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ELectrode pour une cellule d'electrolyse. La presente invention concerne une electrode pour une ceLLuLe d'électrolyse du type utilisé notamment pour opérer le dépôt d'un revêtement métallique, adhérent ou détachable, sur un substrat.
Pour une operation de depot eLectroLytique, il est interessant d'utitiser une densite de courant élevée, tant pour Le rendement de l'operation que pour la qualité du depot proprement dit. En effet, la densité de courant conditionne d'une part la durée de l'operation, c'est-à-dire La vitesse du substrat et l'encombrement de l'instalLation si Le substrat est en mouvement, et d'autre part La compacite, ou inversement la porosite, du revetement depose.
On sait par ailleurs que la realisation de hautes densites de courant, par exemple superieures a 100 A/dm2, necessite une turbulence élevée de l'electrolyte dans l'espace compris entre L'anode et la cathode, cette dernière etant généralement constituée par Le substrat. Une
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telle turbulence élevée implique que L'eLectroLyte soit animé d'une grande vitesse lorsqu'il circule entre L'anode et La cathode.
IL est également bien connu qu'une partie importante de L'energie électrique consommée par une operation d'eLectroLyse dépend des pertes par effet Joule qui se produisent dans L'eLectroLyte, et que ces pertes sont proportionnelles à La distance qui separe L'anode de La cathode. Pour minimiser ces pertes et ainsi atteindre un rendement aussi élevé Que possible, iL convient donc de minimiser La distance existant entre L'anode et La cathode de La ceLLuLe d'électrolyse.
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Enfin, une autre fraction non negLigeabLe de L'energie éLectrique consommee au cours d'une telle operation d'électrolyse sert à compenser les pertes ohmiques dans les parties conductrices de L'éLectrode, généraLement l'anode, qui assure l'alimentation électrique de La ceLLuLe.
Cette eLectrode est necessairement réalisée en un matériau resistant a une attaque chimique par l'électrolyte; à cet effet, elle est par exemple constituee de graphite, d'un alliage Pb-Ag, ou de titane pourvu d'un revêtement approprie. Etant donne L'importance des intensités électriques mises en jeu, qui peuvent dépasser 10. 000 Ale, it est particulièrement intéressant de reduire ces pertes chimiques en utilisant des matériaux presentant une resistance électrique aussi faible que possible. e. L'alimentation électrique de l'anode sera des lors assurée de preference par des barreaux de cuivre, qui devront conduire Le courant aussi pres que possible de l'intervalle compris entre l'anode et la cathode.
IL existe plusieurs dispositions de cellules ainsi que diverses methodes d'introduction de l'électrolyte cherchant à atteindre les trois objectifs précités.
Pour fixer Les idees, la description de la technique anterieure ainsi que de la presente invention fera plus spécialement référence au dépôt eLectroLytique d'un revêtement sur une cathode constituee par une bande métallique circulant dans un plan horizontal. Cette referente n'a cependant qu'une simple valeur d'exempLe et elle n'extlut nullement La possibiLité d'appliquer L'invention dans toute situation compatible avec Les revendications qui suivront.
Une première solution connue consiste ä disposer une anode plane paraLLeLement Åa La surface de La bande, et Åa injecter l'électrolyte transversaLement par rapport à La bande. Conformement aux deux premiers objectifs, L'eLectroLyte introduit Le Long d'un bord de La bande et recueiLLi sur L'autre bord doit donc circuler ä grande vitesse entre deux surfaces planes proches L'une de L'autre ; cette disposition provoque des pertes de charge eLevees et necessite d'importantes pressions d'aLimentation de L'eLectroLyte. IL en résulte de nombreux problèmes mecamques portant notamment sur L'etancheite des joints et La
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deformation des surfaces en presence, et qui empechent en pratique d'operer avec des distances inférieures a 10 mm entre L'anode et La cathode.
Une variante de cette solution, consistant à injecter l'électrolyte dans Le sens longitudinal de la bande, se heurte aux memes probLemes et est soumise aux mêmes Limitations que dans Le cas de l'injection transversale.
Une autre solution proposée consiste à introduire l'electrolyte perpendiculairement à la surface de la cathode, à travers une ou plusieurs fentes transversales menagees dans L'anode, et à Le recueillir ensuite sur les bords de La bande. Ici encore, les pressions d'aLimentation doivent être importantes en raison des pertes de charge elevees, ce qui Limite egaLement ä environ 10 mm la distance praticable entre L'anode de la bande.
Le brevet BE-A-905. 588 du meme demandeur propose une solution qui permet de reduire les pertes de charge et par consequent d'eviter Le recours à des pressions d'alimentation elevees. IL preconise d'introduire L'eLectroLyte perpendiculairement à la surface de la bande par de petits orifices perces dans l'anode et de reprendre cet eLectroLyte par d'autres petits orifices, proches des premiers, également perces dans L'anode ; L'anode proprement dite est constituee par une plaque en matériau conducteur de l'électricité et résistant l'électrolyte, tel que Le graphite, cette plaque assurant l'amenée du courant depuis les conducteurs d'aLimentation latéraux jusqu'à L'intervalle d'électrolyse.
Une teLLe disposition permet certes de reduire la distance entre l'anode et la bande ; elle n'assure cependant pas toujours un écoulement parfaitement homogene de l'électrolyte dans l'intervalle entre l'anode et la bande, et les conducteurs d'alimentation à faible resistance n'arrivent pas encore assez pres de cet intervalle pour reduire Les pertes ohmiques dans une mesure suffisante.
