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REVENDICATION
Procédé pour revêtir un fil métallique à l'aide d'un alliage ou d'un métal selon lequel on fait défiler axialement ce fil au travers d'une enceinte maintenue remplie de cet alliage à l'état fondu, verticalement de bas en haut par l'intermédiaire de deux ouvertures ménagées à l'aplomb l'une de l'autre dans des portions opposées de la paroi de ladite enceinte, caractérisé par le fait que l'on fait passer ce fil à la sortie de cette enceinte dans un canal qui lui est coaxial et dont le diamétre est choisi supérieur au diamètre final désiré pour ce fil et que l'on porte la paroi dudit canal à une température au moins égale à celle pour laquelle ledit alliage ou métal est maintenu à l'état fondu le long de ce canal.
L'invention se rapporte à un procédé pour revêtir un fil métallique d'un alliage ou d'un métal.
Le revêtement continu d'un fil par immersion implique le passage rapide du fil à travers une enceinte remplie de l'alliage fondu qui se solidifie au contact du fil. Cette technique fait l'objet de plusieurs publications.
C'est ainsi que le US-A-3 687 105 se rapporte à un tel procédé dans lequel une filière partiellement submergée dans un bain de métal fondu est placée dans le passage de sortie du fil. Cette filière comporte une ouverture présentant une faible tolérance vis-à-vis du fil nu de sorte que cette filière définit vraisemblablement le diamètre du fil revêtu. Une telle solution pose des problèmes de concentricité du revêtement. La filière doit toujours rester submergée de façon que la couche d'oxyde se formant à la surface du bain ne vienne pas contre la face d'entrée de la filière.
Le US-A-4 207362 se rapporte à ce mode de revêtement de fil, un lit de particules d'essuyage étant disposé à la sortie du bain et un organe destiné à limiter l'écoulement du métal autour du fil à un écoulement laminaire est placé sous ce lit de particules d'essuyage.
Dans le US-A-4 339 480, ainsi que le US-A-4 287 238, L'essuyage du fil revêtu est réalisé à la sortie du bain de métal en fusion par une filière à gaz.
Dans le EP-A-32 640, un dispositif d'essuyage mécanique à l'aide de coussins d'un matériau non combustible est placé à la sortie du bain de métal en fusion.
Dans le cas d'un alliage, la température de fusion n'est pas ponctuelle, de sorte que, pour une température donnée du bain de métal fondu, la solidification des constituants de l'alliage n'est pas simultanée. C'est ainsi que, dans le cas de la technique de revêtement par passage dans un bain d'un fil dont la température est plus basse que celle du bain, le refroidissement consécutif à l'entrée en contact de l'alliage n'a pas la même répercussion sur ces constituants. Dans la plupart des cas, il en résulte l'entraînement par le fil d'une couche plus ou moins épaisse et irrégulière de l'alliage du bain.
Etant donné les points de solidification différents des constituants de l'alliage, il s'est avéré que les différentes techniques d'essuyage mécanique ou pneumatique proposées jusqu'ici ne se sont pas révélées satisfaisantes dans la mesure où la consistance de l'alliage n'est pas homogène dans la zone de contact avec le fil, consécutivement au refroidissement produit par le passage de ce fil. En effet, L'essuyage ne permet pas d'obtenir une couche régulière dans un tel cas, étant donné que l'effet mécanique n'est pas le même sur les différents constituants de l'alliage dont la consistance varie suivant la température. En outre, une partie des solutions proposées posent des problèmes de concentricité du revêtement.
Le but de la présente invention est d'apporter une solution, notamment lors du revêtement d'un fil métallique par un alliage ou un métal, qui ne présente pas les inconvénients des solutions susmentionnées.
A cet effet, I'invention a pour objet un procédé pour revêtir un fil métallique, notamment à l'aide d'un alliage ou d'un métal selon la revendication.
Selon ce procédé, la couche en général irrégulière et épaisse de métal formée par le passage du fil à travers le bain de métal en fusion est réchauffée dans le canal situé à la sortie de l'enceinte contenant le métal, de sorte que le dépôt final résulte du passage du fil à travers ce canal, dont le diamètre est supérieur à celui du fil revêtu de la couche d'épaisseur désirée, et constamment rempli de métal en fusion. De ce fait, la couche finale formée sur le fil résulte de la différence entre la force exercée sur le métal liquide par la paroi du canal et celle exercée par la surface du fil passant à une certaine vitesse à travers ce canal.
Il s'ensuit un revêtement régulier, d'épaisseur réglable en fonction du diamètre du canal et de la vitesse du fil, et concentrique dans la mesure où les forces définissant l'épaisseur du revêtement sont également réparties sur 360O.
Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
La fig. 1 est un schéma général de cette installation.
