EP0222724B1 - Process and apparatus for producing an extra-thin metal foil by electroplating - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne la fabrication d'une feuille métallique extra-mince par dépôt électrolytique d'un matériau métallique sur un substrat.The present invention relates to the manufacture of an extra-thin metal sheet by electrolytic deposition of a metallic material on a substrate.
On utilise depuis longtemps la technique du dépôt électrolytique pour former aussi bien des revêtements adhérents que des revêtements non adhérents de faible épaisseur, ceux-ci pouvant ensuite être séparés de leur substrat sous forme de feuille extra mince.The technique of electroplating has long been used to form both adherent coatings and thin non-adherent coatings, which can then be separated from their substrate in the form of an extra thin sheet.
Dans cette technique, on sait que la vitesse de dépôt du matériau métallique dépend, entre autres paramètres, de la densité de courant mise en oeuvre, et que la réalisation pratique de cette densité de courant est elle-même liée à la "turbulence" de l'électrolyte.In this technique, it is known that the deposition rate of the metallic material depends, among other parameters, on the current density used, and that the practical realization of this current density is itself linked to the "turbulence" of the electrolyte.
D'autre part, on sait que le coût d'une opération d'électrolyse dépend notamment de la différence de potentiel existant entre les électrodes, et que celle-ci peut être d'autant moins élevée que la distance entre les électrodes est plus faible.On the other hand, it is known that the cost of an electrolysis operation depends in particular on the potential difference existing between the electrodes, and that this can be all the less the smaller the distance between the electrodes .
La mise en oeuvre économique d'une telle opération d'électrolyse implique donc que l'on fasse circuler l'électrolyte à grande vitesse entre deux électrodes aussi rapprochées que possible.The economic implementation of such an electrolysis operation therefore implies that the electrolyte is circulated at high speed between two electrodes as close together as possible.
Ce problème a déjà reçu diverses solutions, qui consistent essentiellement à envoyer l'électrolyte soit tangentiellement, soit perpendiculairement aux surfaces des électrodes en présence. Ces solutions ne sont cependant applicables que pour des électrodes de faible étendue. En effet, lorsque les surfaces en présence sont importantes, comme c'est le cas par exemple lors du revêtement d'une tôle ou d'une bande d'acier de largeur importante ou lors de la fabrication par électroformage de feuilles minces de grande largeur, les pertes de charge sont énormes en raison de la faible section d'écoulement et de la grande distance parcourue par l'électrolyte; il faut alors faire appel à des pompes très puissantes qui appliquent des pressions très élevées pour assurer la circulation de l'électrolyte. Ces pressions développent à leur tour des efforts importants sur les électrodes qui peuvent s'en trouver déformées, ce qui provoque une variation incontrôlable de leur écartement et contrarie la régularité de l'électrolyse.This problem has already received various solutions, which essentially consist in sending the electrolyte either tangentially or perpendicular to the surfaces of the electrodes present. These solutions are however only applicable for electrodes of small extent. In fact, when the surfaces present are large, as is the case for example when coating a sheet or strip of steel of large width or during the manufacture by electroforming of thin sheets of large width , the pressure drops are enormous due to the small flow section and the large distance traveled by the electrolyte; it is then necessary to use very powerful pumps which apply very high pressures to ensure the circulation of the electrolyte. These pressures in turn develop significant forces on the electrodes which may be deformed, which causes an uncontrollable variation in their spacing and thwarts the regularity of the electrolysis.
On connaît, par le document FR-A 2 350 142, un dispositif pour le traitement électrolytique continu d'un ruban métallique. Ce dispositif est cependant limité au traitement électrolytique de la surface du ruban et au dépôt d'un revêtement adhérent sur cette surface. Il ne concerne pas la fabrication d'une feuille métallique extra-mince.Document FR-A 2 350 142 discloses a device for the continuous electrolytic treatment of a metal strip. This device is however limited to the electrolytic treatment of the surface of the strip and to the deposition of an adherent coating on this surface. It does not relate to the manufacture of an extra-thin metal sheet.
A partir de cet état de la technique, la présente invention a pour objet de proposer un dispositif et un procédé qui permettent non seulement de fabriquer une feuille métallique extra-mince par dépôt électrolytique mais encore de fixer les propriétés de mise en oeuvre de cette feuille.Based on this state of the art, the object of the present invention is to propose a device and a method which not only make it possible to manufacture an extra-thin metal sheet by electrolytic deposition but also to fix the processing properties of this sheet. .