La presente-invention propose une eLectrode destinée a une cellule d'electrolyse du type precite, la conception et La constitution de cette anode étant teLLes qu'eLLe permet d'atteindre Largement les
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trois objectifs mentionnes plus haut, à savoir une vitesse élevée de L'eLectroLyte dans un intervaLLe tres étroit entre l'anode et la cathode, des pertes ohmiques reduites au minimum, ainsi qu'un balayage homogene de L'intervalle entre l'anode et La cathode par l'electro- Lyte.
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Conformement a La presente invention, une électrode pour une ceLLuLe d'électrolyse destineeaL.'depot d'un revêtement métallique sur un substrat, qui comprend un corps d'electrode comportant des moyens d'ali- mentation en courant électrique et presentant au moins une surface profilée de façon correspondant à la surface dudit substrat, est caractérisée en ce que ledit corps d'électrode présente une pLuralité de fentes étroites parallèles débouchant dans ladite surface du corps d'eLectrode, en ce qu'un premier groupe desdites fentes sont reliees à des moyens d'alimentation en electrolyte,
en ce que L'autre groupe desdites fentes sont retiees à des moyens d'évacuation de l'électrotyte et en ce que les fentes de L'un et l'autre desdits groupes se succèdent en alternance dans Ladite surface du corps d'électrode.
De façon connue en soi, ledit corps d'électrode est de preference realisé en un materiau conducteur de l'electricite et chimiquement résis-
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tant ä l'électrolyte, tel que Le graphite. Selon une premiere caractéristique supplementaire de L'invention, lesdites fentes présentent une Largeur qui n'excède pas 3 mm.
SeLon une autre caracteristique supplementaire de l'invention, la distance entre deux fentes voisines est comprise entre 20 mm et 50 mm.
En outre, lesdites fentes s'étendent avantageusement dans le corps d'eLectrode perpendiculairement à La surface du corps d'electrode dans laquelle elles debouchent.
A son extrémité eLoignee de Ladite surface, chacune desdites fentes débouche, suivant L'invention, dans un canal formé dans Ledit corps d'electrode et dispose parallèlement tant au plan de Ladite surface du corps d'eLectrode qu'ä La direction longitudinaLe desdites fentes.
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Chacun de ces canaux est normaLement ferme ä une de ses extrémités et it est reLie par son autre extrémité soit Åa des moyens d'alimentation en eLectroLyte, soit à des moyens d'évacuation de L'eLectroLyte, selon La fente avec LaqueLLe iL se trouve en communication. Ces canaux sont avantageusement disposes tête-bêche, L'extremite fermee de L'un quelconque de ces canaux etant voisine de L'extrémité ouverte du ou. des canaux adjacents.
Selon une réaLisation particulière intéressante, le corps d'électrode est compose d'une pluralité de plaques juxtaposées profilées de façon
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ä former, lors de leur assemblage, Les fentes etroites et Les canaux d'alimentation et d'evacuation de l'électrolyte requis par l'invention.
Conformement à une autre caractéristique de l'invention, ledit corps d'electrode est dote de moyens d'alimentation en courant électrique constitues par des barreaux en un materiau bon conducteur de l'elec- tricite, qui pénètrent dans ledit corps d'électrode jusqu'à proximité desdites fentes, respectivement des canaux, d'alimentation en électrolyte.
Dans le cas oü ledit corps d'électrode est constitue de plaques juxtaposees, lesdits barreaux sont avantageusement Loges dans des cavités ménagées dans au moins une face LateraLe desdites plaques.
On utilise de preference des barreaux en cuivre, dont la résistivité, nettement pLus faibLe que celle du materiau dudit corps d'electrode, permet de conduire Le courant electrique, sans pertes ohmiques sensibles, jusqu'ä proximité immédiate de L'eLec-troLyte circuLant dans les fentes, respectivement Les canaux d'alimentation.
D'autres particuLarités et avantages de L'invention apparaitront à La lecture de La description, donnee ci-dessous ä titre d'exemple, d'une réaLisation préférée d'une électrode conforme à l'invention. Dans cette description détaiLlée, iL est fait référence aux dessins annexes, dans LesqueLs La
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Fig. 1 montre schématiquement en perspective La configuration des nap- pes d'électrolyte obtenues avec une éLectrode conforme ä L'in- vention ; La Fig. 2 est une vue en pLan illustrant schématiquement la position re-
Lative des fentes d'alimentation et d'évacuation de l'élec- trolyte ;
La
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Fig. 3 est une vue en pLan, similaire à celle de La Fig. 2, montrant schematiquement une électrode composée de plaques juxtaposees transversalement; la Fig. 4a est une coupe transversale suivant la Ligne A-A'de La Fig. 3, montrant la disposition relative des fentes et des canaux, dans
Le cas d'une electrode plane ; La Fig.4b représente un detail de La surface inférieure du corps de L'e- electrode, vue suivant la direction de La fleche B ; La
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Fig. 5 est une vue en plan, simiLaire ä ceLLe de La Fig. 2, montrant schématiquement une électrode composée de plaques juxtaposees en oblique ; Les Fig. 6a et 6b sont analogues aux Fig. 4a et 4b pour une eLectrode constituée comme Le montre la Fig. 5 ;
La Fig. 7 montre schématiquement, en coupe transversale, La disposition relative des fentes et des canaux dans le cas d'une eLectrode cylindrique ; la Fig. 8 est une coupe transversale analogue Åa celle de la Fig. 4a, mon- trant un autre mcde de réalisation des canaux et des fentes dans une anode conforme Åa L'invention ; et La Fig. 9 illustre également en coupe transversale, une façon supple- mentaire de réaliser les canaux et les fentes dans une anode
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conforme ä l'invention. Dans toutes les figures, des elements identiques ou analogues sont designes par Les mêmes reperes numériques. Le sens de circulation de l'electrolyte et du courant électrique est indique par des fLèches appropriées.
