CH713729B1 - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique à travers des corps solides libres, et corps solides pour mettre en oeuvre ledit procédé. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour le lissage et le polissage de métaux par transport ionique avec des corps solides libres, lesquels corps solides sont conducteurs de l'électricité pour mettre en pratique ledit procédé, ce procédé consistant à fixer les pièces (1) au pôle positif d'un générateur de courant, au moyen d'un élément de fixation (2) associé à un dispositif et à soumettre les pièces au frottement avec des particules (4) de corps solides libres conducteurs de l'électricité et introduites dans un récipient (3) avec un environnement gazeux occupant l'espace (5) interstitiel et qui sont en contact électrique avec le pôle négatif (cathode) du générateur de courant, à travers le récipient (3) directement ou d'un anneau qui fait office de cathode. Les corps solides sont des particules (4), ayant une porosité et une affinité retenant le liquide électrolyte, en deçà de la quantité de saturation et qui présentent une conductivité électrique.

Description

OBJET DE L'INVENTION

[0001] L'invention, telle qu'exprimée dans le titre de la présente description, fait référence à un procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres, ainsi qu'à des corps solides électriquement conducteurs aptes pour mettre en oeuvre ledit procédé, offrant des avantages et des caractéristiques de nouveauté qui seront décrits en détail ci-dessous et qui représentent une amélioration remarquable par rapport à ce qui est actuellement connu dans leur champ d'application.

[0002] L'objet de la présente invention concerne notamment un procédé de lissage et de polissage des pièces métalliques, par exemple, des prothèses dentaires, basé sur le transport ionique au contact avec des corps solides libres de petite taille, c'est-à-dire des particules, qui se distingue, essentiellement parce que lesdits corps sont électriquement conducteurs et sont incorporés ensembles dans un environnement gazeux, les pièces métalliques étant agencées de manière à ce qu'elles sont reliées au pôle positif d'une source d'alimentation, par exemple, un générateur de courant continu. De préférence, l'ensemble des corps solides (particules) est en mouvement afin qu'il soit en contact électrique avec le pôle négatif de la source d'alimentation. Un deuxième aspect de l'invention est les corps solides susmentionnés, constitués de particules capables de retenir intérieurement une quantité de liquide électrolytique de sorte qu'ils présentent de la conductivité électrique qui les rend électriquement conducteurs.

CHAMP D'APPLICATION DE L'INVENTION

[0003] Le champ d'application de la présente invention fait partie du secteur de l'industrie dédié au brunissage et au polissage des pièces métalliques, par exemple, des prothèses dentaires en acier inoxydable, couvrant notamment les procédés de polissage électrolytique au contact avec des particules.

CONTEXTE DE L'INVENTION

[0004] En référence à l'état de la technique, il faut noter que des différents systèmes de lissage et de polissage des métaux sont connus dans des milieux comportant des corps solides (particules) libres.

[0005] Ainsi, depuis longtemps, une grande variété de dispositifs sont utilisés dans lesquels l'abrasion mécanique est produite moyennant l'utilisation de particules non attachées sur un support, de géométries et de tailles variées et de dureté supérieure à celle du matériel à traiter.

[0006] Ces dispositifs produisent du frottement des particules sur les pièces à traiter grâce au fait qu'ils produisent un mouvement relatif entre les deux.

[0007] Ces dispositifs consistent, par exemple, de conteneurs rotatifs (fûts), des conteneurs vibrants ou des ponceuses à particules.

[0008] Cependant, tous les systèmes basés sur l'abrasion mécanique directe, tels que ceux susmentionnés, souffrent du grave défaut d'affecter les pièces de manière inégale, c'est-à-dire, étant donné qu'il y a une certaine proportionnalité entre la pression exercée par le milieu abrasif (les particules) sur les pièces et la quantité de matière érodée, les parties saillantes des pièces subissent une usure et un arrondi qui, dans de nombreux cas, sont excessifs.