La fig. 2 est une vue agrandie en coupe d'un détail.
L'installation illustrée par la fig. 1 comporte un poste d'alimentation 1 destiné à délivrer le fil 2 à revêtir. Ce fil passe ensuite dans un poste de préchauffage 3 qui comporte une alimentation de courant continu 4 par frotteurs 5 entre trois poulies 6. Ensuite, le fil 2 passe dans une buse 7 alimentée en métal en fusion par un creuset 8, dont le niveau de métal fondu est commandé par un piston plongeur 9.
La buse 7 présente deux ouvertures 7a et 7b situées à l'aplomb l'une de l'autre dans la trajectoire verticale du fil. Au-dessus de cette buse 7, le fil passe dans un canal 10 d'un organe de réchauffement 11 qui sera décrit plus en détail en relation avec la fig. 2, puis dans une enceinte de refroidissement 12. A la sortie de cette enceinte 12, le fil 2 est conduit vers un poste de bobinage 13.
En se reportant maintenant à la fig. 2, on y reconnaît la buse 7 avec l'ouverture de sortie 7b et le canal 10 traversant l'organe de réchauffement 11. Une résistance électrique 14 est noyée dans la paroi de cet organe pour chauffer la paroi du canal 10, un thermocouple 15 servant à mesurer et à régler la température de l'organe 11. La longueur active de ce canal 10 est constituée par sa portion 10a de plus petit diamètre, le reste de ce canal est de plus grand diamètre et sert à donner à l'organe 11 une longueur axiale suffisante pour permettre d'y loger une résistance électrique 14 de la puissance nécessaire au chauffage de l'organe de réchauffement 11 à la température désirée.
Le procédé consiste à préchauffer le fil 2 passant dans le poste de préchauffage 3 puis à le faire passer en le déplaçant verticalement de bas en haut à travers la buse 7 dans laquelle le métal est maintenu en fusion. Lorsqu'il s'agit d'un alliage en particulier, l'épaisseur de la couche de métal entraînée par le fil 2 est en général de beaucoup supérieure à celle désirée et cette couche est irrégulière. En arrivant à l'entrée du canal 10 chauffé par la résistance, un premier effet d'essuyage mécanique se produit. La couche de métal qui entre dans le canal est maintenue à la température de fusion et le fil 2, entouré de cette masse de métal en fusion, pénètre dans la partie 10a du canal.
Lorsqu'il ressort, la couche de métal est de l'épaisseur désirée régulière et concentrique. Cette épaisseur est fonction de la mouillabilité du fil, de celle de la paroi du canal 10a, du diamètre de ce canal, de sa longueur et de la vitesse de défilement du fil 2, de sa température et de la viscosité du métal fondu.
Des essais ont été réalisés en vue de déposer une couche d'un alliage à 65% Pb - 35% Sn sur un fil de cuivre de 0,6 mm de diamètre.
Préalablement au dépôt, le fil de cuivre a été nettoyé dans une installation non représentée. Ce nettoyage, qui doit intervenir aussi peu de temps que possible avant le dépôt, au maximum 1 à 2 heures, peut de préférence être réalisé en ligne avec l'installation décrite. Ce type de traitement est connu et ne fait pas directement partie de l'invention. C'est la raison pour laquelle il n'est ni décrit, ni représenté.
Il suffit simplement de savoir que les opérations de nettoyage consis
tent à faire passer le fil dans une solution alcaline de dégraissage, de le rincer ensuite à l'eau courante, puis de le faire passer dans une solution acide de décapage et de le rincer à l'eau courante avant de le rincer à l'eau déionisée. De plus, l'opération de préchauffage du fil 2 dans le poste 3 se déroule dans une atmosphère inerte de N2 + H2 afin de prévenir l'oxydation du fil.
Avec l'alliage Pb-Sn susmentionné, la température de solidification s'étend sur une plage de 183 à 248 C. Pour le liquide pur audessus de 248 C, I'épaisseur de la couche sur le fil de cuivre serait de 25 microns selon les données communiquées par D.A. White et
J.A. Tallimadge, AICHE Journal, vol. 13, N" 4, 1967, p. 745. Si la viscosité augmente d'un facteur de 100 dans la région liquide + solide au-dessus de 248 C, I'épaisseur de la couche augmente d'environ 1 mm. C'est ce qui a été constaté en pratique avec un préchauffage du fil qui n'a jamais dépassé 275 C mesuré 20 cm au-dessous de la buse 7.
En admettant une perte de température de l'ordre de 20% à proximité immédiate du fil, une zone relativement froide est formée, ce qui explique l'épaisseur de la couche mesurée à la sortie qui varie entre 2 et 4 mm. Il n'est pas possible d'augmenter la température de préchauffage du fil pour avoir plus de 250 C à l'entrée de la buse 7, du fait que cela amènerait à porter la température du fil à un maximum de 350 C, ce qui est trop élevé pour un fil de cuivre.