Enfin, on n'a pas represente Les elements qui ne sont pas directement necessaires à La comprehension de L'invention, afin de ne pas surcharger inutilement Les dessins.
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Les figures se réfèrent ä une cellule d'electrolyse destinee a deposer un revêtement sur un substrat métallique continu en mcuvement, tel qu'une bande d'acier, qui constitue la cathode de La ceLLule. L'eLec- trode conforme a L'invention constitue alors l'anode de La cellule. Dans l'application envisagée, cette anode est disposee de telle façon que Les fentes d'alimentation et d'evacuation de l'electrolyte soient orientees transversalement par rapport à La direction de depLacement de la cathode.
IL va de soi que cette cathode pourrait être une bande sans fin sur laquelle on depose un revêtement détachable, en parti- culier ure bande en titane ou en alliage de titane, éventuellement pourvue d'un revêtement de protection. Par ailleurs, l'anode pourrait etre disposee de telle fa ; on que lesdites fentes soient orientees de façon quelconque, par exemple en oblique, par rapport ä la direction
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de deptacement de La cathode. La Fig. 1 montre schématiquement, en perspective, La configuration des nappes d'électrolyte circulant d'une part dans tes fentes de l'anode et d'autre part dans L'espace compris entre l'anode et la cathode.
L'anode proprement dite n'est pas representee et la cathode est constituee par une bande métallique 1 se déplaçant dans Le sens de La
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flèche 2. l'électrolyte est fourni en nappes verticales mices 3, circulant de haut en bas (fleches 4) dans les fentes d'alimentation de l'anode (non représentée); dans l'espace entre l'anode et la cathode, it se subdivise en deux nappes horizontales telles que 5 et 6, de faible epaisseur, qui s'ecartent L'une de L'autre ; ensuite, des nappes horizontales concourantes telles que 6 et 7 sont reprises en nappes verticales 8 circulant de bas en haut (flèches 9) dans les fentes d'eva- cuation de l'anode (non representee).
Les nappes d'alimentation 4 et d'evacuation 8 sont produites par des fentes correspondantes raccordées respectivement à des moyens d'ali- mentation et d'evacuation de l'électroLyte, selon une disposition qui est schématiquement illustrée dans La Fig. 2.
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Cette Fig. 2 est une vue en plan d'une anode conforme à L'invention, qui comporte un corps 10 disposé transversalement par rapport ä la cathode 1.
Le corps 10 de l'anode presente une entree (11) et une sortie (12) de l'éLectroLyte, raccordées respectivement a des moyens extérieurs d'alimentation et d'evacuation non representes. Le corps 10 de l'anode comprend une chambre de distribution raccordee à L'entree 11 et reLiee à des branches d'alimentation 13 dans lesquelles sont menagees Les fentes d'alimentation 14, tracees en trait plein, qui debouchent dans l'esDace compris entre la cathode 1 et le corps 10 de L'anode. Ces branches et fentes d'alimentation sont parcourues par Les nappes verticales d'électrolyte symbolisées par les fleches descendantes 4.
Apres un court trajet parallèle à la cathode, l'electrolyte est repris par les fentes d'evacuation 15, tracees en trait interrompu qui, par des branches d'evacuation 16 et une chambre de collecte, Le renvoient vers la sortie 12. Les fentes et les branches d'évacuation sont parcourues par les nappes verticales d'eLectroLyte symbolisées par les flèches ascendantes 8. Dans cette illustration schématique, les branches d'alimentation 13 sont separees des branches d'evacuation 16 par une paroi en Labyrinthe 17.
L'avantage d'une telle disposition est que les pertes de charge variables Le Long d'une branche d'alimentation sont compensées par les pertes de charge variant en sens inverse Le tong d'une branche d'eva- cuation. IL en resulte un débit homogene de l'électrolyte sur la Largeur de la bande.
Dans La Fig. 3, on a représenté schematiquement une mise en oeuvre interessante d'une anode du type illustré dans la Fig. 2, mise en oeuvre dans laquelle le corps 10 de L'anode est compose d'une plura- Lité de plaques transversaLes 18,19, 20, 21, disposees perpendicuLairement par rapport au pLan de La cathode 1.
La constitution de cette anode sera comprise plus aisément en se référant ä la Fig. 4, en particulier Åa La Fig. 4a, qui represente en partie une coupe suivant La Ligne A-A'de la Fig. 3. Le corps de t'anode 10 est compose d'une série de plaques teLLes que 18,19, 20,21 juxta-
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posees et assemblées par des moyens appropriés, par exemple des bouLons 22. La configuration du montage de l'anode etant repetitive, il suffira de décrire la disposition relative de quatre plaques teLles que 18,19, 20 et 21.
