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ELectrode destines a une cellule d'électrolyse. La presente invention est relative a une electrode destinée à une cellule d'electrolyse du type utilise notamment pour operer Le épôt d'un revêtement métallique, adhérent ou détachable, sur un substrat.
Le rendement d'une opération de dépôt électrolytique ainsi que la qualité du dépôt formé requierent l'utilisation d'une densité de courant élevée. En effet, celle-ci conditionne d'une part La durée de l'opération, c'est-à-dire la vitesse d substrat et l'encombrement de l'installation de depot si le substrat est en mouvement, et d'autre part la compacité, ou inversement la porosité, du revétement depose.
La réalisation de hautes densites de courant, par exemple superieures
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2 à 100 A/dm, nécessite une turbulence élevee, c'est-a-dire une vitesse élevée, de l'electrolyte dans l'espace compris entre l'anode et la cathode. De plus, il est souhaitable de reduire autant que possible les pertes d'énergie par effet Joule, tant dans l'électrolyte que dans Les circuits d'alimentation électrique. A cet effet, il convient d'une part de minimiser la distance entre l'anode et La cathode de la cellule, et d'autre part assurer l'alimentation Lectrique de l'anode au moyen de conducteurs à faible résistance jusqu'Åa proximité immédiate de l'intervalle entre l'anode et la cathode.
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IL existe déjà, dans La technique, de nombreuses dispositions de cellutes d'électrolyse associées à diverses methodes d'introduction de l'électrolyte entre l'anode et La cathode.
On peut notamment se référer à La demande de brevet BE-A-08700561 du même demandeur, qui décrit une électrode comportant un corps d'élertrode pcurvu d'une pLuralité de fentes étroites paraLLeLes servant, en disposition alternée, respectivement à l'alimentation et a L'evacuation de L'eLectroLyte.
La poursuite des recherches du demandeur a cependant montre que cette électrode connue ne permettait pas encore d'obtenir avec certitude un
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depot presentant une epaisseur suffisamment uniforme suivant La lar- geur du substrat. IL est en effet apparu que la pression de (.'eLectro- Lyte augmentait depuis L'extrémité ouverte jusqu'à L'extremiste fermee des canaux d'alimentation ; il en résulte une vitesse variable de circulation de l'électrolyte dans l'intervalle de dépôt et par consequent une epaisseur de dépôt qui n'est pas uniforme sur la Largeur du substrat.
A partir de cet etat de la technique, la présente invention propose une électrode pour une cellule d'électrolyse, en particulier une anode, qui permette de remédier à l'inconvénient precite et qui assure des lors la formation d'un revêtement d'epaisseur uniforme, aussi bien dans Le sens longitudinal que transversal. Cette amelioration est atteinte, grâce Åa l'invention, sans affecter défavorablement les aspects avantageux de L'électrode connue, en particulier le court trajet de l'électrolyte entre L'anode et la cathode.
Conformément à la presente invention, une eLectrode pour une cellule d'électrolyse destinée au depôt d'un revêtement métallique sur un substrat, qui comprend un corps d'eLectrode comportant des moyens d'alimentation en courant électrique et presentant au moins une surface profilée de façon correspondant à la surface dudit substrat, Ledit corps d'electrode présentant une pluralité de fentes étroites paraLLeLes qui debouchent dans ladite surface profilée et qui sont
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reLiees à des canaux transversaux raccordés en alternance Åa des moyens d'alimentation, respectivement d'évacuation de l'électrolyte,
est ca- ractensee en ce que Lesdits canaux transversaux sont délimités par
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des profiLes disposes parallèlement L'un a L'autre et a une certaine distance L'un de L'autre, en ce que Lesdits profiLes présentent au moins une face profilée et en ce que lesdits profilés sont fixes in- dividuellement à un support de teLLe façon que Lesdites faces profi-
Lees constituent Ladite surface profilée du corps d'electrode Selon L'invention, iL est prévu des joints d'étanchéité entre Les profilés et Le support, de façon à empêcher tout contact entre Les moyens de fixation des profilés audit support et l'électrolyte.
Selon une variante perticulière de réalisation de L'invention, lesdits profit. es sont de type I et iLs sont séparés dudit support au moyen de joints rectilignes placés transversalement.
Dans une disposition de ce genre, chaque profile sépare un canal d'alimentation et un canal d'evacuation de l'électrolyte, et les joints d'étanchéité rectilignes contribuent à cette séparation en empêchant tout passage d'éLectroLyte entre un profilé et le support.
