickel ou de chrome sous le revêtement de carbone amorphe. 3. Procédé de fabrication d'électrodes selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement de carbone est réalisé par un dépôt chimique de carbone amorphe en phase de vapeur. 4. Procédé d'usinage électrochimique d'une pièce, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une électrode selon la revendication 1 ou 2 en présence d'électrolyte.