EP0024964B1

EP0024964B1 - Apparatus for electroplating, and chromium plating process using this apparatus

Info

Publication number: EP0024964B1
Application number: EP80401094A
Authority: EP
Inventors: François Mortier; Jean-Jacques Sabatier
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1984-01-11
Also published as: FR2462490A1; FR2462490B1; ES493924A0; ES8106565A1; DE3066089D1; IT8023887A0; GB2055401B; EP0024964A1; JPS5655598A; GB2055401A; IT1132296B; US4303481A

Description

L'invention concerne les techniques de revêtement électrolytique.
Elle a pour objet un dispositif de revêtement électrolytique conçu pour permettre de faire circuler, au voisinage d'une piece conductrice a revêtir, un bain électrolytique contenant en solution des sels d'un metal a déposer par electrolyse sur cette piece, qui doit donc constituer la cathode d'une cellule d'electrolyse.
On utilise déjà des dispositifs permettant de traiter des pieces unitaires avec déplacement relatif entre la piece a revêtir et la cellule d'electrolyse (cas du nickelage par exemple). Mais dans le cas du chromage dur, on opère généralement en bain mort, car on n'a pas encore trouvé satisfaction dans les dispositifs qui ont été proposes à ce jour pour assurer un chromage dur à haut rendement avec circulation du bain électrolytique. Les difficultés apparaissent surtout dans ce cas pour le revêtement de pieces en série, a I'échelle industrielle. C'est donc la lacune que vient combler la présente invention. On connait en particulier, par le brevet FR-A-1 329 717, un dispositif de revêtement électrolytique comprenant au moins une cellule d'electrolyse formant support pour une anode tubulaire et munie de raccords d'entrée et sortie d'un bain d'electrolyte circulant longitudinalement dans I'anode et des moyens pour maintenir une piece a revêtir alimentée en cathode centrée dans I'axe de I'anode.
Par rapport à un dispositif de ce genre, I'invention vise essentiellement à améliorer les conditions de fonctionnement en augmentant la precision et la solidité dans le montage de la cathode et son centrage par rapport à I'anode et a mieux adapter la construction à une utilisation industrielle grace à une simplification du montage et a une souplesse permettant de traiter des pieces différentes dans le même dispositif.
A cet effet, I'invention propose un dispositif du type ci-dessus, caractérisé en ce que lesdits moyens de maintien de la piece à revêtir sont constitués par un porte-pièce amovible fermant de façon étanche l'une des extrémités de la cellule, pénétrant dans celle-ci et comportant une pince de préhension de la piece et des moyens de connexion électrique pour son alimentation en cathode.
De preference, le dispositif comprend au moins une rangée de plusieurs cellules montées sur des moyens supports communs par lesquels elles sont suspendues immergées dans une même cuve d'electrolyte. De tels moyens supports peuvent notamment comporter deux demi-plaques assurant le montage des anodes dans leurs cellules respectives et enserrant entre elles une plaque d'alimentation électrique desdites anodes.
Selon une autre caractéristique, le dispositif comprenant au moins une rangée de plusieurs cellules, les porte-pièces associés sont assembles par deux demi-plaques support enserrant entre elles ladite plaque d'alimentation de cathode, celle-ci étant commune aux différents porte-pièces associés a ladite rangée de cellules.
Selon encore une autre caractéristique, le dispositif comprend une grille de répartition de I'electrolyte fixée en bout de I'anode.
Le dispositif selon I'invention permet de réaliser des dépôts électrolytiques sous circulation de I'electrolyte. II convient en particulier a la realisation de revêtements de chrome dur sur des pieces de forme allongée. II permet par rapport aux dispositifs classiques un accroissement trees sensible des densités de courant utilisables sans brûlure des depots. Cet accroissement de la densité de courant conduit a une amelioration importante du rendement faradique, et par suite a une diminution de I'énergie perdue et consommée lors du dégagement de I'hydrogène. La reduction des phénomènes de fragilisation par I'hydrogène résulte également de I'amelioration des rendements faradiques. De plus, on obtient une meilleure homogénéité des épaisseurs du dépôt le long des génératrices des pieces de forme allongée revêtues, ainsi qu'une très nette amélioration de la resistance a la corrosion.
On décrira maintenant, en se référant aux figures 1 a 7 des dessins annexes, un mode de realisation particulier d'un dispositif selon l'invention, a titre d'exemple non limitatif.
Pour ce mode de realisation d'un dispositif de revêtement électrolytique:

La figure 1 illustre, en vue de dessus, le principe d'assemblage de plusieurs rangées de cellules;
La figure 2 montre une vue schématique en elevation de I'assemblage de la figure 1, seule la partie supérieure des cellules ayant été représentée;
La figure 3 représente en élévation, avec coupe partielle, une rangée de 3 cellules, pour ce qui concerne les parties fixes du dispositif. Les parties amovibles constituées par les cathodes et leur support ont été rappelées en traits mixtes;
La figure 4 est une vue de dessus des cellules de la figure 3;
La figure 5 représente l'une des cellules de la figure 3 en coupe longitudinale, selon un plan vertical, perpendiculaire a celui de la figure 3 (V-V);
La figure 6 représente I'ensemble support des cathodes, en partie en coupe selon un plan vertical;
La figure 7 représente le même ensemble dans la position qu'il occupe sur les cellules en fonctionnement, le plan de coupe étant ici perpendiculaire a celui de la figure 6 et identique a celui de la figure 5.

Dans le cas particulier considéré, un dispositif complet comprend trois rangées de trois cellules d'electrolyse. Les neuf cellules 2 sont suspendues dans une cuve commune 3, où elles sont partiellement immergées dans un bain électrolytique 4, contenant en solution les sels du metal a deposer en revêtement. Les cellules proprement dites sont fixes dans cette cuve, alors que leurs couvercles, amovibles, jouent également le rôle de porte-pièces pour les cathodes qui constituent les pieces a revêtir.
Comme le montre la figure 2, pour le principe de I'assemblage, les 3 cellules d'une même rangee sont montées sur une plaque de suspension commune 5, qui porte sur les parois de la cuve 3. Au niveau de cette plaque 5 s'effectuent également les connexions électriques d'alimentation des anodes. On a fait figurer, par exemple en 6, les barrettes d'amenée du courant anodique. Elles relient les rangées de cellules entre elles, de même que des barres de liaison 20 qui assurent la rigidité méchanique de I'ensemble.
Au-dessus de la cuve 3, les différentes cellules sont fermées par les porte-pièces 7 (figure 2), eux-mêmes solidarisées par groupes de trois par une plaque support 8 au niveau de laquelle sont assurées les connexions électriques pour I'alimentation cathodique. Une fois les porte-pieces fixes en position d'étanchéité sur leurs cellules respectives, les différentes plaques supports 8 sont liées entre elles, comme les plaques 5, d'une part par des barrettes de rigidité 9, d'autre part par des barrettes d'amenée de courant 10, sur les côtés de la cuve.
La conception des cellules est illustrée d'une manière plus precise dans la realisation d'une rangee de trois cellules représentées sur les figures 3 et 4 sur la coupe longitudinale d'une cellule de la figure 5.
Chaque cellule est constitute par un vase 11, de forme cylindrique a fond conique, ouvert a son extrêmité supérieure et par un chapeau cylindrique 12, monté sur l'extrêmité du vase. Pour permettre la circulation de I'electrolyte a travers la cellule, longitudinalement dans le vase, le fond du vase, est muni d'un raccord 13 d'entrée de I'electrolyte, tandis que le chapeau 12 comporte deux raccords de sortie 14 et 15, diamétralement opposes.
Le chapeau 12 est maintenu solidaire du vase 11 par deux demi - plaques 16 et 17, boulonnés ensemble en prise sur des collerettes respectives du vase et du chapeau. Ces deux demi - plaques constituent ensemble la plaque de suspension repérée 5 sur les figures 1 et 2. Elles sont en effet prolongées pour être communes aux trois cellules de la rangée, ainsi rendues solidaires. Aux extrêmités, elles sont munies d'oeillets 18 qui facilitent la manipulation du groupe. En partie basse, les trois cellules sont également maintenues solidaires par une entretoise 19 constituée en deux parties réunies ensemble, de manière a emprisonner l'extrêmité des fonds de vases dans des alvéoles qu'elles comportent a cet effet.
A l'intérieur le vase 11 est double par une anode cylindrique 21 munie d'une collerette 22 a son extrêmité supérieure, par laquelle elle est maintenue entre le vase 11 et le chapeau 12. Deux joints annulaires 23 et 24 assurent à des extrêmités l'étanchéité entre I'anode 21 et le vase 11 ou le chapeau 12 respectivement. Par ailleurs, un disque perforé, constituant une grille 25, est fixé à l'extrêmité inférieure de I'anode 21, en travers de la circulation de I'electrolyte, pour assurer une bonne répartition de celui-ci.
