Brevet FR2935147A1 — publié le 20100226

La présente invention se rapporte à un dispositif et à un procédé pour l'application d'un revêtement sur une pièce par électro déposition. Les procédés usuels de dépôt d'un revêtement métallique sur une pièce consistent à tremper ladite pièce dans une cuve contenant un bain électrolytique et des panneaux d'électrodes. Ces procédés, également appelés procédés d'électro déposition in situ, présentent des inconvénients en terme de durée et de qualité. En raison des effets de coin liés au champ électrique, le dépôt apparaît de façon plus importante aux extrémités de la pièce. Pour obtenir un revêtement homogène, il est donc nécessaire de réaliser plusieurs dépôts successifs interrompus par des phases d'usinage afin de gommer progressivement les irrégularités. La pièce est introduite une première fois dans la cuve contenant le bain électrolytique pour subir un premier dépôt, puis elle est retirée de la cuve et montée sur le mandrin d'un tour d'usinage afin d'être usinée. Elle est ensuite introduite une seconde fois dans le bain électrolytique pour un second dépôt, et les phases de dépôt et d'usinage sont ainsi alternées jusqu'à l'obtention d'un revêtement satisfaisant. Les procédés utilisant des bains à courant continu nécessitent généralement 4 à 6 passes, ce qui entraîne une perte de temps notable et des coûts importants. Une solution connue pour améliorer l'homogénéité du dépôt consiste à utiliser un bain à courant alternatif. Cette technique ne nécessite qu'un nombre limité de passes et permet un dépôt plus uniforme, sans dispenser toutefois de la phase d'usinage. De plus, elle entraîne des problèmes liés à la géométrie et au maintien constant de la chimie du bain. Un autre inconvénient majeur des procédés d'électro déposition connus est la nécessité de régénérer régulièrement le bain électrolytique. Dans la phase mère, la concentration des ions nécessaires à l'électrolyse est diminuée suite à la réaction cathodique de dépôt sur la pièce. Une solution communément utilisée pour maintenir constante la concentration de ces ions est appelée � coupure du bain � et consiste à éliminer périodiquement une fraction volumique du bain pour la remplacer par une fraction équivalente de bain neuf concentré. Cette solution reste laborieuse. Une solution permettant la régénération permanente de l'électrolyte sans intervention extérieure est connue du brevet français FR 2 821 627. Le document décrit un procédé d'électro déposition de nickel sur une pièce, comprenant une cuve contenant un matériau conducteur fixé sur l'une de ses faces latérales et formant anode, ainsi que des billes de nickel en quantité suffisante pour maintenir un contact permanent avec ledit matériau. La pièce formant cathode et destinée à être recouverte de nickel est située sous ladite cuve. Régénéré en permanence grâce aux billes de nickel, l'électrolyte vient, par gravité, au contact de la pièce et est récupéré en contrebas afin d'être réintroduit dans la cuve. Ce procédé, dit � hors cuve �, ne réduit toutefois pas la durée des opérations de montage/démontage préalables à chaque phase de dépôt ou d'usinage dans le cas où plusieurs passes sont nécessaires. La présente invention se propose de simplifier le procédé d'électro déposition, et de diminuer son coût, en réduisant les manipulations nécessaires à l'obtention d'un produit homogène et de qualité, ainsi que la durée de chaque passe. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet, en premier lieu, un dispositif d'électro déposition sur une pièce, comprenant une cuve apte à être remplie d'un bain électrolytique, un moyen conducteur formant anode disposé dans la cuve et relié à un générateur de courant, une pièce formant cathode montée sur le mandrin d'un tour d'usinage, et des moyens de guidage et de déplacement de la cuve par rapport au tour d'usinage, entre une première position permettant l'immersion de la pièce en tout ou en partie dans le bain électrolytique et une deuxième position permettant l'usinage de la pièce. Selon une disposition avantageuse, le dispositif comprend au moins un morceau du métal à déposer