Selon une variante interessante de realisation de L'invention, Lesdits profilés sont de type U et ils sont pourvus, à l'extrémité d'au moins une des ailes, d'une semeLLe portant Ladite face profiLée.
Avec une teLLe disposition, Le voLume interieur d'un profil en U constitue de preference un canal d'alimentation, tandis que Le volume compris entre deux profiles forme un canal d'évacuation de l'électrolyte. SeuLs les moyens de fixation mécanique et/ou de raccordement électrique des profiLes sont ici entoures par des joints d'étanchéité, qui ne sont ainsi soumis qu'à la pression peu eLevee regnant dans Les canaux d'evacuation de L'eLectroLyte.
IL ne sortirait évidemment pas du cadre de L'invention de prévoir Les canaux d'alimentation entre Les profilés et les canaux d'evacuation à l'interieur de ces profiLes.
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Dans Le cadre de La présente invention, (.'eLectrode peut présenter differents moyens pour garantir La formation d'un dépôt d'épaisseur uniforme suivant la largeur du substrat.
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0n a dejä indiqué plus haut que Les canaux d'alimentation fermes à une extremite provoquaient une augmentation de La pression de L'eLectroLyte au voisinage de cette extrémité fermée. La présente invention propose de modifier La géométrie des fentes et/ou des canaux d'alimentation, afin de minimiser les effets de cette augmentation de la pression de L'eLectroLyte.
Dans une première forme de realisation, un canal d'aLimentation en Electrolyte présente une section transversale variable en direction de son extrémité fermée. Une telle variation de section permet de compenser l'augmentation de la pression et d'en supprimer par conséquent les effets défavorables.
Une autre forme de realisation consiste à faire varier la largeur des fentes d'alimentation en direction de L'extremite fermée du canal d'alimentation correspondant. Une telle Variation de largeur permet d'uniformiser La vitesse de L'eLectroLyte, et par consequent sa tur- bulence, suivant La largeur du substrat.
Selon encore une autre forme de réalisation, la surface du corps de l'anode est profiLee transversalement de telle façon que l'intervalLe de depot correspondant à au moins un canal d'alimentation presente une épaisseur variable en direction de L'extremite fermee de ce canal. Une telle variation d'epaisseur a egaLement pour effet de modifier la section de passage et de limiter ainsi L'augmentation de la vitesse et La turbulence de L'eLectroLyte suivant la largeur du substrat.
IL ne sortirait d'ailleurs pas du cadre de la presente invention de combiner au moins deux de ces formes de reaLisation, ou de réaliser des modifications correspondantes dans les fentes et/ou les canaux d'evacuation de l'electroLyte.
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Toujours selon L'invention, Les canaux sont groupes par paires, chaque paire comprenant un canal d'alimentation et un canal d'evacuation de
L'electrolyte, les deux canaux d'une même paire sont fermes à une de leurs extremites voisines et sont raccordes, par leur autre extrémité, à des moyens d'alimentation, respectivement d'évacuation de l'étectrolyte, et Lesdites paires de canaux sont disposées tête-bêche,
les extrémités fermées des canaux de L'une quelconque desdites paires etant voisines'des extrémites ouvertes des canaux de Ladite ou desdites paires adjacentes.
Selon'une autre disposition, chaque canal est raccorde par ses deux extremites à des moyens d'alimentation, respectivement d'evacuation de l'électrolyte, les canaux d'alimentation et les canaux d'evacuation se succédant en alternance dans le sens longitudinal de l'électrode.
Selon encore une autre disposition, les deux extrémités de chaque canal sont fermées, et les moyens d'alimentation, respectivement d'evacuation, de l'electrolyte sont raccordes en plusieurs points distribunes transversalement par rapport au substrat, suivant La longueur des canaux respectifs.
Bien entendu, iL ne sortirait pas du cadre de L'invention de combiner plusieurs de ces dispositions, par exemple en prévoyant une alimentation, respectivement une évacuation, de L'electrolyte à La fois par les extremites et par les points transversaux dans au moins une partie desdits canaux, eventueLLement en combinaison avec une variation de. L'une ou L'autre caractéristique géométrique, comme on L'a indique plus haut.
En particulier, une disposition interessante consiste à assurer une alimentation sous une pression differente dans La region des rives du substrat, afin de compenser une variation de l'épaisseur du depot en raison de La proximité des bords dudit substrat.