Entre la collerette 22 et la face supérieure du vase 11 se trouve serrée une plaque conductrice 26 qui assure I'alimentation électrique de I'anode. Cette plaque 26 apparait enfermée dans les parois de la cellule sur la coupe de la figure 5, mais dans le sens longitudinal de la rangée de cellules elle se prolonge a travers les parois pour être commune aux trois cellules. Au-delà des cellules extremes, elle est enserrée entre les deux demi-plaques 16 et 17, d'où dépassent des bornes 27-28 pour les connexions électriques.
Le groupe de cellules porte par ailleurs des appareils de manutention du genre sauterelle, tels que 29, dont les supports 31 sont fixes sur les demi-plaques 16 et 17. Ces appareils servent a la mise en place et au retrait des portes-pièces. Ils sont équipés de mécanismes de pression 32, a vérins 33, qui sont articles sur les sauterelles. Ces mécanismes permettent de presser les porte-pièces en position étanche sur les cellules. Un joint annulaire 34 est loge dans le chapeau 12.
Conformément maintenant aux figures 6 et 7, les porte-pièces sont groupés par trois comme les cellules correspondantes. Ils sont solidarisés entre eux par deux demi-plaques 36 et 37, liées ensemble par des boulons 38. Ces demi-plaques enserrent entre elles, dans un logement correspondant de la demi-plaque inferieure 36, une plaque 39 d'alimentation électrique des cathodes, dont les bornes de connexion 41 (figures 3-4) dépassent aux extrêmités. En outre, des oeillets 42 (figure 3) permettent la manutention de I'ensemble amovible.
Le corps 43 de chaque porte-pièce forme un cone de centrage sur I'ouverture supérieure de la cellule correspondante. II est fixé sous le support commun par trois vis 44 qui passent a travers la demi-plaque 36 et la plaque d'alimentation 39 et dont les têtes appuient sur cette derniére par l'intermédiaire de rondelles isolantes 45.
Le corps 43 est creux au centre. Un axe 46 y coulisse verticalement avec les trois machoires d'une prince 47 auxquelles il est lie par des lames de ressort 48. Suivant qu'il est en position basse (figure 6) ou en position haute (figure 7) les trois mâchoires sont sorties vers l'extérieur du corps 43 du porte-pièce en position d'ouverture de la pince, ou au contraire rétractées a l'intérieur du corps 43 en position de fermeture de la pince. Cette pince permet ainsi de suspendre auporte-pièce la piece a revêtir, par exemple la tige 49 représentée sur la figure 7. L'étanchéité dans la position fermée, pour le traitement électrolytique, est assurée par deux joints 51 et 52, entre le corps 43 et la pince 47 d'une part, I'axe 46 d'autre part. Dans la demi-plaque supérieure 37 une cavité est ménagée au-dessus du porte-pièce pour accomoder I'axe 46 en position haute.
La liaison électrique entre la piece a revêtir et la plaque d'alimentation 39 est assurée par l'intermédiaire de I'axe 46 et la pince 47, tous deux en metal conducteur, grace a une tresse de masse 53, dont les extrêmités sont fixées en contact électrique avec la plaque 39 et la tête de I'axe 46, complétée par des tresses de shunt 54 dont les extrêmités sont fixées sur le cote de I'axe 46 et dans chaque machoire de la pince 47 respectivement.
Lorsque le porte-pièce auquel est suspendue la tige 49 est amené avec I'ensemble amovible auquel il appartient au-dessus de la cellule fixe correspondanteet engage dans celle-ci, la tige 49 se trouve automatiquement positionnée dans I'axe de la cellule, et donc dans I'axe de I'anode cylindrique 21.
Pendant le traitement, une circulation de l'électrolyte est assurée en admettant l'électrolytique sous pression au fond du vase pour l'évacuer par trop plein dans la cuve. La circulation forcée est assurée par une pompe extérieure a la cuve.
A titre d'exemple, le dispositif décrit peut être utilisé a l'échelle industrielle pour le chromage dur de pieces telles que des tiges d'amortisseurs. On peut opérer dans les conditions suivantes, comparées a celles d'un traitement en bain mort.
On constate pour un même bain l'augmentation de la vitesse de deposition et du rendement par rapport a des conditions classiques. Mais le dispositif permet aussi une économie de matière par l'emploi de bains faiblement concentrées en acide chromique. Par ailleurs, la realisation décrite a en outre I'avantage de permettre l'utilisation de cuves de capacity relativement faible pour une même cadence de production.
Mais naturellement l'invention n'est en rien limitée au mode de realisation particulier décrit en détails.