apte à rester en contact permanent avec le moyen conducteur au cours de l'électro déposition. De préférence, il comprend un ensemble de billes métalliques constituées du métal à déposer, disposées dans la cuve et mises en contact permanent avec le moyen conducteur sous l'effet de la gravité. Par exemple, le métal à déposer est du nickel. Selon une autre disposition avantageuse, la cuve contenant le bain électrolytique comporte un moyen de circulation forcée du bain 30 électrolytique à l'intérieur de la cuve. En particulier, le moyen conducteur peut comporter une partie dont la forme correspond au profil longitudinal extérieur de la pièce et cette partie est placée dans la cuve de façon à être en regard de la pièce dans la première position. De cette façon, la distance entre la surface de la 35 pièce formant cathode et le moyen conducteur formant anode est constante et le dépôt est réalisé de manière plus homogène. Avantageusement, la cuve comporte en outre un moyen de guidage de précision lui permettant d'être déplacée verticalement, de manière à conserver une distance constante entre la pièce formant cathode et ledit moyen conducteur pendant l'électro déposition, permettant d'optimiser encore l'homogénéité du dépôt. En particulier, le dispositif selon l'invention peut être appliqué à une 5 chambre de combustion. En second lieu, la présente invention a pour objet un procédé d'électro déposition sur une pièce formant cathode consistant à : a) monter la pièce sur le mandrin d'un tour d'usinage, b) placer sous la pièce une cuve contenant un bain électrolytique, 10 et un moyen conducteur formant anode disposé dans la cuve et relié à un générateur de courant, c) immerger tout ou partie de la pièce dans ledit bain électrolytique par déplacement de la cuve dans une première position, d) faire tourner la pièce sur le tour d'usinage, afin que toute la 15 surface à revêtir de la pièce soit immergée au moins une fois dans le bain électrolytique e) déplacer la cuve contenant le bain électrolytique dans une deuxième position, de manière à rompre le contact entre la pièce et le bain électrolytique. 20 Selon une disposition avantageuse, le procédé comporte en outre, à la suite de l'étape e), une étape f) consistant à usiner la pièce sur le tour d'usinage. En particulier, la série d'étapes b) à f) peut être mise en oeuvre plusieurs fois. Il est ainsi possible de réaliser plusieurs passes successives sans démonter la pièce du mandrin du tour d'usinage. 25 Selon une autre disposition avantageuse, un ensemble de billes constituées du métal à déposer est mis en contact permanent avec le moyen conducteur, sous l'effet de la gravité. Pour permettre une meilleure dispersion des ions de métal dans le bain électrolytique, celui-ci peut être mis en circulation forcée à l'intérieur 30 de la cuve lorsque la pièce est immergée en tout ou partie dans ledit bain. Le procédé peut, en outre, comporter une étape consistant à introduire de l'eau et/ou de l'électrolyte dans le bain électrolytique pour compenser les pertes dues à l'évaporation d'une part et au dépôt cathodique d'autre part. 35 De manière préférentielle, la cuve contenant le bain électrolytique peut être déplacée verticalement par le biais de moyens de guidage de précision afin de conserver une distance constante entre les deux électrodes au cours de l'électro déposition. De telles dispositions permettent de réduire sensiblement la durée du procédé d'électro déposition. La pièce étant montée sur le mandrin d'un tour d'usinage et immergée en tout ou partie dans un bain électrolytique contenu dans une cuve amovible placée dans la première position, on peut réaliser successivement les opérations de dépôt et d'usinage sans démontage intermédiaire de la pièce. Après un premier dépôt, la cuve est déplacée dans la deuxième position de sorte que la pièce n'est plus en contact avec le bain électrolytique. L'usinage peut alors être effectué, sans déplacement ou montage préalable de la pièce sur un tour d'usinage. Après usinage, la cuve est replacée dans la première position sous la pièce, et un second dépôt est réalisé. Ces étapes sont répétées