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Dispositif pour la fabrication d'un feuil métallique composite par dépôt électrolytique.
La présente invention concerne un dispositif pour la fabrication d'un feuil métallique composite par dépôt électrolytique. Elle porte également sur un procédé de fabrication d'un feuil métallique composite par dépôt électrolytique au moyen de ce dispositif.
Au sens de la présente demande, un feuil métallique est une feuille métallique dont l'épaisseur est inférieure à 100 am, et est de préférence comprise entre 15 et 60 am.
On connaît déjà, dans la technique, des dispositifs pour le dépôt électrolytique de revêtements sur les deux faces d'une bande d'acier, dans lesquels une roue à axe vertical guide ladite bande devant des éléments d'anode. Un exemple d'un tel dispositif est décrit notamment dans le brevet US-A-2,271, 735.
Ce dispositif connu présente plusieurs inconvénients importants. Il est limité au dépôt d'un revêtement permanent sur un substrat existant, tel qu'une bande d'acier. Ensuite, le revêtement des deux faces du substrat exige l'emploi de deux roues successives, ce qui augmente fortement les frais d'installation et de fonctionnement du dispositif, ainsi que son encombrement. Enfin, la trajectoire du substrat est limitée à une forme en arc de cercle, puisqu'elle est définie par une roue tournant autour d'un axe.
L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif pour la fabrication d'un feuil métallique par dépôt électrolytique, qui ne présente pas les limitations et les inconvénients précités. Le dispositif de l'invention permet en effet de fabriquer, dans une seule et même installation, un feuil métallique constitué de plusieurs couches, indépendant du substrat et selon une trajectoire qui n'est pas nécessairement circulaire.
Conformément à la présente invention, un dispositif pour la fabrication d'un feuil métallique composite par dépôt électrolytique, qui comporte une cathode présentant une surface verticale mobile horizontalement suivant
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une trajectoire fermée et une pluralité d'éléments d'anode disposés le long de ladite trajectoire de façon à délimiter avec ladite surface verticale un intervalle d'électrolyse de largeur constante, est caractérisé en ce que ladite pluralité d'éléments d'anode est divisée en au moins deux groupes d'éléments d'anode, en ce que lesdits groupes d'éléments d'anode sont séparés l'un de l'autre par des moyens d'étanchéité,
et en ce que chacun desdits groupes d'éléments d'anode comporte ses propres moyens d'alimentation en électrolyte et d'évacuation de l'électrolyte ainsi que ses propres moyens de raccordement électrique.
Avantageusement, chaque groupe d'éléments d'anode est raccordé à une source d'un électrolyte différent de l'électrolyte du groupe d'éléments d'anode qui le précède immédiatement.
Il est également intéressant que chacun desdits groupes d'éléments d'anode, y compris de préférence le dernier, considéré dans le sens de circulation de ladite surface verticale mobile, soit suivi de moyens de rinçage du feuil métallique. Ces moyens de rinçage ont pour but d'éviter l'entraînement de résidus d'électrolyte d'un groupe d'éléments d'anode dans le groupe suivant. Dans le cas du dernier groupe d'éléments d'anode, les moyens de rinçage permettent d'éliminer tout résidu d'électrolyte entraîné par le feuil.
Le dispositif de l'invention peut en outre comporter des moyens pour faire varier l'épaisseur des différentes couches métalliques qui constituent le feuil composite.
En particulier, il peut être prévu des moyens pour faire varier ou éventuellement pour interrompre l'alimentation électrique d'au moins une partie des éléments d'anode d'un ou de plusieurs desdits groupes. Il est ainsi possible de modifier ou même d'annuler la densité du courant d'électrolyse dans des éléments d'anode déterminés, et d'agir ainsi sur l'épaisseur de la couche métallique déposée dans lesdits éléments d'anode.
De manière connue en soi, le dispositif de l'invention peut comporter également des moyens pour séparer le feuil métallique composite et le substrat.
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Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un feuil métallique composite par dépôt électrolytique sur un substrat mobile.
