Dispositif pour Le dépôt électrolytique d'un métal et son procédé d'utilisation.
La présente invention concerne un dispositif pour Le dépôt électroLytique d'un métal sur un substrat mobile. L'invention porte également sur le procédé d'utilisation d'un tel dispositif, ainsi que sur Le produit obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé.
Pour fixer les idées, la description qui va suivre sera principalement consacrée à un dispositif destiné à La fabrication d'une feuille extra-mince, ci-après appelée foil, de préférence en fer, par dépôt électrolytique en continu sur un substrat mobile et séparation ultérieure du foil et du substrat. L'invention n'est cependant pas Limitée à cette seule application, et elle s'étend d'une manière tout aussi avantageuse à La formation d'un dépôt électrolytique permanent, en particulier au revêtement électrolytique d'une bande d'acier.
Le dispositif de l'invention appartient au type décrit dans le brevet BE-A-08701421, qui révèle une électrode comprenant un corps dont une paroi, profilée de façon à épouser La forme du substrat, est composée d'éléments électriquement conducteurs alternant avec des éléments électriquement isolants. Cette paroi délimite avec le substrat mobile un intervalle d'électrolyse dont La hauteur ne varie pas au cours du temps. On sait que, dans une cellule d'électrolyse du type envisagé ici, cette électrode est habituellement l'anode, tandis que Le substrat constitue La cathode sur laquelle se déposent les ions métalliques positifs.
Le brevet précité révèle notamment une disposition particulière dans laquelle certains éléments électriquement conducteurs de ladite anode présentent une polarité inversée, c'est-à-dire présentent un potentiel électrique négatif par rapport au potentiel du substrat. Une telle disposition permet d'intensifier Les effets des courants pulsés en améliorant notamment la finesse de grain du dépôt et en réduisant la porosité de ce dépôt.
Cette disposition conduit cependant aussi à certains inconvénients, du fait que les éléments électriquement conducteurs à polarité inversée constituent en fait localement des cathodes vis-à-vis du substrat. Il en résulte un dépôt indésirable de métal sur ces éléments cathodiques, qui entraîne localement la formation de surépaisseurs croissantes sur La paroi de l'électrode et par conséquent un rétrécissement progressif de l'intervalle d'électrolyse. De tels dépôts modifient les conditions électriques et hydrodynamiques de fonctionnement de la cellule d'élec-
<EMI ID=1.1>
ments cathodiques avec Le substrat mobile.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif qui permet de remédier à ces inconvénients tout en conservant les avantages précités en matière de finesse de grain et de porosité du dépôt.
Conformément à La présente invention, un dispositif pour le dépôt électrolytique d'un métal sur un substrat mobile, qui comprend une électrode présentant au moins une paroi dont la surface extérieure est située en face dudit substrat avec lequel elle délimite un intervalle d'électrolyse, et dans lequel ladite paroi est constituée d'une pluralité d'éléments électriquement conducteurs séparés par des éléments électriquement isolants, est caractérisé en ce que Le premier et le second éléments électriquement conducteurs d'au moins une paire d'étéments électriquement conducteurs voisins séparés par un élément électriquement isolant sont raccordés respectivement à une première et à une deuxième sources de courant électrique continu,
en ce que Les autres éléments électriquement conducteurs sont raccordés à la borne positive d'une troisième source de courant électrique continu dont La borne négative est raccordée audit substrat, et en ce qu'il est prévu des moyens de commutation permettant de raccorder d'une part lesdits premier et second éléments électriquement conducteurs sélectivement à La borne positive ou à la borne négative desdites première et deuxième sources de courant électrique continu auxquelles lesdits premier et second élements électriquement conducteurs sont respectivement associés, et d'autre part l'autre borne desdites première et deuxième sources de courant électrique continu à La borne négative de ladite troisième source de courant électrique continu.
Suivant une réalisation particulière du dispositif de l'invention, plusieurs desdites paires d'éléments électriquement conducteurs raccordés auxdites première et deuxième sources de courant électrique continu sont intercalées périodiquement entre les autres éléments électriquement conducteurs raccordés à La borne positive de ladite troisième source de courant électrique continu.