jusqu'à obtention d'un revêtement satisfaisant. En permettant de s'affranchir des phases de montage-démontage entre la pièce et le tour d'usinage entre les opérations de dépôt et d'usinage, le procédé selon l'invention est plus rapide que les procédés connus de l'art antérieur. De plus, une grande précision est atteinte du fait que, la pièce restant montée sur le tour durant toute la durée du procédé, il n'est pas nécessaire de changer la référence de ce dernier avant chaque phase d'usinage. La forme particulière du moyen conducteur, correspondant sensiblement à celle de la pièce à recouvrir, permet d'éviter les effets de coin et d'améliorer l'homogénéité du dépôt. Une meilleure homogénéité est atteinte, en outre, grâce au fait que des moyens de guidage de précision maintiennent une distance constante entre les deux électrodes et évitent ainsi les variations d'intensité des lignes de champ. Enfin, le montage de la pièce sur le mandrin d'un tour d'usinage permet de la mettre en rotation lente durant le procédé d'électro déposition, de sorte que sa surface totale peut être recouverte de manière homogène. En complément des avantages décrits ci-dessus, il est possible de simplifier encore le procédé en introduisant dans la cuve contenant le bain électrolytique un morceau du métal à déposer, mis en contact permanent avec un moyen conducteur relié à un générateur de courant. De cette manière, l'électrolyte du bain est régénéré en permanence sans intervention extérieure et la mise en oeuvre du procédé se trouve facilitée. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la présente invention selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la direction A-A du dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la présente invention selon un second mode de réalisation. La figure 1 présente un premier mode de réalisation de l'invention, appliqué à une pièce constituée d'une chambre de combustion de moteur de fusée cryogénique (ci-après � chambre �). Ce type de chambre 1 se présente sous forme d'un lingot de cuivre annulaire sur la périphérie extérieure duquel sont usinés des canaux la appelés � méridiennes � et destinés à laisser circuler l'hydrogène. Ces canaux la sont remplis d'une cire spécifique, et l'ensemble est recouvert d'une couche de nickel d'environ 2 à 3 mm d'épaisseur. La chambre 1 présente une forme axisymétrique, en coquetier, de 600 à 700 cm de longueur. Elle comporte une première partie cylindrique d'environ 50 cm de diamètre, prolongée par une seconde partie tronconique dont le diamètre maximal correspond au diamètre de la première partie cylindrique. La chambre 1 comporte en outre une troisième partie tronconique d'environ 70 à 80 cm de diamètre maximal qui s'évase depuis la deuxième partie. La description qui va suivre concerne un dispositif selon l'invention permettant l'application de ladite couche de nickel par électro déposition. La chambre 1 est montée centrée sur le mandrin 2 d'un tour d'usinage 3 au moyen de deux supports 2a présentant une forme de révolution et disposés à l'intérieur de la chambre 1. Au voisinage de la chambre 1 est disposée une cuve 4 contenant un bain électrolytique 5. Cette cuve est associée à des moyens de guidage et de déplacement non représentés lui permettant, après montage de la chambre 1 sur le tour d'usinage 3, d'être placée de manière réversible sous la chambre 1 de sorte qu'au moins une zone de la surface de la chambre 1 s'étendant sur toute la longueur de la chambre selon l'axe du mandrin 2 est immergée dans le bain électrolytique 5. De cette façon, la mise en rotation du mandrin 2 du tour d'usinage 3, et donc de la chambre axisymétrique 1 montée sur ce mandrin, assure une immersion de l'ensemble de la surface externe de la chambre. Il est clair que dans le cas d'une pièce à profil transversal non-circulaire (pièce non axisymétrique), il conviendrait de veiller à ce que l'ensemble des zones à revêtir soient immergées lors de la rotation. Un moyen conducteur 6 est placé dans la cuve 4. Il comporte une partie inférieure 7 disposée dans le fond de la cuve 4 et soutenant une partie supérieure 8 de forme correspondant