Selon une reaLisation particuliere interessante, lesdits moyens d'alimentation, respectivement d'evacuation, de l'électrolyte comprennent
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une pLuraLite d'elements Longitudinaux identiques qui comportent chacun leurs proores moyens de fixation mécanique et leurs propres moyens de raccordement électrique. De tels éléments sont juxtaposes suivant la c ; rection transversale du substrat, en un nombre correspondant à La plus grande Largeur de substrat à traiter dans l'installa, ion.
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Coriformemen e ceTte reaHsation particuLiere, chacun desdits eLements est avantageusement constitué de deux caissons allongés solidarisés par une paroi laterale, un desdits caissons etant relié à une conduite d'alimentation en électrolyte tandis que l'autre caisson est relie a une conduite d'évacuation de l'électrolyt; lesdits caissons sont disposes sensiblement horizontalement sous le support portant lesdits profilés transversaux. Le caisson d'alimentation est pourvu, dans sa face superieure, d'orifices le mettant en communication avec les canaux d'alimentation, tandis que le caisson d'évacuation est pourvu, dans sa face superieure, d'orifices Le mettant en communication avec
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Les canaux c'evacuation.
Chaque élément longitudinal est fixé individuellement au support sur lequel sont montes Les profiLes. L'ensembLe desdits elements peut d'ailleurs lui-même constituer le support; dans ce cas, Les éléments Longitudinaux sont fixés directement à la face inférieure desdits profilés, avec interposition des joints d'étanchéité indiques plus haut.
Chacun desdits éléments longitudinaux comporte sa propre alimentation et sa propre évacuation d'élecurolyte; il permet des lors de moduler ou éventuellement d'interrompre cette alimentation en fonction de La Largeur du substra en particulier dans les eLementS correspondant aux rives d'j substrat. Le raccordement des conduites d'alimentation est avantageusement reporté aux extrémités desdits elements, de façon à faciliter le raccordement des conduites d'évacuation Åa la partie inférieure desdits éléments.
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Chacun desdits eLements longitudinaux comporte egalement sa propre alimentation'en courant électrique, qui est avantageusement constituée par une plaque conductrice longitudinale disposée entre Les deux caissons constitutifs dudit eLement. Cette plaque est de preference raccordée par ses extrémités à une source de courant eLectrique, ce qui contribue également à dégager L'espace situé sous ledit élément. Une teLLe plaque joue en outre un rôle de raidisseur de t'element Longitudinal. l'alimentation électrique peut également étre modulée de façon indépendante pour chaque élément.
D'autres caracteristiques et avantages de La présente invention apparaîtront à la lecture de La description de divers modes de réalisation d'une électrode, donnee ci-dessous à titre d'exemple et en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels ta Figure 1 represente, en perspective, un corps d'electrode constitue de profiles I conformément à l'invention ; La Figure 2 montre une coupe verticale prise suivant La ligne I-I de La
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Fig. 1 ; La Figure 3 illustre en coupe une partie d'un corps d'eLectrode constitue de profiles U ;
La Figure 4 montre un moyen de fixation et de raccordement des profilés à un support, respectivement à un circuit électrique ; la Figure 5 illustre en élévation et en plan, chaque fois en coupe, diverses variations des caractéristiques géométriques; la Figure 6 represente quelques possibilites de raccordement des canaux aux moyens d'alimentation, respectivement d'evacuation de
L'eLectroLyte ; et la Figure 7 montre, en coupe, la section transversale d'un élément Longi- . tudinal assurant l'alimentation et l'évacuation de
L'eLectroLyte.
Ces figures sont des représentations schématiques, dans lesquelles les mêmes eLements ou des elements correspondants sont désignes par les mêmes reperes numériques. Les directions de circulation de l'electro- Lyte sont indiquees par des flèches.
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Faisant reference à la figure 1, on a représenté une portion d'anode, designee gLobaLement par Le repere numérique 1, composee de plusieurs
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profiLes en 1 2. Ces profiles sont disposés parallèlement L'un à L'autre et transversalement par rapport au substrat (non représenté) dont La dimension longitudinale, ou La direction du déplacement s'il est mobile, est symbolisée par La fLeche A.
Les profiles 2 sont attaches a un support 3 par des moyens de fixation non représentés dans La figure 1, avec interposition de joints d'étanchéité 4 rectilignes et disposes transversalement au substrat.