Ces plaaues sont disposees verticalement, et leur face inférieure est situee ä une tres faible distance de la surface superieure de La cathode 1 a revetir. ELLes sont constituées de graphite ou d'un alliage électriquement conducteur et resistant à l'electrolyte Dans la face droite des pLaques impaires (19,21), on a usine un demi-canal 23 et une demi-fente 24 destines à L'evacuation de l'électrolyte, tandis que dans La face gauche de ces mêmes plaques impaires (19,21), on a usiné un demi-canaL 25 et une demi-fente 26 destinés à l'alimentation en electrolyte.
Inversement, dans la face gauche des plaques paires (18, 20) on a usine d'une part un demi-canal 27 et une demi-fente 28 destines à L'evacuation de L'eLectroLyte, tandis que dans la face droite de ces mêmes plaques paires (20) on a usine un demi-canal 29 et une demi-fente 30 destinés ä l'aLimentation en electrolyte L'assemblage des pLaques permet de former les canaux et les fentes d'alimentation et d'évacuation de L'électrolyte. Bien entendu, les plaques d'extremite telles que 18 ne sont pas usinees sur leur face exterieure. Le corps 10 de L'anode comporte encore des barreaux 31 en cuivre qui sont logés dans des rainures usinees dans Les plaques 19,20 et qui penetrent jusqu'ä proximite des canaux d'alimentation 25,29.
Pour assurer L'etancheite de L'ensemble, les surfaces de contact entre les plaques sont garnies de joints tels que 32,33. Par aiLleurs, les fentes d'evacuation 24, 28 sont avantageusement discontinues dans Le sens transversal de la bande, comme Le montre La Fig. 4b. Les troncons de fente sont séparés par de courtes zones de contact qui ne perturbent pratiquement pas L'écouLement d'evacuation de !.'eLectroLyte, mais qui assurent un contact mecamque entre les plaques 18 et 19 en cas d'augmentation de la pression dans Les fentes d'alimentation 26,30.
Les plaoues 18,19 ne peuvent flechir, en raison de ce contact. IL est donc possible d'augmenter La pression d'alimentation de L'eLectroLyte et par conséquent d'améliorer les performances de La ceLLuLe sans
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courir Le risque de provoquer une deformation de l'ensemble de L'anode.
Comme Le montre La Fig. 3 et conformément ä La disposition schematisee dans La Fig. 2, Les canaux 24,29 et les fentes 26,30 d'alimentation communiquent avec L'entree 11 de l'électrolyte, tandis que les canaux 23,27 et les fentes 24,28 d'evacuation communiquent avec La sortie 12 de L'electrolyte.
Cette disposition est particulièrement interessante, car les fentes et les canaux peuvent être réalisés par des operations d'usinage simples des différentes plaques.
Dans certaines circonstances, il n'est cependant pas possible de fabriquer des plaques transversaLes suffisamment resistantes. On peut alors faire appel à une autre variante de L'eLectrode conforme ä l'in- vention.
Cette variante est illustrée schématiquement dans les Fig. 5 et les Fig. 6a et 6b qui en montrent respectivement une vue en plan, une coupe partielle suivant La Ligne A-A'et une vue inferieure suivant la fLèche B. Le corps 10 de l'anode est compose d'une pluralité d'éléments modulaires 34 dont la Largeur est determinee par Les possibiLites d'usinage existantes. Ces elements sont disposes en oblique par
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rapport a La direction de déplacement de La bande 1. Les Fig. 6a et 6b montrent les canaux 25 et Les fentes 26 d'alimentation ainsi que les canaux 27 et Les fentes discontinues 28 d'evacuation de l'electrolyte.
Cette disposition oblique permet de masquer l'effet de discontinuité provoqué par les joints entre les divers elements modulaires, en repartissant ces joints sur toute La Largeur de La bande.
La Fig. 7 iLLustre La configuration d'une électrode conforme à l'invention profiLee de façon Åa correspondre ä un substrat cylindrique. Dans cette variante, Les pLaques teLLes que 20,21 presentent une section trapezoidale. Les divers canaux et les différentes fentes sontégalement realisés par des operations d'usinage simples. Les pla-
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ques doivent être assembLees par des moyens appropries qui garantissent Le respect de la courbure de l'ensemble.
On peut bien entendu imaginer d'autres modes de réalisation des canaux et des fentes d'alimentation et d'évacuation de L'électrolyte, sans sortir du cadre de La presente invention.
La Fig. 8 montre, par une coupe transversale analogue a celle de la Fig. 4a, La constitution d'une anode dans laquelle les canaux sont formes par une tôle métalLique repliee de façon appropriee.
La töle 17, par exemple en titane, est repliée de façon à former des plis successifs qui constituent alternativement des canaux ou branches d'alimentation 13 et d'evacuation 16 de t'électrolyte. Pour assurer La
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rigidité d'ensemble de L'anode, Les plis de La töle 17 ont La forme de trapezes alternés dont les grandes bases sont soudees respectivement Åa une plaque superieure 35 et ä une plaque inférieure 36, toutes deux paraLleles ä La face inférieure du corps de L'anode 10. Par La nature même du pLiage, seules Les grandes bases des trapezes sont constituees par La töle 17, tandis que Les petites bases de ces trapezes ne sont fermees que par Lesdites pLaques 35 et 36.
Dans la zone de la plaque inferieure 36 qui ferme la petite base des canaux d'alimentation 13 sont perces des orifices d'alimentation 37 répartis sur la largeur oe L'anode. De même, dans les grandes bases des canaux d'evacuation 16 soudees à cette même plaque inferieure 36, sont perces des orifices c !'evacuation 38 repartis sur la Largeur de L'anode. Les orifices d'alimentation 37 et Les orifices d'évacuation 38 communiquent respectivement avec des fentes d'alimentation 14 et des fentes d'evacuation 15 comprises entre des bLocs transversaux 39.