au moins approximativement, mais de préférence parfaitement, au profil extérieur de la chambre 1 selon l'axe du mandrin. Cette partie supérieure 8 est située en regard de la chambre 1. Une distance sensiblement constante est ainsi maintenue entre la chambre 1 et la partie supérieure 8 du fait de la similitude des profils, permettant d'éviter les effets de coin liés au champ électrique et d'améliorer l'homogénéité du dépôt. Sur la partie inférieure 7 sont disposées des billes de nickel 9, dont au moins une partie est, par gravité, en contact permanent avec la partie inférieure 7 du moyen conducteur 6. Le moyen conducteur 6 est relié au pôle plus d'un générateur de courant 10 et forme ainsi l'anode, tandis que la chambre de combustion 1 est reliée au pôle moins du générateur de courant, formant ainsi la cathode. Sous l'effet de la différence de potentiel exercée entre les deux électrodes, les billes de Nickel au contact de l'anode se polarisent et libèrent des ions nickel Nie+ aptes à venir capter des électrons présents sur la pièce-cathode (chambre 1) et à créer ainsi un dépôt de nickel solide. Grâce aux billes de Nickel, la concentration en ions dans le bain électrolytique reste constante, et, contrairement aux procédés connus, il n'est pas nécessaire de renouveler en permanence l'électrolyte contenu dans la cuve. La distance entre l'anode et la cathode diminue à mesure que l'épaisseur du dépôt sur la pièce augmente. Pour conserver une distance constante entre les électrodes et éviter les variations d'intensité des lignes de champ, des moyens de guidage de précision (non représentés) sont de préférence prévus, permettant d'écarter verticalement la cuve au cours du procédé d'électro déposition. On prévoit un système de circulation du bain électrolytique dans la cuve. A titre d'exemple, il peut être composé de deux conduits 11, 12, reliés chacun à la partie inférieure et à la partie supérieure d'une face latérale différente de la cuve, et d'une pompe 13. Le bain électrolytique est ainsi soumis à une circulation forcée entre le fond de la cuve où sont disposées les billes de nickel et le haut de la cuve où se trouve la partie de chambre immergée. Cette circulation permet l'agitation de l'électrolyte et la dispersion des ions de nickel Nie+ vers la partie de pièce à recouvrir. Un réservoir d'eau 15 est, en outre, relié à la cuve 4 contenant le bain électrolytique 5. Cette liaison peut être réalisée grâce à un conduit rigide, le réservoir 15 étant alors solidaire du déplacement vertical de la cuve 4. Au contraire, le conduit peut être souple, et rester immobile durant les différentes étapes du procédé. Un tel moyen d'approvisionnement de la cuve 4 en eau permet de compenser les pertes dues notamment à l'évaporation et de maintenir dans la cuve 4 un volume constant d'électrolyte. La figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention. La cuve contenant le bain électrolytique a une forme de demi-coquille permettant de s'adapter à la forme globalement cylindrique et allongée de la chambre. En particulier, la cuve contenant le bain électrolytique peut présenter une forme de demi-cylindre. Une telle forme permet de diminuer le volume d'électrolyte nécessaire. Un joint 16 disposé entre le mandrin 2 et le bord de la cuve 4 permet d'assurer l'étanchéité et d'éviter un écoulement de l'électrolyte hors de la cuve, sur les cotés. La figure 3 représente un second mode de réalisation de la présente invention. Les éléments communs au premier mode de réalisation conservent leur référence numérique dans la description qui suit. Une console 17 est fixée sur l'une des parois latérales de la cuve 4 (à gauche sur la figure 3). Elle se compose d'une première partie 18, constituant le fond de la console et prolongée par une seconde partie 19 dont la forme s'apparente à celle de la chambre 1, et d'une troisième partie 20 reliée à l'une ou l'autre ou à la fois à la première et à la seconde partie. La console 17 forme une anode reliée au pôle plus d'un générateur de courant. Comme dans le mode de réalisation précédent, la chambre 1 formant cathode est reliée au pôle moins dudit générateur. Des