[0009] De plus, l'énergie mécanique globale mise en jeu dans des tels systèmes est, dans de nombreux cas, la raison de dommages aux pièces métalliques dus aux coups et aux déformations par des contraintes excessives.

[0010] D'autre part, les systèmes basés sur l'abrasion mécanique produisent, sur des pièces métalliques, des surfaces avec une déformation plastique et, ce faisant, obturent inévitablement des quantités non négligeables de matériaux étrangers, déterminant dans de nombreux cas la non-adéquation du traitement en raison de la contamination des couches superficielles du matériel.

[0011] Des systèmes de polissage par des traitements galvaniques sont également connus, dans lesquels les pièces métalliques à traiter sont immergées dans un liquide électrolytique et sans particules solides anodiques, connus comme polissages électrolytiques.

[0012] Ces procédés présentent l'avantage de produire des surfaces exemptes de contamination superficielle des procédés abrasifs exclusivement mécaniques décrits précédemment.

[0013] Cependant, l'effet de nivellement sur les aspérités de l'ordre de plus de quelques microns obtenu est, dans de nombreux cas, insuffisant et, par conséquent, lesdits traitements sont principalement utilisés en tant que finition des procédés antérieurs d'abrasion mécanique.

[0014] Il y a également des procédés galvaniques dans lesquels les pièces métalliques à traiter sont immergées dans un liquide électrolyte contenant des corps solides (particules) qui se déplacent librement dans son sein.

[0015] Les électrolytes développés pour ces procédés galvaniques à particules produisent des couches anodiques plus épaisses que dans le cas des procédés galvaniques sans particules, de sorte que, lors de l'interaction mécanique des particules contenues avec la couche anodique, un lissage efficace est produit sur les rugosités de jusqu'à un millimètre.

[0016] Cependant, dans un cas comme dans l'autre, les procédés galvaniques utilisés jusqu'à présent produisent souvent des défauts sous forme de piqûres ou des surfaces avec des échelons en relation avec la structure et la composition cristalline du métal à traiter, laissant son utilisation, dans de nombreux cas, limitée aux pièces qui, en raison de leur composition (alliage) et leur traitement de moulage et de formage, ont montré de manière empirique qu'elles peuvent être traitées sans présenter lesdits défauts d'une façon inacceptable.

[0017] Le but de la présente invention est donc de développer un procédé amélioré de lissage et de polissage des pièces métalliques qui soit efficace et qui évite les inconvénients et les problèmes décrits ci-dessus.

EXPLICATION DE L'INVENTION

[0018] Le procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact des corps solides libres, et les corps solides électriquement conducteurs pour mettre en oeuvre ledit procédé que l'invention propose, sont configurés que, conformément à leur mise en oeuvre, les objectifs précédemment notés sont atteints de manière satisfaisante

[0019] Plus précisément, ce que l'invention propose, comme indiqué ci-dessus, est, d'une part, le procédé de lissage et de polissage des pièces métalliques, par exemple des pièces métalliques pour des prothèses dentaires, sans que cela soit toutefois limitatif, basé sur le transport ionique qui, de manière innovante, est mis en oeuvre avec des corps solides libres (particules) qui sont électriquement conducteurs dans un environnement gazeux. D'autre part, l'invention propose lesdits corps solides, constitués de particules en formes variées avec une porosité et une affinité retenant une quantité de liquide électrolytique de sorte qu'ils présentent de la conductivité électrique.

[0020] Plus précisément, le procédé de l'invention prévoit les étapes suivantes : Les pièces métalliques à traiter sont connectées au pôle positif (anode) d'un générateur de courant ; Une fois fixées, les pièces métalliques à traiter sont soumises à un frottement avec un ensemble de particules constituées par des corps solides libres électriquement conducteurs chargés de charge électrique négative dans un environnement gazeux, par exemple, de l'air.

[0021] Le frottement des pièces métalliques avec les particules peut être effectué, par exemple, au moyen d'un jet de particules entraînées par un gaz ou expulsées d'un mécanisme centrifuge ou bien au moyen d'un système avec des brosses, des balais ou tout autre élément d'entraînement approprié capable de déplacer et de presser les particules sur la surface de la pièce métallique.