Suivant ce procédé, on fait circuler un substrat cathodique suivant une trajectoire fermée, ledit substrat présentant une surface verticale qui se déplace horizontalement en face d'une pluralité d'éléments d'anode disposés le long de ladite trajectoire de façon à délimiter avec ladite surface verticale un intervalle d'électrolyse de largeur constante, on divise ladite pluralité d'éléments d'anode en au moins deux groupes d'éléments d'anode, on alimente chaque groupe d'éléments d'anode séparément avec un électrolyte différent de l'électrolyte alimentant le groupe d'éléments d'anode qui le précède immédiatement, on effectue le dépôt électrolytique de couches métalliques successives sur ladite surface verticale,
à partir des électrolytes respectifs dans lesdits groupes d'éléments d'anode et on sépare finalement le substrat et le feuil métallique composé desdites couches métalliques successives.
Dans le cadre de ce procédé, on peut faire varier différentes conditions opératoires en fonction notamment de l'épaisseur respective des différentes couches métalliques à déposer dans les groupes d'éléments d'anode successifs.
Le substrat étant en général constitué par un ensemble rigide, la vitesse de déplacement de ladite surface verticale est identique par rapport à tous les groupes d'éléments d'anode.
On peut cependant faire varier d'autres conditions, telles que le débit d'électrolyte, l'intensité du courant d'électrolyse ou encore le nombre d'éléments d'anode participant effectivement à l'électrolyse dans un ou plusieurs desdits groupes.
La présente invention sera exposée de manière plus détaillée dans la description d'une variante particulière de mise en oeuvre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels la Fig. 1 est une vue en plan d'un dispositif particulier pour produire un feuil métallique comprenant trois couches superposées ; et la
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Fig. 2 est une vue en coupe radiale à travers le dispositif d'électrolyse, suivant la ligne 1-1 de la Fig. 1.
Ces figures constituent des représentations schématiques, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes repères numériques dans les deux figures.
La Fig. 1 est une vue en plan d'un dispositif particulier, de forme essentiellement circulaire, destiné à produire un feuil métallique composé de trois couches déposées successivement.
La forme circulaire illustrée ici n'est nullement limitative de la portée de l'invention ; cette forme pourrait être différente, par exemple ovale ou elliptique, ou encore comporter des tronçons rectilignes et des tron- çons courbes, selon le mode d'entraînement du substrat mobile.
Le dispositif de la Fig. 1 comporte essentiellement une cathode rotative 1, qui décrit une trajectoire circulaire autour d'un axe vertical, et une pluralité d'éléments d'anode disposés le long de cette trajectoire circulaire. Dans la variante représentée, ladite pluralité d'éléments d'anode est divisée en trois groupes d'éléments d'anode 2,3, 4. Ces groupes d'éléments d'anode sont séparés l'un de l'autre par des espaces 5,6 ; de plus, il est prévu un espace plus grand entre les groupes d'éléments d'anode 2 et 4, dans lequel sont disposés des moyens pour séparer le feuil métallique et le substrat. Ces moyens sont symbolisés ici par un rouleau de renvoi 7.
Les éléments d'anode constituant les groupes 2,3 et 4 appartiennent ici de préférence au type décrit dans la demande de brevet BE-A-8901269.
La structure d'une cellule d'électrolyse comportant ce type d'anode est représentée schématiquement dans la Fig. 2, dans une vue en coupe radiale suivant la ligne 1-1 de la Fig. 1. La cathode rotative 1 se déplace dans le sens de la flèche Il. Dans la position de la coupe, la cathode 1 délimite avec le groupe 3 d'éléments d'anode un intervalle d'électrolyse 8 de largeur constante. Le groupe d'éléments d'anode 3 est équipé de moyens
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d'alimentation en électrolyte, tels qu'une conduite 12 avec une vanne 13.
L'électrolyte arrive dans l'intervalle d'électrolyse 8 à travers des orifices appropriés ménagés dans la face antérieure des éléments d'anode ; l'électrolyte usé est ensuite évacué par gravité, suivant les flèches 14 et il est recueilli dans un bac 15 d'où il est de préférence envoyé dans un circuit de régénération.
Il va de soi que ce type d'élément d'anode n'est mentionné que pour illustrer l'invention, mais que les éléments d'anode pourraient être de tout type approprié délimitant un intervalle d'électrolyse 8 avec la cathode rotative 1.
Revenant à la Fig. 1, les groupes successifs d'éléments d'anode, tels que 2 et 3,3 et 4, sont séparés l'un de l'autre par des cloisons étanches 9.