La figure 2 montre une coupe verticale, suivant la ligne I-I de la figure 1, à travers la portion d'anode 1 constituee des profilés paraLLeLes 2. Ces profilés sont séparés par une distance"e"qu'i cons* titue la largeur d'une fente d'alimentation, respectivement d'evacuation, de L'eLectroLyte. Cette distance "e" peut d'ailleurs etre differente selon qu'elle correspond à une fente d'alimentation ou à une fente d'evacuation. Les prof ; lés 2 sont attaches individueltement à un support 3 par des moyens de fixation, symbolisés ici par des écrous 5, qui seront decrits en détail plus loin. Ces moyens de fixation peuvent également etre utiLises pour assurer l'alimentation électrique de l'anode.
Entre La face arrière 6 des profilés et Le support 3 sont disposés des joints d'étanchéité 4. Les profiles présentent au moins une face 7, dite face avant, dont Le trace correspond b La forme de La surface du substrat, surface qui est ici symbolisée par Le trait mixte 8. Les volumes compris entre les profiles constituent alternativement des canaux d'alimentation 9 et d'évacuation 10 de L'eLectroLyte, indiqués respectivement par les flèches B et C. Les joints 4 empechent d'une part toute communication d'électrolyte d'un canal d'alimentation 9 à un canal d'evacuation 10 voisin et d'autre part tout contact de l'electroLyte avec les moyens de fixation et/ou d'alimentation électrique des profiles 2.
Ces moyens ne sont donc pas exposes à la corrosion par l'électrolyte.
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Dans la figure 3, on a représenté une partie d'un corps d'électrode constitue de profiles en U, suivant une interessante mise en oeuvre de l'invention. Ces profilés, reperes 11, sont fixes à un support 3, avec interposition de joints d'étanchéité 4, par des moyens de fixation 13 qui seront décrits en détail plus Loin. A l'extrémité des ailes des profiles 11 sont montees des plaques 12 parallèles au substrat 8, de façon à laisser subsister entre elles une fente de largeur e ou e', respectivement Åa l'intérieur d'un profilé ou entre deux profilés voisins. Ces largeurs e, e'peuvent être égaLes ou differentes.
L'espace intérieur de chaque profilé 11 constitue un canal d'alimentation 9 ou
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l'electrolyte arrive sous une pression élevée (flèche B) ; dans ce canal, l'électroLyte n'est en contact avec aucun joint d'etancheite. Les canaux d'evacuation sont constitues par les espaces 10 compris entre les profiles 11 et dans lesquels circule l'électrolyte sous basse pression (flèche C). Les joints d'etancheite 4 ne sont en contact qu'avec l'electrolyte sous basse pression ; ils assurent La protection des moyens de fixation contre tout contact avec ltelectrolyte.
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Dans Les figures 1 à 3, Le support 3 peut constituer Le fond d'un bas- sin colLecteur d'alimentation, respectivement d'evacuation de l'élec- troLyte, bassin qui n'est pas représenté dans ces figures.
Les moyens de fixation désigne symboliquement par 5 dans La figure 2 et par 13 dans la figure 3, assurent à ta fois la fixation individuelle des profiles 2,11 au support 3 et le raccordement électrique de ces profilés à une source de courant appropriée non représentée. La figure 4 illustre une réalisation particulière de ces moyens de fixation et de raccordement, qui d'une part assure un contact electrique faible resistance et une arrivée de courant jusqu'au canal d'alimentation et qui d'autre part permet un démontage individuel aisé de chaque profilé par simple desserrage d'ecrous si-
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tues à l'extérieur du circuit de L'eLectroLyte. IL est prevu plusieurs moyens de fixation de ce type repart-is sur La Longueur des profiles.
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La figure 4 montre, à titre d'exemple, La fixation mécanique et Le raccordement électrique d'un profilé 2 à un support 3 avec interposition de joints d'étanchéité 4. Une tige filetée 13 traverse Le support 3 et est vissée dans la base du profilé 2 ; elle est encadree par Les joints d'étanchéité 4 et n'est donc pas exposee à un contact avec l'électrolyte. Sur cette tige filetée sont ensuite montés une rondelle 14, un conducteur 15, tel qu'un càble plat ou une barre de cuivre, une seconde rondelle 16 puis un écrou 17 qui assure Le serrage requis pour la fixation mecamque et Le raccordement électríque.
Il est internes- sant d'utiliser un câble plat souple qui confère à l'électrode une certaine liberté de mouvement par rapport à La source de courant électrique, généralement fixe.