[0022] Dans un mode de réalisation préféré, les pièces métalliques sont introduites à l'intérieur d'un récipient avec un ensemble de particules en contact entre elles et avec le pôle négatif (cathode) du générateur de courant. Dans cette situation, les pièces métalliques sont déplacées par rapport à l'ensemble de particules, par exemple, selon un mouvement circulaire.

[0023] De leur côté, les particules qui constituent ces corps solides libres électriquement conducteurs présentent une forme et une dimension variables, ce qui est approprié pour lisser les aspérités des pièces à traiter. Cependant, par rapport aux pièces métalliques à traiter, les particules ont toujours des dimensions supérieures à la rugosité à éliminer.

[0024] De plus, les corps solides électriquement conducteurs pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sont des particules qui ont une porosité et une affinité qui retient une quantité de liquide électrolyte, de sorte qu'elles présentent une conductivité électrique qui les rend électriquement conductrices.

[0025] Il faut noter que la quantité de liquide électrolyte retenu par les particules est toujours inférieure à la quantité de saturation, évitant ainsi de laisser un liquide libre sur la surface des particules.

[0026] De préférence, la composition du liquide électrolyte pour le polissage, par exemple, d'aciers inoxydables est H2O : 90 - 99 % HF : 10 - 1 %

[0027] De cette façon, les particules, lors du frottement avec les pièces à polir, déterminent d'une manière très précise les zones du relief où la soustraction de métal est produite de manière ionique.

[0028] L'avantage principal est que, contrairement aux procédés qui contiennent des liquides électrolytes avec des corps solides libres, le procédé proposé par la présente invention est capable de lisser et de polir pratiquement n'importe quel alliage métallique sans produire des effets dus à des attaques irrégulières de la surface.

[0029] Comme indiqué dans les sections précédentes, il est fréquent que lorsque l'on utilise des électrolytes avec des corps solides libres, des piqûres et des échelons sortent sur la surface des pièces traitées, reflétant ainsi les différences intrinsèques de composition et de caractéristiques entre les différentes zones de leur structure cristalline.

[0030] Dans le procédé de la présente invention, les particules chargées de liquide électrolyte frottent dans la masse des pièces métalliques à traiter.

[0031] Ainsi, dans un cas extrême, des particules exerce un „pont“ électrique entre les pièces et la cathode, par contact direct avec les autres particules,

[0032] Dans ce cas, la particule en contact avec la pièce expulse une certaine quantité de liquide électrolyte qui mouille la zone de la surface de la pièce et exerce un effet électro-érosif.

[0033] Les produits de cette électro-érosion (sels) existent localement dans ladite zone.

[0034] Dans un autre cas extrême, des particules isolées sont en contact avec la surface de la pièce métallique sans avoir été en contact avec d'autres particules après un délai maximal.

[0035] Dans ce cas, la particule en contact avec la pièce métallique absorbe les restes (sels) des actions électro-érosives précédentes, produits par d'autres particules,

[0036] Dans un autre cas extrême du procédé lorsque les vitesses de déplacement relatif, pièce-particules, sont suffisamment élevées, et on applique simultanément une tension électrique suffisante, ceci maximise la possibilité d'incidence d'un nombre important de particules isolées sur la surface des pièces métalliques, ces particules isolées portant une charge électrique suffisant pour provoquer une électro-érosion efficace.

[0037] De plus, parmi ces trois cas extrêmes, il y a également une diversité infinie de cas intermédiaires.

[0038] Par conséquent, la grande efficacité et précision du procédé s'explique par la succession rapide, en régime stationnaire, des contacts des particules avec les pièces.

[0039] Le transport ionique, anode-cathode, nécessaire pour assurer un comportement stable du procédé est produit par diffusion à travers les particules susmentionnées.