Egalement selon une caractéristique intéressante du dispositif de l'invention, au moins une partie des éléments électriquement isolants présente une ou plusieurs portions en saillie dans ledit intervalle d'électroLyse.
Cette disposition permet d'allonger le chemin des lignes de courant de fuite dans l'électrolyte entre des éléments conducteurs successifs de polarité opposée et de réduire ainsi les pertes par effet Joule dans l'électrolyte et le dépôt de métal sur les éléments cathodiques précités, provoqués par ces courants de fuite.
D'autres particularités et avantages du dispositif de l'invention, ainsi que son procédé d'utitisation, apparaîtront clairement à La lec-ture de La description qui va suivre et qui fait référence aux dessins annexés, dans Lesquels La figure 1 illustre une disposition de principe des paires d'éléments électriquement conducteurs dont La polarité par rapport au substrat peut être inversée, conformément à La présente invention; La figure 2 montre une portion d'une paroi d'électrode particulière,avec Le raccordement électrique des divers éléments électriquement conducteurs; La figure 3 illustre le principe de l'inversion de La polarité des éléments électriquement conducteurs constituant une paire, suivant L'invention; et La figure 4 représente le diagramme de l'évolution des potentiels électriques pendant un mode d'inversion particulier.
Ces figures constituent bien entendu des représentations schématiques qui ne respectent aucune échelle particulière. Les sens de circulation de l'électrolyte d'une part et du substrat d'autre part sont indiqués par des flèches. De plus, des éléments identiques ou analogues sont désignés, dans toutes les figures, par les mêmes repères numériques que dans Le brevet BE-A-08701421 précité.
Dans La figure 1, on a illustré le principe de la disposition des éléments électriquement conducteurs dans la paroi d'une électrode d'une cellule d'électrolyse. Une portion de paroi 10, faisant partie d'une électrode symbolisée par un fragment 1, délimite avec Le substrat 2 un intervalle d'électrolyse 11 alimenté en électrolyte par tout moyen approprié. Le substrat 2 se déplace dans le sens de la flèche g . La paroi 10 est constituée d'une pluralité d'éléments électriquement conducteurs 15, 15a, 15b alternant avec une pluralité d'éléments électriquement isolants 16, 16a, 16b.
Des éléments électriquement conducteurs voisins tels que 15a, 15b constituent une paire d'éléments raccordés respectivement par des conducteurs (Y) et (Z) à une première et à une deuxième sources de courant électrique continu 14a, 14b par l'intermédiaire de commutateurs 17a, 17b respectivement. Les autres éléments électriquement conducteurs 15 sont reliés à La borne positive (X) d'une troisième source de courant électrique continu 14, dont.la borne négative (P) est raccordée au substrat 2 par L'intermédiaire de contacts 13. Les commutateurs 17a, 17b permettent de raccorder une borne des sources de courant électrique continu 14a, 14b respectivement aux éléments électriquement conducteurs 15a, 15b et l'autre borne de ces sources 14a, 14b à La borne négative (P) de la troisième source de courant élecrique continu 14.
Les éléments électriquement isolants 16, 16a, 16b sont pourvus de saillies 18 destinées à prolonger Le chemin des Lignes de courant entre deux éléments conducteurs tels que 15 et 15a, 15 et 15b, 15a et
15b, qui présentent périodiquement des polarités opposées.
La figure 2 montre une réalisation particulière d'une paroi d'électrode appartenant globalement au type illustré dans la figure 1. Dans cette réalisation particulière, des fentes 5 ménagées dans Les éléments électriquement conducteurs 15, 15a, 15b assurent l'introduction de l'électrolyte suivant Les flèches c dans l'intervalle d'électrolyse
11, tandis que l'évacuation de l'électrolyte est réalisée suivant les flèches d, par Les fentes 6 ménagées dans les éléments électriquement isolants 16, 16a, 16b. Les éléments électriquement conducteurs 15 sont raccordés à la borne positive X d'une source de courant électrique continu 14; dans la suite de la description, ces éléments
15 seront appelés anodes principales.
La borne négative P de la source de courant électrique continu 14 est raccordée en permanence au substrat 2, par l'intermédiaire d'organes de contact symbolisés par un rouleau 13.