billes de nickel 9 sont retenues dans la cuve, dans un logement délimité par les parois latérales et la portion de la console 17 comprenant les parties 20 et 18. De cette façon, les billes 9 peuvent être maintenues en contact permanent avec la première partie 18 de la console 17. Le procédé d'utilisation du dispositif selon l'invention est maintenant décrit plus en détail. Dans un premier temps, la chambre de combustion 1 est montée sur le mandrin 2 du tour d'usinage 3 à l'aide des supports 2a. Elle est de préférence axisymétrique et centrée sur l'axe du mandrin 2. La cuve 4 est remplie du bain électrolytique 5 et le moyen conducteur formant anode 6 est mis en contact avec les billes de nickel 9 et relié au pôle plus du générateur de courant 10. Grâce à des moyens de guidage et de déplacement appropriés, la cuve 4 est placée dans la première position de sorte qu'au moins une partie de la chambre 1 est immergée dans le bain électrolytique. La pièce est ensuite mise en rotation lente sur le tour d'usinage. Le générateur produit un courant continu, qui entraîne la polarisation des billes de nickel par l'intermédiaire du moyen conducteur 6. Le courant électrique est ensuite transporté jusqu'à la cathode (chambre 1) par les ions Nie+, qui, en captant des électrons, permettent la constitution d'un dépôt de nickel sur la surface de la chambre. Grâce à la forme particulière de la partie supérieure 8 du moyen conducteur 6, le dépôt est plus homogène que dans les procédés connus. Après chaque dépôt, il reste toutefois nécessaire d'usiner la chambre afin d'éliminer les irrégularités. Dans un second temps, la cuve est donc retirée et placée dans la deuxième position grâce à ses moyens de guidage et de déplacement, et la pièce est immédiatement usinée sur le tour d'usinage, sans être démontée. Puis la cuve est replacée dans la première position, et le second dépôt est réalisé. Au fur et à mesure du dépôt, les moyens de guidage de précision déplacent la cuve, et ainsi l'anode, de manière à conserver à tout moment une distance constante entre l'anode et la cathode. Bien que l'invention ait été décrite en considérant un dépôt de nickel réalisé sur la surface extérieure de la pièce, le procédé doit s'appliquer de la même manière sur la surface intérieure de la pièce. Dans ce cas, on utilise un moyen conducteur comportant une partie dont la forme correspond au profil longitudinal de la surface intérieure de la pièce, cette partie étant placée à l'intérieur de la pièce dans la première position, de façon à être en regard de la partie de la pièce à recouvrir. Dans le cadre de la présente invention, on peut également envisager un mode de réalisation sans billes métalliques, dans lequel une partie de la chambre 1 est immergée dans la cuve 4 remplie d'un bain électrolytique 5 contenant des ions de nickel Nie+ et munie de panneaux d'électrodes. Ce mode de réalisation est plus contraignant car, contrairement aux modes de réalisation décrits précédemment, il nécessite de recharger régulièrement en électrolyte le bain dans lequel la chambre est immergée, de manière à maintenir constante sa concentration en ions. REVENDICATIONS1. Dispositif d'électro déposition sur une pièce, comprenant une cuve (4) apte à être remplie d'un bain électrolytique (5), un moyen conducteur (6) formant anode disposé dans la cuve (4) et relié à un générateur de courant (10), et une pièce (1) formant cathode, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tour d'usinage (3), la pièce étant montée sur le mandrin (2) dudit tour d'usinage, et des moyens de guidage et de déplacement de la cuve par rapport au tour d'usinage (3), entre une première position permettant l'immersion de la pièce (1) en tout ou en partie dans le bain électrolytique (5) et une deuxième position permettant l'usinage de la pièce. 2. Dispositif d'électro déposition selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de billes (9) constituées du métal à déposer disposées dans la cuve (4) et aptes à rester en contact permanent avec le moyen conducteur (6), sous l'effet de la gravité, au cours de l'électro déposition. 