[0040] De plus, dans une certaine mesure, un transport anodique-cathodique de l'ensemble des particules contribuant au transport ionique peut être également produit.

[0041] Le procédé manifeste également une capacité remarquable de lissage et de polissage régulier à des échelles dimensionnelles différentes.

[0042] Ainsi, par exemple, pour des particules sphériques avec des diamètres compris entre 0,3 et 0,8 mm et une vitesse moyenne tangentielle de l'ensemble de particules par rapport aux pièces métalliques à polir de l'ordre de 1 à 3 m/s, on obtient, à une échelle de mm<2>, c'est-à-dire, sur chaque millimètre carré de la surface exposée des pièces métalliques à traiter, une finition spéculaire avec des rugosités de quelques nanomètres. Lesdites particules sphériques sont de préférence en un copolymère de styrène-divinylbenzène sulfoné avec une structure macroporeuse.

[0043] À son tour, en évaluant la quantité de métal soustrait entre zones à une distance de quelques centimètres, on observe une grande homogénéité.

[0044] C'est-à-dire, le procédé de l'invention a la capacité de niveler ou „égaliser“ dans une certaine mesure l'action d'un grand nombre de contacts (de chaque particule).

[0045] Il est également très important de garder à l'esprit que le procédé de l'invention permet d'ajuster les paramètres de tous les éléments impliqués, c'est-à-dire, la tension, la vitesse tangentielle moyenne, la teneur de liquide électrolyte, la conductivité et la composition chimique dudit liquide électrolytique, le rapport en pourcentage entre les particules et le gaz environnant.

[0046] En faisant ledit ajustement de manière correcte, on réussit, à une échelle dimensionnelle centimétrique, à limiter l'effet électro-érosif sur les parties relativement exposées et saillantes des pièces par rapport aux parties les plus cachées.

[0047] Sur les parties saillantes, la vitesse tangentielle moyenne locale des particules est plus élevée que sur les parties cachées.

[0048] Lorsque les paramètres susmentionnés sont correctement ajustés, il s'ensuit que la moyenne des temps de contact individuels (de chaque particule) sur les zones saillantes est inférieure à la moyenne des temps de contact sur les zones cachées, produisant une performance électro-érosive inférieure dans les zones saillantes à celle produite dans les zones cachées.

[0049] Cela est dû au fait que, afin qu'il y ait un transport ionique du métal provenant des pièces, chaque zone de contact doit d'abord être polarisée à une certaine valeur de „seuil“, ce qui nécessite du temps. Le procédé, par son déroulement est susceptible de s'ajuster de façon à faire fonctionner le temps de polarisation nécessaire dans le sens d'égaler des résultats à l'échelle dimensionnelle centimétrique.

[0050] La faible performance relative des contacts individuels sur des pièces saillantes est compensée par le plus grand nombre de ceux-ci par unité de temps et par unité de surface.

[0051] Le procédé décrit pour le lissage et le polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres, et les corps solides électriquement conducteurs pour mettre en oeuvre ledit procédé consistent alors en des innovations de caractéristiques inconnues jusqu'à présent pour le but auquel elles sont destinées.

DESCRIPTION DES DESSINS

[0052] Pour compléter la description et pour une meilleure compréhension des caractéristiques de l'invention, cette description est complétée par une feuille de dessins à caractère illustratif et non limitatif, décrit par ce qui va suivre : La figure numéro 1 montre une représentation schématique des principaux éléments intervenant dans le procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres, objet de l'invention ; la figure numéro 2 montre une représentation schématique d'une particule des corps solides qui présente le procédé, selon l'invention, ou l'on peut apercevoir sa configuration poreuse et sa capacité de rétention de liquide électrolyte qui la rend électriquement conductrice ; la figure numéro 3 montre une représentation schématique d'une partie de la surface rugueuse de la pièce métallique à traiter et de plusieurs exemples des formes possibles que les particules utilisées dans le procédé peuvent présenter, ou l'on aperçoit, d'une manière schématique, la différence de taille entre les particules et la taille des rugosités ; et finalement les figures 4 et 5 montrent deux schémas similaires à celui représenté dans la figure 1, qui dessinent des moments respectifs du procédé. La figure 4 représente le cas d'un groupe de particules qui forme un pont électrique de contact direct entre l'anode et la cathode, et la figure 5 répresente un autre cas dans lequel les particules frottent la surface de la pièce métallique d'une manière isolée.