Parmi les anodes principales 15 sont disposés des éléments électriquement conducteurs 15a et 15b, appelés électrodes secondaires, qui sont raccordés par Les lignes Y et Z respectivement aux sources de courant électrique continu 14a et 14b. Dans ces Lignes de raccordement Y et Z sont montés des commutateurs 17a et 17b, permettant de raccorder la ligne Y, respectivement la ligne Z, sélectivement à la borne positive ou à la borne négative de la source 14a, respectivement de la source
14b; l'autre borne desdites sources 14a, 14b est, dans tous les cas, raccordée à La borne négative P de la source de courant électrique continu 14.
Les éléments électriquement conducteurs et les éléments électriquement isolants ont respectivement une longueur mesurée suivant la direction de déplacement du substrat 2, qui peut varier suivant la position et La fonction de ces divers éléments. Les anodes principales, c'est-à-dire les éléments 15, ont une longueur A fixée notamment par des raisons électriques; elles sont séparées par des éléments isolants de longueur B, celle-ci pouvant d'ailleurs être nulle puisque tous les éléments 15 se trouvent au même potentiel. Les éléments électriquement conducteurs 15a et 15b présentent de préférence une même longueur A', puisqu'ils jouent alternativement le même rôle électrique; cette longueur A' peut être différente de A.
Les éléments électriquement isolants 16a et 16b présentent de préférence une même longueur B', puisqu'ils séparent des éléments conducteurs se trouvant à des potentiels différents; cette longueur B' ne peut pas être nulle.
Enfin, les éléments électriquement isolants 16, 16a, 16b présentent des portions 18 saillantes dans l'intervalle d'électrolyse 11. En plus du rôle électrique indiqué plus haut, ces portions saillantes 18 assurent que le substrat 2 ne peut pas entrer en contact avec Les éléments électriquement conducteurs 15, 15a, 15b de La paroi 10.
Conformément à L'invention, ce dispositif fonctionne de la façon suivante. Ce fonctionnement est illustré dans La figure 3.
Les anodes principales 15 sont raccordées en permanence à la borne positive X de La source de courant électrique continu 14, et Le substrat 2 est raccordé en permanence à la borne négative P de cette
<EMI ID=2.1>
principales 15 et le substrat 2 reste constante, les anodes principales 15 restant toujours positives par rapport au substrat 2, comme le montre le tracé (x) de la figure 3. Au droit des anodes principales 15, le métal se dépose dès lors normalement sur le substrat 2.
En ce qui concerne les électrodes secondaires 15a et 15 b, il est nécessaire, conformément à l'invention, d'une part qu'à un intant quelconque le potentiel électrique d'une de ces électrodes secondaires soit positif par rapport au potentiel du substrat 2 et que Le potentiel électrique de l'autre électrode secondaire soit négatif par rapport au potentiel du substrat 2, et d'autre part que les potentiels électriques de ces deux électrodes secondaires 15a et 15b soient inversés avec une fréquence prédéterminée.
Les tracés (y) et (z) de La figure 3 montrent, à titre d'exemple, qu'à un même instant initial t , l'électrode secondaire 15a est positive par rapport au substrat 2, tandis que l'électrode secondaire 15b est négative par rapport à ce substrat 2. Cela signifie que La ligne Y est raccordée à la borne positive de la source de courant 14a et que La Ligne Z est raccordée à la borne négative de La source de courant 14b, la borne négative de la source de courant 14a et la borne positive de La source de courant 14b étant toutes deux reliées à la borne négative P de la source de courant 14. Ces conditions prévalent jusqu'à un
<EMI ID=3.1>
sur le substrat 2 au droit de l'électrode secondaire 15a, mais au droit de l'électrode secondaire 15b, ce métal se dépose sur cette électrode secondaire 15b tout en se dissolvant sur Le substrat 2.
<EMI ID=4.1>
tateurs 17a, 17b, de façon à rendre Les électrodes secondaires 15a et
15b respectivement négative et positive par rapport au substrat 2.
<EMI ID=5.1>
le dépôt de métal sur le substrat 2 au droit de l'électrode secondaire
15b, ainsi que La dissolution du dépôt formé sur cette électrode se-
<EMI ID=6.1>
dépose sur l'électrode secondaire 15a et se dissout sur le substrat au droit de cette électrode secondaire 15a.