Ces blocs 39 sont amovibLes et peuvent être aisement rempLaces pour modifier la Largeur des fentes ou rétabLir la Largeur desiree d'une fente en cas d'élargissement excessif par exemple par suite de L'usure d'un bloc.
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L'agencement relatif de la plaque inferieure 36, des orifices 37,38 et des blocs 39 avec Les fentes 14,15 est iLLustre en perspective dans
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L'encadre de La Fig. 8.
Les blocs 39, Les pLaques inférieure 36 et superieure 35 ainsi que la tôle pLiee 17 forment Le circuit d'alimentation de l'anode en courant electrique ; tous ces elements sont des Lors réalisés de preference en titane, de même que Les profiLes superieurs, marques d'une f Leche
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brisée, qui symbolisent Le raccordement de L'anode Åa La source de courant électrique.
La Fig. 9 illustre, en coupe verticale A-A'et en coupe horizontale C-C', une autre facon de realiser les canaux d'alimentation 13 et d'evacuation 16 de l'électrolyte, au moyen de parois de Separation 17 verticales parallèles. Ces parois sont pourvues de renflements cylin- driques 40 dans lesquels sont perces des passages traversés par des tirants 41. Ces tirants 41 servent d'une part à fixer les parois 17 à des pLaques horizontales supérieure 35 et inferieure 36 et d'autre part a amener Le courant électrique aux blocs 39.
Les canaux d'atimentation 13 sont relies aux fentes d'alimentation 14 par des orifices d'alimentation 37 perces dans La plaque inférieure 36 ; de même, Les fentes d'evacuation 15 sont reLiees aux canaux d'evacuation 16 par des orifices d'evacuation 38 perces dans la plaque inferieure 36.
Les parois 17 ainsi que Les plagues supérieure 35 et inferieure 36 peuvent etre réalisées en un matériau composite résistant à l'électrolyte, par exemple en resine epoxy armeede fibres de verre.
L'aLimentation en courant électrique est assuree par les tirants 41, dont une extrémité est par exemple vissee dans Les bLocs 39 et dont l'autre exiremite presente une tete qui par une plaque de cuivre 32 et un ressort 43, prend appui sur La plaque supérieure 35. La pLaque de cuivre 42 est reLiée à une source de courant électrique par des moyens connus.
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L'eLectrode conforme à L'invention peut etre pLacee à une tres faibLe distance du substrat à revêtir, car L'éLectrolyte ne parcourt qu'un trajet tres court entre L'anode et La cathode ; iL ne subit donc pas des pertes de charge élevées et une pression moderee Lui assure une vitesse et une turbulence tres favorabLes au depöt éLectrolytique.
Les parties electriquement actives couvrent toute La surface de L'eLec- trode, à l'exception de la faible portion correspondant aux fentes d'aLimentation et d'évacuation de L'eLectroLyte. L'électrode assure dès lors une repartition homogene du courant électrique avec de faibles pertes ohmiques, ce qui conduit à un exceLLent rendement de
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L'operation. Enfin, toute La surface du substrat subit un balayage homogene par L'éLectrolyte, ce qui favorise egaLement l'homogeneité et Le rendement du dépôt du revetement.
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ELectrode for an electrolysis cell. The present invention relates to an electrode for a cell of electrolysis of the type used in particular for operating the deposition of a metallic coating, adherent or detachable, on a substrate.
For an electrolytic deposit operation, it is interesting to use a high current density, both for the efficiency of the operation and for the quality of the deposit itself. Indeed, the current density conditions on the one hand the duration of the operation, that is to say the speed of the substrate and the size of the installation if the substrate is in motion, and on the other hand The compactness, or conversely the porosity, of the coating deposited.
We also know that achieving high current densities, for example greater than 100 A / dm2, requires high turbulence of the electrolyte in the space between the anode and the cathode, the latter being generally constituted by the substrate. A
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such high turbulence implies that the eLectroLyte is driven at a high speed when it circulates between the anode and the cathode.
It is also well known that a significant part of the electrical energy consumed by an electrolysis operation depends on the Joule effect losses which occur in the electroLyte, and that these losses are proportional to the distance which separates the anode. from the cathode. To minimize these losses and thus achieve as high a return as possible, it is therefore advisable to minimize the distance between the anode and the cathode of the electrolysis cell.
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Finally, another non-negLigeabLe fraction of the electrical energy consumed during such an electrolysis operation serves to compensate for the ohmic losses in the conductive parts of the electrode, generally the anode, which provides the electrical supply of The cell.
This electrode is necessarily made of a material resistant to chemical attack by the electrolyte; for this purpose, it is for example made of graphite, a Pb-Ag alloy, or titanium provided with an appropriate coating. Given the importance of the electrical intensities involved, which can exceed 10,000 Ale, it is particularly advantageous to reduce these chemical losses by using materials with as low an electrical resistance as possible. e. The electrical supply of the anode will therefore preferably be provided by copper bars, which should conduct the current as close as possible to the interval between the anode and the cathode.
There are several cell arrangements as well as various methods of introducing the electrolyte seeking to achieve the above three objectives.
To fix the ideas, the description of the prior art as well as of the present invention will more specifically refer to the electrolytic deposition of a coating on a cathode formed by a metal strip circulating in a horizontal plane. This referente has however only a simple exemplary value and it in no way excludes the possibility of applying the invention in any situation compatible with the claims which follow.