3. Dispositif d'électro déposition selon la revendication 2, caractérisé en ce que les billes métalliques (9) sont constituées de nickel. 4. Dispositif d'électro déposition sur une pièce selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuve (4) contenant le bain électrolytique (5) comporte un moyen de circulation forcée (11, 12, 13) du bain électrolytique à l'intérieur de la cuve. 5. Dispositif d'électro déposition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen conducteur (6) comporte une partie (8) dont la forme correspond au profil longitudinal extérieur de la pièce (1) et qui est placée dans la cuve (4) de façon à être en regard de la pièce (1) dans la première position. 6. Dispositif d'électro déposition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuve (4) comporte en outre un moyen de guidage de précision lui permettant d'être déplacée verticalement de manière à conserver une distance constante entre la pièce (1) formant cathode et le moyen conducteur (6) pendant l'électro déposition. 7. Dispositif d'électro déposition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuve (4) présente une forme de demi-coquille. 8. Dispositif d'électro déposition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume du bain électrolytique (5) est maintenu constant par l'intermédiaire d'un moyen d'approvisionnement en eau et/ou en électrolyte (15). 9. Dispositif d'électro déposition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce (1) est axisymétrique. 10. Dispositif d'électro déposition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce (1) est une chambre de combustion. 11. Procédé d'électro déposition sur une pièce (1) formant cathode, caractérisé en ce qu'il consiste à : a) monter la pièce (1) sur le mandrin (2) d'un tour d'usinage (3), b) placer sous la pièce (1) une cuve (4) contenant un bain électrolytique (5), et un moyen conducteur (6) formant anode disposé dans la cuve (4) et relié à un générateur de courant (10), c) immerger tout ou partie de la pièce (1) dans ledit bain électrolytique (5) par déplacement de la cuve (4) dans une première position, d) faire tourner la pièce (1) sur le tour d'usinage, afin que toute la surface à revêtir de la pièce soit immergée au moins une fois dans le bain électrolytique (5), e) déplacer la cuve (4) contenant le bain électrolytique (5) dans une deuxième position, de manière à rompre le contact entre la pièce et le bain électrolytique. 12. Procédé d'électro déposition selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre après e), l'étape f) consistant à usiner la pièce (1) sur le tour d'usinage (3). 13. Procédé d'électro déposition selon la revendication 12, caractérisé en ce que la série d'étapes b) à f) est mise en oeuvre plusieurs fois. 14. Procédé d'électro déposition selon l'une quelconque des 10 revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'un ensemble de billes (9) constituées du métal à déposer est mis en contact permanent avec le moyen conducteur (6), sous l'effet de la gravité. 15. Procédé d'électro déposition selon l'une quelconque des 15 revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le bain électrolytique (5) est mis en circulation forcée à l'intérieur de la cuve (4) lorsque la pièce (1) est immergée en tout ou partie dans ledit bain. 16. Procédé d'électro déposition selon l'une quelconque des 20 revendications 11 à 15, caractérisé en ce que de l'eau et/ou de l'électrolyte est introduit dans le bain électrolytique (5) pour compenser les pertes. 17. Procédé d'électro déposition selon l'une quelconque des 25 revendications 11 à 16, caractérisé en ce que la cuve (4) contenant le bain électrolytique (5) est déplacée verticalement lors de l'étape d), de sorte qu'une distance constante est conservée entre la pièce (1) formant cathode et le moyen conducteur (6) pendant l'électro déposition. 30 18. Procédé d'électro déposition selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que le matériau déposé sur la pièce (1) est du nickel. 35 19. Procédé d'électro déposition selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, caractérisé en ce que la pièce (1) est une chambre de combustion.5