Une cloison étanche 10 peut également être prévue entre les deux groupes extrêmes d'éléments d'anode, à savoir ici 4 et 2 ; cette cloison 10 est de préférence placée à l'entrée du premier groupe, ici 2, pour ne pas constituer un obstacle à la sortie du feuil métallique hors du dernier groupe 4. Ces cloisons se prolongent jusqu'au bac 15, qu'elles divisent également en autant de compartiments séparés qu'il y a de groupes d'éléments d'anode. Chacun de ces compartiments est muni de ses propres moyens, non représentés, pour envoyer l'électrolyte correspondant dans un circuit de régénération distinct.
Chaque groupe d'éléments d'anode 2,3 et de préférence aussi 4, est suivi de moyens de rinçage 16, qui empêchent l'entraînement d'électrolyte d'un groupe d'éléments d'anode au groupe suivant, par le feuil métallique et/ou la cathode rotative. Ces moyens de rinçage 16 sont avantageusement disposés entre la fin d'un groupe d'éléments d'anode et la cloison étanche 9,10 qui sépare ledit groupe du groupe suivant.
Dans l'espace plus long qui sépare les groupes d'éléments d'anode 2 et 4 sont disposés des moyens pour séparer le feuil métallique du substrat 1 ; ces moyens sont symbolisés par un rouleau de renvoi 7, situé par exemple au-dessus d'une partie élargie du bac de collecte 15.
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Le dispositif de l'invention fonctionne de la façon suivante : La Fig. 1 montre un dispositif de dépôt électrolytique qui comprend une cathode rotative 1 autour de laquelle sont disposés trois groupes successifs d'éléments d'anode 2,3, 4 ; ces groupes d'éléments d'anode sont séparés les uns des autres par des cloisons étanches 9,10. De ce fait, le dispositif est conçu pour fabriquer un feuil métallique composé de trois couches superposées.
Par des moyens connus en soi et non représentés dans la Fig. 1, le dispositif est alimenté d'une part en courant électrique et d'autre part en électrolyte, chaque groupe d'éléments d'anode étant alimenté séparément.
Dans l'exemple représenté, les groupes d'éléments d'anode 2 et 4 peuvent être alimentés par un électrolyte constitué par une solution de chrome, tandis que le groupe d'éléments d'anode 3 utilise un électrolyte à base de fer.
On fait alors tourner la cathode dans le sens indiqué par la flèche Il. Il se dépose successivement sur la cathode 1 une première couche de chrome dans le groupe d'éléments d'anode 2, une couche de fer dans le groupe 3 et une seconde couche de chrome dans le groupe 4. L'épaisseur respective des différentes couches est déterminée par les conditions d'électrolyse régnant dans les différents groupes d'éléments d'anode. A densité de courant égale et pour un débit spécifique d'électrolyte identique dans les trois groupes d'éléments d'anode, les durées de dépôt, et par conséquent les épaisseurs des couches déposées, sont proportionnelles au nombre d'éléments d'anode des groupes respectifs.
Dans le cas du présent exemple, la couche de fer centrale sera nettement plus épaisse que les deux couches extérieures de chrome.
Le feuil métallique composite 17 ainsi obtenu, recueilli à la sortie 7 du dispositif de la Fig. 1, constituera en fait une bande très mince de fer revêtue de chrome sur ses deux faces.
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Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui a été décrit et illustré. D'une manière générale, on peut en effet concevoir un dispositif de dépôt comportant un nombre quelconque de groupes d'éléments d'anode, pour autant que ce nombre soit au moins égal à 2, avec toutes combinaisons d'électrolytes en fonction de la structure du feuil métallique composite à fabriquer.
La présente invention offre ainsi le grand avantage de permettre la fabrication, dans un seul dispositif, de feuils métalliques composites de structures diverses, sans que ledit feuil soit lié à un substrat et en pouvant utiliser comme matières premières des résidus métalliques tels que des ferrailles ou divers déchets de fabrication.
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Device for manufacturing a composite metal film by electrolytic deposition.
The present invention relates to a device for manufacturing a composite metallic film by electrolytic deposition. It also relates to a process for manufacturing a composite metal film by electrolytic deposition using this device.
Within the meaning of the present application, a metallic film is a metallic sheet whose thickness is less than 100 am, and is preferably between 15 and 60 am.