A first known solution consists in placing a planar anode parallel to the surface of the strip, and injecting the electrolyte transversely relative to the strip. In accordance with the first two objectives, the ElectroLyte is introduced along one edge of the strip and collected on the other edge must therefore travel at high speed between two flat surfaces close to each other; this arrangement causes high pressure drops and requires high pressure to supply the electrolyte. This results in many mechanical problems, notably relating to the sealing of the joints and the
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deformation of the surfaces present, and which in practice prevent operating with distances less than 10 mm between the anode and the cathode.
A variant of this solution, consisting in injecting the electrolyte in the longitudinal direction of the strip, runs up against the same problems and is subject to the same limitations as in the case of transverse injection.
Another solution proposed consists in introducing the electrolyte perpendicular to the surface of the cathode, through one or more transverse slots formed in the anode, and in then collecting it on the edges of the strip. Here again, the supply pressures must be high due to the high pressure drops, which also limits the practicable distance between the anode of the strip to approximately 10 mm.
BE-A-905 patent. 588 of the same applicant proposes a solution which makes it possible to reduce the pressure losses and consequently to avoid the use of high supply pressures. He recommends to introduce the ElectroLyte perpendicular to the surface of the strip by small holes drilled in the anode and to take up this eLectroLyte by other small holes, close to the first, also drilled in the Anode; The anode itself is made up of a plate of electrically conductive and electrolyte resistant material, such as graphite, this plate ensuring the supply of current from the lateral supply conductors up to the interval d 'electrolysis.
Such an arrangement certainly makes it possible to reduce the distance between the anode and the strip; however, it does not always ensure a perfectly homogeneous flow of the electrolyte in the interval between the anode and the strip, and the low resistance supply conductors do not yet arrive close enough to this interval to reduce the losses. ohmic to a sufficient extent.
The present invention provides an electrode for an electrolysis cell of the aforementioned type, the design and constitution of this anode being such that it makes it possible to reach widely
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three objectives mentioned above, namely a high velocity of the electrolyte in a very narrow interval between the anode and the cathode, ohmic losses reduced to a minimum, as well as a homogeneous scanning of the interval between the anode and The cathode by the electro-Lyte.
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In accordance with the present invention, an electrode for an electrolysis cell intended for depositing a metallic coating on a substrate, which comprises an electrode body comprising means for supplying electric current and having at least one shaped surface corresponding to the surface of said substrate, is characterized in that said electrode body has a plurality of parallel narrow slots opening into said surface of the electrode body, in that a first group of said slots are connected to means for supplying electrolyte,
in that the other group of said slots are retained with means for evacuating the electrotyte and in that the slots in one and the other of said groups alternate in succession in said surface of the electrode body.
In a manner known per se, said electrode body is preferably made of an electrically conductive and chemically resistant material.
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both to the electrolyte, such as graphite. According to a first additional characteristic of the invention, said slots have a width which does not exceed 3 mm.
According to another additional characteristic of the invention, the distance between two adjacent slots is between 20 mm and 50 mm.
In addition, said slots advantageously extend in the electrode body perpendicular to the surface of the electrode body into which they open.
At its end remote from said surface, each of said slots opens, according to the invention, into a channel formed in said electrode body and has parallel to both the plane of said surface of the electrode body and to the longitudinal direction of said slots .
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Each of these channels is normally closed at one of its ends and it is connected by its other end either to means for supplying electroLyte or to means for evacuating ElectroLyte, depending on the slot with which it is located. in communication. These channels are advantageously arranged head to tail, the closed end of any one of these channels being close to the open end of the or. adjacent channels.
According to a particular advantageous embodiment, the electrode body is composed of a plurality of juxtaposed plates profiled so
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to form, during their assembly, the narrow slits and the supply and discharge channels of the electrolyte required by the invention.
In accordance with another characteristic of the invention, said electrode body is provided with means for supplying electric current constituted by bars made of a material which is a good conductor of electricity, which penetrates into said electrode body up to 'near said slots, respectively channels, for electrolyte supply.
In the case where said electrode body is made up of juxtaposed plates, said bars are advantageously housed in cavities formed in at least one LateraLe face of said plates.
Copper rods are preferably used, the resistivity of which, clearly lower than that of the material of said electrode body, allows electrical current to be conducted, without appreciable ohmic losses, up to the immediate vicinity of the circulating electrolytic in the slots, respectively The feed channels.
Other particularities and advantages of the invention will appear on reading the description, given below by way of example, of a preferred embodiment of an electrode according to the invention. In this detailed description, reference is made to the accompanying drawings, in which the
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Fig. 1 schematically shows in perspective the configuration of the electrolyte layers obtained with an electrode according to the invention; Fig. 2 is a plan view schematically illustrating the position re-
Lative of the electrolyte supply and discharge slots;
The
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Fig. 3 is a plan view, similar to that of FIG. 2, showing schematically an electrode composed of plates juxtaposed transversely; Fig. 4a is a cross section along the line A-A ′ of FIG. 3, showing the relative arrangement of the slots and channels, in
The case of a plane electrode; Fig.4b shows a detail of the lower surface of the body of the e-electrode, seen in the direction of arrow B; The
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Fig. 5 is a plan view, similar to that of FIG. 2, schematically showing an electrode composed of plates juxtaposed obliquely; Figs. 6a and 6b are similar to Figs. 4a and 4b for an eLectrode constituted as shown in FIG. 5;
Fig. 7 schematically shows, in cross section, the relative arrangement of the slots and the channels in the case of a cylindrical electrode; Fig. 8 is a cross section similar to that of FIG. 4a, showing another embodiment of the channels and slots in an anode according to the invention; and Fig. 9 also illustrates in cross section, an additional way of making the channels and the slots in an anode.