Claims

1. Dispositif de revêtement électrolytique comprenant au moins une cellule d'electrolyse (2) formant support pour une anode tubulaire (21) et munie de raccords d'entrée et sortie d'un bain d'electrolyte circulant longitudinalement dans I'anode et des moyens pour maintenir une piece à revêtir alimentée en cathode centrée dans I'axe de I'anode, caractérisé en ce que lesdits moyens de maintien de la piece a revêtir sont constitués par un porte-pièce amovible (7) fermant de façon étanche l'une des extrémités de la cellule, pénétrant dans la cellule et comportant une pince (47) de préhension de ladite piece et des moyens de connexion électrique pour son alimentation en cathode (39).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rangée de plusieurs cellules montées sur des moyens supports communs (5) par lesquels elles sont suspendues immergées dans une même cuve d'electrolyte, lesdits moyens supports comportant deux demi-plaques (16-17) superposées, assurant le montage des anodes dans leurs cellules respectives et enserrant entre elles une plaque (26) d'alimentation électrique desdites anodes.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des appareils de manutention (29) des porte-pièces amovibles portés par lesdits moyens supports.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits appareils sont munis de mécanismes (32) de serrage des porte-pièces en position étanche sur les cellules respectives.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rangée de plusieurs cellules et en ce que les porte-pièces sont associés individuellement respectivement aux différentes cellules et sont assembles par deux demi-plaques supports (36, 37) superposees, enserrant entre elles ladite plaque d'alimentation de cathode (39), celle-ci étant commune aux differents porte-pièces associés a ladite rangée de cellules.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que le corps du porte-pièce forme un cone (43) de centrage automatique dans la cellule correspondante, entre la pince de préhension (47) et une partie cylindrique de fermeture étanche de la cellule.

7. Precede d'application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 au revêtement d'articles de forme allongée, notamment par du chrome dur, caractérisé en ce qu'on fait circuler I'electrolyte dans I'espace anode-cathode pendant I'electrolyse, on utilise un bain renfermant, environ, 50 g/I de Cr0₃, 0,5 g/I de H₂S0₄, a environ 70° C, et on applique une densite de courant de l'ordre de 200 A/dm².