La figure 5 illustre la variation de trois caractéristiques géométriques de l'electrode, à savoir(a) aa Largeur d'un canal, (b) La Largeur d'une fente et (c) l'épaisseur de l'intervalie de dépôt. Dans chaque cas, elle presente une vue en eLevation, qui est une coupe verticale suivant la ligne B-B, et une vue en plan, qui est une coupe horizontale suivant la Ligne C-C. Ces variations permettent d'uniformiser La pression et par consequent la vitesse de l'électrolyte et ainsi l'épaisseur du dépôt selon la largeur L du substrat, schématisé en trait mixte.
Enfin, la figure 6 illustre diverses possibilités de raccordement des canaux de L'electrode aux moyens d'alimentation, respectivement d'eva- cuation de l'électroLyte.
La figure 6a montre ; en plan, un ensemble de quatre canaux 18,19, 20, 21 successifs, fermes à une de leurs extrémités, et groupes par paires disposees tête-bêche. Les traits tels que 22 tracés à l'intérieur de ces canaux symbolisent les fentes d'alimentation, respectivement d'évacuation. Chaque paire de canaux comprend un canal d'alimentation et un canal d'evacuation, indiques respectivement par les fLeches entrantes D et sortantes E. Dans cette disposition, l'entree du canal d'alimentation d'une paire est adjacente à la sortie du canal d'évacuation de la même paire tandis qu'elle est adjacente à L'extrémité
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fermee du canal d'évacuation de la paire voisine.
Une disposition ana- Logue prevaut pour Le canal d'evacuation d'une paire par rapport aux canaux d'alimentation voisins.
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Dans La disposition de ta figure 6b, Les canaux ne comportent pas d'extremiste fermée et ils sont. raccordés en alternance et par leurs deux extrémités à des moyens d'alimentation (fleches D), respectivement d'évacuation (flèches E) de l'électrolyte.
La figure 6c montre en Elevation, deux canaux successifs raccordés à des moyens d'alimentation (flèches D), respectivement d'évacuation (flèches E), de de L'et. ectrot. yte. Les points de raccordement sont repartis de façon apropriée suivant la largeur du substrat pour obtenir la distribution désirée de la vitesse de l'électrolyte et par conséquent de l'épaisseur du dépôt.
La disposition illustrée dans La figure 6d constitue une combinaison des deux solutions précédentes (figures 6b et 6c) qui permet de moduler Le débit de l'electrolyte pour tenir compte notamment d'une eventuelle influence d'un effet de bord sur la régularité de l'épaisseur du dépôt au voisinage des rives du substrat.
La figure 7 iLLustre en coupe transversale, un élément longitudinal constituant une réalisation particulière de t'invention. Ledit élément se compose de deux caissons allonges 23, 24, assembLés par soudage à la face inferieure du support 3. A titre indicatif, on a représenté en trait mixte un profilé 2 et un joint d'étanchéité rectiligne 4. Les deux caissons sont solidarises par une paroi Latérale, par l'inter- mediaire d'une pLaque conductrice 25, cette plaque tant elle-même soudée au support 3 pour assurer un bon contact électrique.
Dans la configuration illustrée, le caisson 23 est Le caisson d'évacuation qui est pourvu d'une conduite 26 d'évacuation de l'électrolyte. L'alimentation en electrolyte du caisson d'alimentation 24 ainsi que l'alimentation électrique de la plaque 25 sont reporteesaux extremites de l'element et ne sont pas représentées ici.
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Une électrode constituée par des profilés individuels, conformément a la présente invention, offre de nombreux avantages. Elle permet notamment de tenir compte de phenomenes lents, teLs que l'usure des rouleaux ou des fentes, ainsi que de phenomenes rapides tels qu'une rupture d'un profilé ou d'une attache, en facilitant le démiontage et Le remplacement du profilé endommage. Elle permet d'associer La fixa- tion mécanique et Le raccordement électrique des profiLes en un nombre suffisant de points repartis suivant la largeur du substrat ; eLLe permet cependant aussi de dissocier ces deux fonctions, en fixant les profiLes au support et en reliant indépendamment ce support a La source de courant électrique.
ELle offre également la possibilité de moduler l'alimentation en électrolyte et en courant électique pour garantir L'homogeneity et l'uniformité transversale du dépôt.
L'invention n'est pas Limitee strictement aux reaLisations qui viennent d'être décrites et illustrées à titre de simple exemple. Au contraire, eLLe englobe également les solutions equivaLentes entrant dans Le cadre des revendications qui suivent.