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according to the invention. In all the figures, identical or analogous elements are designated by the same numerical marks. The direction of flow of the electrolyte and the electric current is indicated by appropriate arrows.
Finally, the elements which are not directly necessary for the understanding of the invention have not been represented, so as not to unnecessarily overload the drawings.
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The figures refer to an electrolysis cell intended to deposit a coating on a continuous metallic substrate in motion, such as a steel strip, which constitutes the cathode of the cell. The electrode according to the invention then constitutes the anode of the cell. In the envisaged application, this anode is arranged in such a way that the electrolyte supply and evacuation slots are oriented transversely with respect to the direction of displacement of the cathode.
It goes without saying that this cathode could be an endless strip on which a removable coating is deposited, in particular a strip of titanium or of titanium alloy, possibly provided with a protective coating. Furthermore, the anode could be arranged in such a way; that said slots are oriented in any way, for example obliquely, with respect to the direction
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deptacement de La cathode. Fig. 1 schematically shows, in perspective, the configuration of the electrolyte plies circulating on the one hand in the slots of the anode and on the other hand in the space between the anode and the cathode.
The anode itself is not represented and the cathode is constituted by a metal strip 1 moving in the direction of the
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arrow 2. the electrolyte is supplied in vertical mice layers 3, flowing from top to bottom (arrows 4) in the anode supply slots (not shown); in the space between the anode and the cathode, it is subdivided into two horizontal plies such as 5 and 6, of small thickness, which separate from one another; then, concurrent horizontal plies such as 6 and 7 are taken up in vertical plies 8 flowing from bottom to top (arrows 9) in the evacuation slots of the anode (not shown).
The supply 4 and discharge 8 plies are produced by corresponding slots connected respectively to means for supplying and discharging the electroLyte, according to an arrangement which is schematically illustrated in FIG. 2.
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This Fig. 2 is a plan view of an anode according to the invention, which comprises a body 10 arranged transversely to the cathode 1.
The body 10 of the anode has an inlet (11) and an outlet (12) of the electroLyte, connected respectively to external supply and evacuation means which are not shown. The body 10 of the anode comprises a distribution chamber connected to the inlet 11 and connected to supply branches 13 in which the supply slots 14 are formed, drawn in solid lines, which open into the space included between cathode 1 and body 10 of the anode. These branches and supply slots are traversed by the vertical electrolyte layers symbolized by the descending arrows 4.
After a short path parallel to the cathode, the electrolyte is taken up by the evacuation slots 15, drawn in broken lines which, by evacuation branches 16 and a collection chamber, return it to the exit 12. The slots and the evacuation branches are traversed by the vertical sheets of eLectroLyte symbolized by the ascending arrows 8. In this schematic illustration, the supply branches 13 are separated from the evacuation branches 16 by a wall in Labyrinth 17.
The advantage of such an arrangement is that the variable pressure losses along a supply branch are compensated by the pressure losses varying in opposite directions. The tong of a drainage branch. This results in a homogeneous flow of the electrolyte over the width of the strip.
In Fig. 3, there is shown schematically an interesting implementation of an anode of the type illustrated in FIG. 2, implementation in which the body 10 of the anode is composed of a plurality of transverse plates 18, 19, 20, 21, arranged perpendicularly relative to the plane of the cathode 1.
The constitution of this anode will be more easily understood by referring to FIG. 4, in particular Åa FIG. 4a, which partly represents a section along Line A-A 'of FIG. 3. The body of the anode 10 is composed of a series of plates such as 18.19, 20.21 juxta-
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laid and assembled by appropriate means, for example bolts 22. Since the configuration of the anode assembly is repetitive, it will suffice to describe the relative arrangement of four plates such as 18, 19, 20 and 21.
These plates are arranged vertically, and their underside is located at a very short distance from the upper surface of the cathode 1 to be coated. They are made of graphite or an electrically conductive and electrolyte resistant alloy. On the right side of the odd plates (19,21), a half-channel 23 and a half-slot 24 have been produced for the evacuation. of the electrolyte, while in the left face of these same odd plates (19,21), a half-channel 25 and a half-slot 26 have been machined intended for the supply of electrolyte.
Conversely, on the left side of the paired plates (18, 20), a half-channel 27 and a half-slot 28 intended for the evacuation of the ElectroLyte have been produced on the one hand, while on the right side of these same paired plates (20) a half-channel 29 and a half-slot 30 have been machined intended for the supply of electrolyte The assembly of the plates makes it possible to form the channels and the slots for supplying and discharging the electrolyte. Of course, the end plates such as 18 are not machined on their outside face. The body 10 of the anode also comprises bars 31 of copper which are housed in grooves made in the plates 19, 20 and which penetrate up to the vicinity of the supply channels 25, 29.
To ensure the tightness of the assembly, the contact surfaces between the plates are lined with seals such as 32.33. By the way, the evacuation slots 24, 28 are advantageously discontinuous in the transverse direction of the strip, as shown in FIG. 4b. The split sections are separated by short contact zones which practically do not disturb the discharge flow of the electroLyte, but which ensure a mecanic contact between the plates 18 and 19 in the event of an increase in the pressure in The feed slots 26.30.