C'est la raison pour laquelle on a placé l'organe de réchauffement 1 1 muni du canal 10 et qui joue le rôle d'essuyeur. Cet organe 1 1 est formé à partir d'une tige de laiton percée munie d'une résistance électrique de 200 ohms et 25 W. Cet organe de réchauffement est placé à une distance d'environ 50 mm au-dessus de la buse 7.
Pour obtenir une bonne concentricité du revêtement, il est nécessaire de bien faire coïncider l'axe du canal 10 avec celui du fil. Dans l'exemple décrit, la partie rétrécie 10a du canal 10 est de 2 mm de diamètre et 7 mm de longueur pour un fil nu de 0,6 mm. L'organe de réchauffement 1 1 est chauffé à 250 C.
Différents essais ont été réalisés, notamment à des vitesses de défilement du fil comprises entre 100 et 300 mimi. On constate que l'épaisseur du revêtement varie peu en fonction de la vitesse et de la température de préchauffage située entre 230 et 275 C mesurée 20 cm au-dessous de la buse 7. Cette épaisseur se situe entre 8 et 13 m.
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CLAIM
Method for coating a metal wire using an alloy or a metal according to which this wire is made to pass axially through a chamber kept filled with this alloy in the molten state, vertically from bottom to top by through two openings arranged perpendicular to each other in opposite portions of the wall of said enclosure, characterized in that this wire is passed through the outlet of this enclosure in a channel which is coaxial with it and whose diameter is chosen to be greater than the final diameter desired for this wire and the wall of said channel is brought to a temperature at least equal to that for which said alloy or metal is kept in the molten state on along this channel.
The invention relates to a method for coating a metal wire with an alloy or a metal.
The continuous coating of a wire by immersion involves the rapid passage of the wire through an enclosure filled with the molten alloy which solidifies on contact with the wire. This technique is the subject of several publications.
Thus, US-A-3 687 105 relates to such a process in which a die partially submerged in a bath of molten metal is placed in the outlet passage of the wire. This die has an opening having a low tolerance vis-à-vis the bare wire so that this die probably defines the diameter of the coated wire. Such a solution poses problems of concentricity of the coating. The die must always remain submerged so that the oxide layer forming on the surface of the bath does not come against the entry face of the die.
US-A-4 207362 relates to this mode of coating the wire, a bed of wiping particles being disposed at the outlet of the bath and a member intended to limit the flow of metal around the wire to a laminar flow is placed under this bed of wiping particles.
In US-A-4,339,480, as well as in US-A-4,287,238, the wiping of the coated wire is carried out at the outlet of the molten metal bath by a gas die.
In EP-A-32 640, a mechanical wiping device using cushions of non-combustible material is placed at the outlet of the molten metal bath.
In the case of an alloy, the melting temperature is not punctual, so that, for a given temperature of the molten metal bath, the solidification of the constituents of the alloy is not simultaneous. Thus, in the case of the coating technique by passing a wire through a bath whose temperature is lower than that of the bath, the cooling subsequent to the coming into contact of the alloy has not the same repercussions on these constituents. In most cases, this results in the entrainment by the wire of a more or less thick and irregular layer of the alloy of the bath.
Given the different solidification points of the constituents of the alloy, it has been found that the various mechanical or pneumatic wiping techniques proposed so far have not been found to be satisfactory insofar as the consistency of the alloy n is not homogeneous in the zone of contact with the wire, following the cooling produced by the passage of this wire. Indeed, wiping does not make it possible to obtain a regular layer in such a case, since the mechanical effect is not the same on the various constituents of the alloy whose consistency varies according to the temperature. In addition, some of the solutions proposed pose problems of concentricity of the coating.
The object of the present invention is to provide a solution, in particular when coating a metal wire with an alloy or a metal, which does not have the drawbacks of the above-mentioned solutions.
To this end, the invention relates to a process for coating a metal wire, in particular using an alloy or a metal according to claim.
According to this process, the generally irregular and thick layer of metal formed by the passage of the wire through the bath of molten metal is heated in the channel located at the outlet of the enclosure containing the metal, so that the final deposit results from the passage of the wire through this channel, the diameter of which is greater than that of the wire coated with the layer of desired thickness, and constantly filled with molten metal. Therefore, the final layer formed on the wire results from the difference between the force exerted on the liquid metal by the wall of the channel and that exerted by the surface of the wire passing at a certain speed through this channel.
This results in a regular coating, of adjustable thickness according to the diameter of the channel and the speed of the wire, and concentric insofar as the forces defining the thickness of the coating are also distributed over 360 °.