<EMI ID=7.1>
rétablit la situation initiale et Le cycle qui vient d'être décrit se répète à la fréquence désirée.
Cette fréquence de commutation peut être choisie telle que l'épaisseur du dépôt formé sur L'une ou L'autre des électrodes secondaires ne dépasse pas une fraction prédéterminée de la hauteur de l'intervalle d'électrolyse. A cet égard, il a été trouvé intéressant que ; l'épaisseur de ces dépôts ne dépasse pas 25 %, et de préférence 10 %, de la hauteur de l'intervalle d'électrolyse. On évite ainsi le risque d'endommager mécaniquement le dépôt formé sur le substrat 2, notamment en cas de mouvement du substrat perpendiculairement à son plan ou par suite de défauts de planéité du substrat.
Conformément à une autre variante du procédé de l'invention, on inverse à des instants différents les polarités respectives des deux éléments électriquement conducteurs constituant une paire, et on inverse lesdites polarités à des instants tels que la période pendant laquelle chacun desdits éléments électriquement conducteurs est négatif soit plus longue que la période pendant laquelle Ledit élément électriquement conducteur est positif, les polarités desdits éléments électriquement conducteurs étant toujours considérées par rapport au substrat.
Cette variante est illustrée par la figure 4, dans laquelle on n'a reproduit que Les tracés (y) et (z) correspondant à l'évolution des polarités des lignes Y et Z de La figure 1. On voit que les périodes
<EMI ID=8.1>
absolument instantanée; cette inclinaison a été exagérée pour la clarté du dessin.
La durée d'une période de polarité positive est avantageusement supérieure à 80 % de la durée d'une période de polarité négative.
Egalement selon l'invention, le déséquilibre électrique résultant de cette différence de durée est compensé par le choix d'une densité de courant différente suivant La polarité de chaque électrode secondaire.
On peut ainsi assurer que l'épaisseur de la couche de métal déposé sur les électrodes secondaires reste en moyenne constante, de préférence nulle, pendant la durée totale d'une période négative et d'une période positive de ces électrodes secondaires.
La figure 4 montre également que le décalage des instants de commutation permet d'éviter que les deux électrodes secondaires présentent simultanément un potentiel nul, car cette situation conduirait à une absence de pulsation spatiale du courant d'électrolyse pendant le temps des opérations d'inversion des polarités.
IL va de soi que la présente invention n'est pas strictement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et illustrés. Par exemple, il ne sortirait pas du cadre de l'invention de réaliser simultanément la commande de plusieurs cellules d'électrolyse, ou de prévoir que les deux éléments électriquement conducteurs d'une même paire puissent être négatifs ou positifs simultanément, ou encore de régler séparément les densités de courant des différents éléments électriquement conducteurs.
REVENDICATIONS
1. Dispositif pour Le dépôt électrolytique d'un métal sur un substrat mobile (2), qui comprend une électrode présentant au moins une paroi
(10) dont la surface extérieure est située en face dudit substrat avec lequel elle délimite un.intervalle d'électrolyse (11), et dans lequel ladite paroi est constituée d'une pluralité d'éléments électriquement conducteurs (15, 15a, 15b) séparés par des éléments électriquement isolants(16, 16a, 16b), caractérisé en ce que le premier (15a) et Le second (15b) éléments électriquement conducteurs d'au moins une paire d'éléments électriquement conducteurs voisins séparés par un élément électriquement isolant (16b) sont raccordés respectivement à une première (14a) et à une deuxième (14b) sources de courant électrique continu, en ce que Les autres éléments électriquement conducteurs (15) de ladite paroi sont raccordés à la borne positive (X) d'une troisième source de courant électrique continu (14) dont la borne négative (P)
est raccordée audit substrat mobile (2), et en ce qu'il est prévu des moyens de commutation (17a, 17b) permettant de raccorder d'une part lesdits premier (15a) et second (15b) éléments électriquement conducteurs sélectivement à La borne positive ou à la borne négative desdites première (14a) et deuxième (14b) sources de courant électrique continu auxquelles ledit premier et second éléments électriquement conducteurs sont respectivement associés, et d'autre part L'autre borne desdites première (14a) et deuxième (14b) sources de courant électrique continu à la borne négative (P) de ladite troisième source de courant électrique continu (14).