Plates 18,19 cannot flex due to this contact. IT IS THEREFORE POSSIBLE TO INCREASE THE ELECTROLYTE SUPPLY PRESSURE AND THEREFORE IMPROVE THE PERFORMANCE OF THE CELL
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run the risk of causing deformation of the entire anode.
As shown in FIG. 3 and in accordance with the arrangement shown schematically in FIG. 2, The channels 24, 29 and the supply slots 26, 30 communicate with the inlet 11 of the electrolyte, while the channels 23, 27 and the discharge slots 24, communicate with The outlet 12 of L 'electrolyte.
This arrangement is particularly interesting, since the slots and the channels can be produced by simple machining operations on the various plates.
In certain circumstances, however, it is not possible to manufacture transverse plates which are sufficiently resistant. It is then possible to use another variant of the electrode in accordance with the invention.
This variant is illustrated schematically in FIGS. 5 and Figs. 6a and 6b which respectively show a plan view, a partial section along line A-A 'and a lower view along arrow B. The body 10 of the anode is composed of a plurality of modular elements 34 including the Width is determined by the existing machining possibilities. These elements are arranged obliquely by
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relative to the direction of movement of the strip 1. FIGS. 6a and 6b show the channels 25 and the supply slots 26 as well as the channels 27 and the discontinuous slots 28 for discharging the electrolyte.
This oblique arrangement makes it possible to mask the discontinuity effect caused by the joints between the various modular elements, by distributing these joints over the entire width of the strip.
Fig. 7 ILLUSTRATED The configuration of an electrode according to the invention profiLes to correspond to a cylindrical substrate. In this variant, the plates such as 20, 21 have a trapezoidal section. The various channels and the various slots are also produced by simple machining operations. The pla-
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they must be assembled by appropriate means which guarantee compliance with the curvature of the assembly.
One can of course imagine other embodiments of the channels and slots for supplying and discharging the electrolyte, without departing from the scope of the present invention.
Fig. 8 shows, by a cross section similar to that of FIG. 4a, The constitution of an anode in which the channels are formed by a suitably folded metal sheet.
The sheet 17, for example made of titanium, is folded so as to form successive folds which alternately constitute channels or branches 13 for supply and discharge 16 of the electrolyte. To ensure the
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overall rigidity of the anode, the folds of the sheet 17 have the form of alternate trapezoids, the large bases of which are welded respectively to an upper plate 35 and to a lower plate 36, both parallel to the underside of the body The anode 10. By the very nature of the bending, only the large bases of the trapezoids are formed by sheet 17, while the small bases of these trapezes are closed only by said plates 35 and 36.
In the area of the bottom plate 36 which closes the small base of the supply channels 13 are drilled supply orifices 37 distributed over the width of the anode. Likewise, in the large bases of the evacuation channels 16 welded to this same lower plate 36, are drilled orifices evacuation 38 distributed over the width of the anode. The supply orifices 37 and the discharge orifices 38 communicate respectively with supply slots 14 and discharge slots 15 comprised between transverse bLocs 39.
These blocks 39 are removable and can be easily replaced to modify the width of the slots or to restore the desired width of a slot in the event of excessive widening, for example as a result of the wear of a block.
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The relative arrangement of the bottom plate 36, the holes 37, 38 and the blocks 39 with the slots 14, 15 is illustrated in perspective in
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The box in FIG. 8.
The blocks 39, the lower 36 and upper 35 plates as well as the folded sheet 17 form the circuit for supplying the anode with electric current; all these elements are then preferably made of titanium, as are the upper profiles, marks of a Leche
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broken, which symbolize the connection of the anode Åa the source of electric current.
Fig. 9 illustrates, in vertical section A-A 'and in horizontal section C-C', another way of making the supply channels 13 and discharge 16 of the electrolyte, by means of parallel vertical separation walls 17. These walls are provided with cylindrical bulges 40 in which are pierced passages through which tie rods 41. These tie rods 41 serve firstly to fix the walls 17 to upper 35 and lower 36 horizontal plates and secondly to bring the electric current to the blocks 39.
The feed channels 13 are connected to the feed slots 14 by feed orifices 37 drilled in the bottom plate 36; likewise, the evacuation slots 15 are connected to the evacuation channels 16 by evacuation orifices 38 drilled in the lower plate 36.
The walls 17 as well as the upper 35 and lower 36 plagues can be made of a composite material resistant to the electrolyte, for example of epoxy resin reinforced with glass fibers.
The electric current is supplied by the tie rods 41, one end of which is for example screwed in the blocks 39 and the other end of which has a head which, by a copper plate 32 and a spring 43, bears on the plate upper 35. The copper plate 42 is connected to a source of electric current by known means.
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The electrode according to the invention can be placed at a very small distance from the substrate to be coated, since the electrolyte travels only a very short path between the anode and the cathode; It therefore does not suffer from high pressure drops and moderate pressure. It provides very favorable speed and turbulence at the electrolytic depot.
The electrically active parts cover the entire surface of the electrode, with the exception of the small portion corresponding to the supply and discharge slots of the electroLyte. The electrode therefore ensures a homogeneous distribution of the electric current with low ohmic losses, which leads to an excellent yield of
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The operation. Finally, the entire surface of the substrate undergoes a homogeneous scanning by the electrolyte, which also promotes homogeneity and the yield of the coating deposition.