The attached drawing illustrates, schematically and by way of example, an embodiment of an installation for implementing the method which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a general diagram of this installation.
Fig. 2 is an enlarged sectional view of a detail.
The installation illustrated in fig. 1 comprises a supply station 1 intended to deliver the wire 2 to be coated. This wire then passes through a preheating station 3 which comprises a direct current supply 4 by wipers 5 between three pulleys 6. Then, the wire 2 passes through a nozzle 7 supplied with molten metal by a crucible 8, the level of which molten metal is controlled by a plunger 9.
The nozzle 7 has two openings 7a and 7b located directly above one another in the vertical path of the wire. Above this nozzle 7, the wire passes through a channel 10 of a heating element 11 which will be described in more detail in relation to FIG. 2, then in a cooling enclosure 12. At the outlet of this enclosure 12, the wire 2 is led to a winding station 13.
Referring now to FIG. 2, it recognizes the nozzle 7 with the outlet opening 7b and the channel 10 passing through the heating member 11. An electrical resistor 14 is embedded in the wall of this member to heat the wall of the channel 10, a thermocouple 15 used to measure and adjust the temperature of the organ 11. The active length of this channel 10 is constituted by its portion 10a of smaller diameter, the rest of this channel is of larger diameter and is used to give to the organ 11 an axial length sufficient to allow an electrical resistance 14 to be accommodated therein the power necessary for heating the heating member 11 to the desired temperature.
The method consists in preheating the wire 2 passing through the preheating station 3 and then passing it by moving it vertically from bottom to top through the nozzle 7 in which the metal is kept molten. In the case of a particular alloy, the thickness of the metal layer entrained by the wire 2 is generally much greater than that desired and this layer is irregular. Arriving at the entrance to the channel 10 heated by the resistance, a first mechanical wiping effect occurs. The layer of metal which enters the channel is maintained at the melting temperature and the wire 2, surrounded by this mass of molten metal, enters part 10a of the channel.
When it comes out, the metal layer is of the desired thickness regular and concentric. This thickness is a function of the wettability of the wire, that of the wall of the channel 10a, the diameter of this channel, its length and the speed of travel of the wire 2, its temperature and the viscosity of the molten metal.
Tests have been carried out with a view to depositing a layer of a 65% Pb - 35% Sn alloy on a copper wire 0.6 mm in diameter.
Before depositing, the copper wire was cleaned in an installation not shown. This cleaning, which must take place as soon as possible before depositing, at most 1 to 2 hours, can preferably be carried out in line with the installation described. This type of treatment is known and is not directly part of the invention. This is the reason why it is neither described nor represented.
You just need to know that the cleaning operations consis
try to pass the wire through an alkaline degreasing solution, then rinse it under running water, then pass it through an acid pickling solution and rinse it under running water before rinsing it with deionized water. In addition, the preheating operation of wire 2 in station 3 takes place in an inert atmosphere of N2 + H2 in order to prevent oxidation of the wire.
With the aforementioned Pb-Sn alloy, the solidification temperature extends over a range from 183 to 248 C. For the pure liquid above 248 C, the thickness of the layer on the copper wire would be 25 microns depending data provided by DA White and
J.A. Tallimadge, AICHE Journal, vol. 13, No. 4, 1967, p. 745. If the viscosity increases by a factor of 100 in the liquid + solid region above 248 C, the thickness of the layer increases by approximately 1 mm. is what has been observed in practice with a preheating of the wire which has never exceeded 275 C measured 20 cm below the nozzle 7.
By admitting a temperature loss of the order of 20% in the immediate vicinity of the wire, a relatively cold zone is formed, which explains the thickness of the layer measured at the outlet which varies between 2 and 4 mm. It is not possible to increase the preheating temperature of the wire to have more than 250 C at the inlet of the nozzle 7, since this would bring the temperature of the wire to a maximum of 350 C, which is too high for a copper wire.
This is the reason why the heating member 11 has been placed, provided with the channel 10 and which acts as a wiper. This member 1 1 is formed from a pierced brass rod provided with an electrical resistance of 200 ohms and 25 W. This heating member is placed at a distance of approximately 50 mm above the nozzle 7.
To obtain a good concentricity of the coating, it is necessary to make the axis of the channel 10 coincide well with that of the wire. In the example described, the narrowed portion 10a of the channel 10 is 2 mm in diameter and 7 mm in length for a bare wire of 0.6 mm. The heating element 1 1 is heated to 250 C.
Various tests have been carried out, in particular at running speeds of the wire of between 100 and 300 mimi. It can be seen that the thickness of the coating varies little as a function of the speed and the preheating temperature situated between 230 and 275 C measured 20 cm below the nozzle 7. This thickness is situated between 8 and 13 m.