REALISATION PREFERENTIELLE DE L'INVENTION

[0053] En se référant aux figures, et conformément à la numérotation adoptée dans celles-ci, on peut apercevoir comment, dans un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, les pièces (1) métalliques à traiter sont fixées au moyen d'un élément de fixation (2), également métallique, constitué de crochets, de pinces, de mâchoires ou d'autres, à un bras mobile (non représenté) d'un dispositif d'actionnement pouvant effectuer un mouvement orbital autour d'un axe et dans un plan et, simultanément, pouvant effectuer un mouvement de déplacement rectiligne et alternatif dans le plan perpendiculaire à l'orbital, représentés par des lignes à flèches dans la figure 1.

[0054] Les pièces (1) métalliques ainsi fixées, et avec le susmentionné mouvement orbital et de déplacement linéaire alternatif désactivé, sont introduites, par la partie supérieure, dans un récipient (3) du dispositif. Ce récipient contient un ensemble de particules électriquement conductrices (4) et de l'air ou tout autre gaz occupant l'espace (5) de son environnement interstitiel existant entre les particules (4), de sorte que les pièces (1) métalliques soient complètement recouvertes par l'ensemble de particules (4).

[0055] De préférence, la forme du récipient (3) est celle d'un cylindre dont l'extrémité inférieure, ou base, est fermée et dont l'extrémité supérieure est ouverte.

[0056] Dans tous les cas, l'élément de fixation (2) est relié à l'anode ou au pôle positif d'un générateur de courant électrique (non représenté) prévu dans le dispositif, tandis que le récipient (3) est relié au pôle négatif dudit générateur jouant le rôle de cathode, soit relié directement au cas où le récipient (3) est métallique, soit par l'intermédiaire d'un anneau prévu à cet effet

[0057] Le dispositif d'actionnement est attaché fermement au cylindre formé par le récipient (3) de manière à éviter le déplacement du récipient lors de l'activation du mouvement orbital et du déplacement linéaire alternatif de l'élément de fixation (2) des pièces métalliques (1).

[0058] Finalement, il faut noter que, d'une part l'amplitude du mouvement de l'élément de fixation (2), donnée par ledit bras du dispositif d'actionnement non représenté, et, d'autre part les dimensions du récipient (3) contenant les particules (4), sont telles que, dans aucun cas, il n'est possible que les pièces (1) métalliques à traiter ou toute partie conductrice dudit élément de fixation (2) soit directement en contact avec les parois du récipient (3) ou, le cas échéant, avec l'anneau jouant le rôle de cathode.

[0059] En regardant la figure 2, on peut observer comment les particules (4) qui constituent les corps solides électriquement conducteurs libres du procédé, selon l'invention, sont des corps solides avec une porosité et une affinité pour retenir une quantité de liquide de sorte qu'ils présentent de la conductivité électrique. Ladite quantité de liquide électrolytique retenue par les particules (4) est toujours en dessous de la quantité de saturation, de sorte que l'existence d'un liquide libre sur la surface des particules est expressément évitée.

[0060] De préférence, la composition du liquide électrolyte pour le polissage, par exemple, d'aciers inoxydables, est H2O: 90 - 99 % HF : 10 - 1 %.

[0061] Par ailleurs, comme le montrent les exemples de la figure 3, les particules (4) sont des corps qui présentent une forme et une dimension variable, adaptée pour le lissage des aspérités de la surface des pièces (1) métalliques à traiter et de préférence plus grandes que la rugosité à éliminer de ladite surface.