Devices are already known in the art for electroplating coatings on both sides of a steel strip, in which a wheel with a vertical axis guides said strip in front of anode elements. An example of such a device is described in particular in patent US-A-2,271,735.
This known device has several significant drawbacks. It is limited to depositing a permanent coating on an existing substrate, such as a steel strip. Then, the coating of the two faces of the substrate requires the use of two successive wheels, which greatly increases the installation and operating costs of the device, as well as its size. Finally, the trajectory of the substrate is limited to a shape in an arc, since it is defined by a wheel rotating around an axis.
The object of the present invention is to provide a device for the manufacture of a metallic film by electrolytic deposition, which does not have the aforementioned limitations and drawbacks. The device of the invention in fact makes it possible to manufacture, in a single installation, a metal film made up of several layers, independent of the substrate and along a trajectory which is not necessarily circular.
According to the present invention, a device for manufacturing a composite metal film by electrolytic deposition, which comprises a cathode having a vertical surface movable horizontally along
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a closed path and a plurality of anode elements arranged along said path so as to delimit with said vertical surface an electrolysis interval of constant width, is characterized in that said plurality of anode elements is divided in at least two groups of anode elements, in that said groups of anode elements are separated from each other by sealing means,
and in that each of said groups of anode elements comprises its own means for supplying electrolyte and for discharging the electrolyte as well as its own means for electrical connection.
Advantageously, each group of anode elements is connected to a source of an electrolyte different from the electrolyte of the group of anode elements which immediately precedes it.
It is also interesting that each of said groups of anode elements, preferably including the last one, considered in the direction of circulation of said movable vertical surface, is followed by means for rinsing the metallic film. The purpose of these rinsing means is to avoid entraining electrolyte residues from one group of anode elements in the next group. In the case of the last group of anode elements, the rinsing means make it possible to eliminate any residue of electrolyte entrained by the film.
The device of the invention may also include means for varying the thickness of the different metal layers which constitute the composite film.
In particular, means may be provided for varying or possibly interrupting the electrical supply of at least part of the anode elements of one or more of said groups. It is thus possible to modify or even cancel the density of the electrolysis current in determined anode elements, and thus to act on the thickness of the metal layer deposited in said anode elements.
In a manner known per se, the device of the invention may also include means for separating the composite metallic film and the substrate.
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Another aspect of the invention relates to a method of manufacturing a composite metal film by electrolytic deposition on a mobile substrate.
According to this method, a cathode substrate is circulated along a closed path, said substrate having a vertical surface which moves horizontally opposite a plurality of anode elements arranged along said path so as to delimit with said surface vertical an electrolysis interval of constant width, dividing said plurality of anode elements into at least two groups of anode elements, each group of anode elements is supplied separately with an electrolyte different from the electrolyte supplying the group of anode elements which immediately precedes it, electrolytic deposition of successive metal layers is carried out on said vertical surface,
from the respective electrolytes in said groups of anode elements and the substrate and the metallic film composed of said successive metallic layers are finally separated.
In the context of this process, different operating conditions can be varied depending in particular on the respective thickness of the different metal layers to be deposited in the groups of successive anode elements.
The substrate generally being constituted by a rigid assembly, the speed of movement of said vertical surface is identical with respect to all the groups of anode elements.
However, it is possible to vary other conditions, such as the electrolyte flow rate, the intensity of the electrolysis current or even the number of anode elements effectively participating in electrolysis in one or more of said groups.
The present invention will be explained in more detail in the description of a particular variant of implementation, which refers to the appended drawings in which FIG. 1 is a plan view of a particular device for producing a metallic film comprising three superimposed layers; and the
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Fig. 2 is a view in radial section through the electrolysis device, along line 1-1 of FIG. 1.
These figures constitute schematic representations, in which only the elements necessary for understanding the invention have been reproduced. Identical or analogous elements are designated by the same reference numerals in the two figures.
Fig. 1 is a plan view of a particular device, of essentially circular shape, intended for producing a metallic film composed of three layers deposited successively.
The circular shape illustrated here is in no way limiting the scope of the invention; this shape could be different, for example oval or elliptical, or even include rectilinear sections and curved sections, depending on the drive mode of the mobile substrate.
The device of FIG. 1 essentially comprises a rotary cathode 1, which describes a circular trajectory around a vertical axis, and a plurality of anode elements arranged along this circular trajectory. In the variant shown, said plurality of anode elements is divided into three groups of anode elements 2,3, 4. These groups of anode elements are separated from each other by spaces 5.6; in addition, a larger space is provided between the groups of anode elements 2 and 4, in which means are arranged for separating the metal film and the substrate. These means are symbolized here by a deflection roller 7.
The anode elements constituting groups 2,3 and 4 here preferably belong to the type described in patent application BE-A-8901269.
The structure of an electrolysis cell comprising this type of anode is shown diagrammatically in FIG. 2, in a radial section view along line 1-1 of FIG. 1. The rotary cathode 1 moves in the direction of the arrow II. In the cut position, the cathode 1 defines with the group 3 of anode elements an electrolysis interval 8 of constant width. The group of anode elements 3 is equipped with means
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electrolyte supply, such as a line 12 with a valve 13.
The electrolyte arrives in the electrolysis interval 8 through suitable orifices provided in the anterior face of the anode elements; the spent electrolyte is then evacuated by gravity, according to the arrows 14 and it is collected in a tank 15 from where it is preferably sent to a regeneration circuit.
It goes without saying that this type of anode element is only mentioned to illustrate the invention, but that the anode elements could be of any suitable type delimiting an electrolysis interval 8 with the rotary cathode 1.
Returning to FIG. 1, the successive groups of anode elements, such as 2 and 3.3 and 4, are separated from each other by watertight partitions 9.
A watertight partition 10 can also be provided between the two extreme groups of anode elements, namely here 4 and 2; this partition 10 is preferably placed at the entrance to the first group, here 2, so as not to constitute an obstacle to the exit of the metallic film outside the last group 4. These partitions extend to the tray 15, which they divide also in as many separate compartments as there are groups of anode elements. Each of these compartments is provided with its own means, not shown, for sending the corresponding electrolyte into a separate regeneration circuit.
Each group of anode elements 2, 3 and preferably also 4, is followed by rinsing means 16, which prevent the electrolyte drive from one group of anode elements to the next group, by the film. metal and / or the rotating cathode. These rinsing means 16 are advantageously arranged between the end of a group of anode elements and the watertight partition 9, 10 which separates said group from the following group.
In the longer space which separates the groups of anode elements 2 and 4 are arranged means for separating the metallic film from the substrate 1; these means are symbolized by a deflection roller 7, situated for example above an enlarged part of the collection tank 15.
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The device of the invention operates as follows: FIG. 1 shows an electroplating device which comprises a rotary cathode 1 around which three successive groups of anode elements 2, 3, 4 are arranged; these groups of anode elements are separated from each other by watertight bulkheads 9,10. Therefore, the device is designed to manufacture a metallic film composed of three superimposed layers.
By means known per se and not shown in FIG. 1, the device is supplied on the one hand with electric current and on the other hand with electrolyte, each group of anode elements being supplied separately.
In the example shown, the groups of anode elements 2 and 4 can be supplied with an electrolyte constituted by a chromium solution, while the group of anode elements 3 uses an electrolyte based on iron.
The cathode is then made to rotate in the direction indicated by the arrow II. A first layer of chromium is deposited on cathode 1 in the group of anode elements 2, a layer of iron in group 3 and a second layer of chromium in group 4. The respective thickness of the different layers is determined by the electrolysis conditions prevailing in the different groups of anode elements. For an equal current density and for an identical specific electrolyte flow in the three groups of anode elements, the deposition times, and consequently the thicknesses of the deposited layers, are proportional to the number of anode elements of the respective groups.
In the case of the present example, the central iron layer will be significantly thicker than the two outer chromium layers.
The composite metal film 17 thus obtained, collected at the outlet 7 of the device of FIG. 1, will in fact constitute a very thin strip of iron coated with chromium on both sides.
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It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment which has been described and illustrated. In general, it is indeed possible to design a deposition device comprising any number of groups of anode elements, provided that this number is at least equal to 2, with any combination of electrolytes depending on the structure of the composite metallic film to be manufactured.
The present invention thus offers the great advantage of allowing the manufacture, in a single device, of composite metal films of various structures, without said film being linked to a substrate and by being able to use as raw materials metallic residues such as scrap or various manufacturing waste.