[0062] Finalement, dans les figures 4 et 5 on a représenté deux exemples de cas extrême du procédé par lequel le lissage et le polissage des pièces (1) est obtenu à travers le contact entre les particules (4) électriquement conductrices et la surface de la pièce (1) à traiter. La figure 4 montre le cas dans lequel un groupe de particules (4) constitue un pont électrique de contact direct entre l'anode, à travers l'élément de fixation (2) en contact avec la pièce métallique (1), et la cathode, à travers le récipient (3). La figure 5 montre le cas dans lequel les particules (4) frottent la surface de la pièce (1) métallique de manière isolée, comme expliqué dans les sections précédentes.

[0063] La présente invention peut être mise en oeuvre dans d'autres modes de réalisation qui soient différents en détail de celui indiqué à titre d'exemple, tout en restant dans la portée de la protection définie par les revendications.

Claims (11)

1. - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres, comprenant la connexion d'une pièce métallique (1) à traiter au pôle positif ou anode d'un générateur de courantcaractérisé en ce qu'ilcomporte une étape : - de frottement de la pièce métallique (1) avec un ensemble de particules (4) constituées des corps solides libres électriquement conducteurs, chargés d'une charge électrique négative, et disposés dans un environnement gazeux.

2. - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'ilcomprend une étape : - d'introduction de la pièce métallique (1) à l'intérieur d'un récipient (3), où la pièce métallique (1) est à frottement avec un ensemble de particules (4) incorporées dans ledit récipient (3), l'ensemble de particules (4) étant en contact électriquement avec le pôle négatif ou cathode du générateur de courant.

3. - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres, selon la revendication 2,caractérisé en ce quele contact électrique des particules (4) avec le pôle négatif du générateur de courant est réalisé à travers le récipient (3) qui agit comme une cathode lorsqu'il est directement connecté audit pôle négatif du générateur.

4. - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres, selon la revendication 2,caractérisé en ce quele contact électrique des particules (4) avec le pôle négatif du générateur de courant est réalisé à travers un anneau qui agit comme une cathode prévu dans le récipient (3).

5. - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres, selon l'une des revendications 2 à 4,caractérisé en cequeplusieurs pièces métalliques (1) à traiter sont fixés à l'intérieur du récipient (3) chacun par un élément de fixation (2) associé avec un dispositif d'actionnement, et le frottement entre les pièces métalliques (1) à traiter et les particules (4) est réalisé par le déplacement desdites pièces métalliques (1) déterminé par l'action créée par le dispositif d'actionnement.

6. - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres, selon la revendication 5,caractérisé en ce quele mouvement effectué par ledit dispositif est un mouvement orbital autour d'un axe et dans un plan et, en même temps, un mouvement de déplacement rectiligne et alternatif dans le plan perpendiculaire à l'orbital.

7. - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres selon l'une des revendications 2 à 6,caractérisé en cel'espace (5) interstitiel existant entre les particules (4) à l'intérieur du récipient (3) est occupé par un environnement gazeux, de préférence, de l'air.

8. - Procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique au contact avec des corps solides libres selon la revendication 1,caractérisé en ce queles particules (4) ont des dimensions supérieures à la rugosité à éliminer de la surface de la pièce métallique (1) à traiter.

9. - Corps solides électriquement conducteurs pour la mise en oeuvre d'un procédé de lissage et de polissage des métaux par transport ionique selon l'une des revendications 1 à 8,caractérisés en ce qu'ils sont des particules (4) ayant une porosité et une affinité retenant une quantité de liquide électrolytique inférieure à la quantité de saturation de sorte qu'ils présentent de la conductivité électrique.

10. - Corps solides, selon la revendication 9,caractérisés en ce queles particules (4) retiennent une quantité de liquide électrolyte sans la présence d'un liquide électrolyte libre sur la surface de celles-ci.

11. - Corps solides, selon l'une des revendications 9 ou 10,caractérisés en ce quela composition du liquide électrolyte retenu est H2O : 90 - 99 % HF : 10 - 1 %.