Conformément à la présente invention, un dispositif de fabrication d'une feuille métallique extra-mince par dépôt électrolytique sur un substrat, comportant une cathode qui est généralement constituée par le substrat et une anode, disposée à très faible distance de la cathode, constituée par une plaque percée d'une première série d'orifices répartis sur la surface de la plaque et raccordés à des moyens d'alimentation en électrolyte ainsi que d'une seconde série d'orifices, également répartis sur la surface de la plaque et voisins des orifices de ladite première série, les orifices de ladite seconde série étant raccordés à des moyens d'évacuation de l'électrolyte, est caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour séparer le substrat et la feuille métallique extra-mince constituée par le revêtement électrolytique déposé sur ledit substrat, des moyens de chauffage pour réchauffer ladite feuille métallique extra-mince jusqu'à une température supérieure à sa température de recristallisation, ainsi que des moyens de refroidissement pour refroidir rapidement la feuille métallique extra-mince jusqu'à une température voisine de la température ambiante. Selon une réalisation particulière de ce dispositif, ladite plaque percée desdites première et seconde séries d'orifices constitue une paroi d'un caisson formé par une pluralité de parois et délimitant un volume intérieur fermé, lequel caisson comporte
- (a) au moins un orifice, dit orifice d'alimentation, traversant une paroi dudit caisson et donnant accès audit volume intérieur du caisson; et
- (b) des tubes raccordés aux orifices de ladite seconde série, traversant ledit volume intérieur du caisson sans communiquer avec lui et débouchant à l'extérieur dudit caisson.
- (A) at least one orifice, said supply orifice, passing through a wall of said box and giving access to said interior volume of the box; and
- (b) tubes connected to the orifices of said second series, passing through said interior volume of the box without communicating with it and opening out to the outside of said box.
Selon un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention, lesdits tubes raccordés aux orifices de la seconde série sont, à leur autre extrémité, raccordés à des moyens d'aspiration, par exemple à une pompe par l'intermédiaire d'un collecteur.According to another embodiment of the device of the invention, said tubes connected to the orifices of the second series are, at their other end, connected to suction means, for example to a pump via a collector .
Le principe de fonctionnement de ce dispositif est le suivant : le caisson, raccordé au pôle positif d'une source de courant continu, est disposé de telle façon que sa paroi pourvue des deux séries d'orifices soit située près de la surface du substrat, qui est raccordée au pôle négatif de la même source de courant continu. L'électrolyte est introduit, sous une pression modérée, dans le volume intérieur du caisson par l'orifice d'alimentation. Sous l'effet de la pression d'alimentation, l'électrolyte quitte le caisson par les orifices de la première série, et il circule dans l'espace étroit existant entre la paroi du caisson et le substrat, donc entre l'anode et la cathode. Après un court trajet dans cet espace, l'électrolyte est repris par les orifices de la deuxième série, par exemple par aspiration, et conduit, par les tubes raccordés à ces orifices, à une distance suffisante du substrat. Il peut alors être à nouveau introduit dans le caisson, éventuellement après régénération, et parcourir à nouveau le circuit qui vient d'être décrit.The operating principle of this device is as follows: the box, connected to the positive pole of a direct current source, is arranged in such a way that its wall provided with the two series of orifices is located near the surface of the substrate, which is connected to the negative pole of the same DC source. The electrolyte is introduced, under moderate pressure, into the interior volume of the box through the supply orifice. Under the effect of the supply pressure, the electrolyte leaves the box through the orifices of the first series, and it circulates in the narrow space existing between the wall of the box and the substrate, therefore between the anode and the cathode. After a short trip in this space, the electrolyte is taken up by the orifices of the second series, for example by suction, and led, by the tubes connected to these orifices, to a sufficient distance from the substrate. It can then be introduced again into the box, possibly after regeneration, and again run through the circuit which has just been described.
Afin de faire bien comprendre le principe du dispositif de l'invention ainsi que son fonctionnement, on va maintenant en donner une description détaillée en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un caisson destiné au revêtement d'une surface plane, telle qu'une face d'une bande;
- la figure 2 montre un caisson adapté à la formation d'une feuille extra mince par dépôt non adhérent sur uncylindre rotatif;
- la figure 3 présente la variation du débit spécifique de l'électrolyte en fonction de sa pression entre les électrodes, pour diverses valeurs de la distance anode-cathode;
- la figure 4 exprime l'influence de la distance anode-cathode sur la pression de l'électrolyte entre les électrodes, pour un débit spécifique constant de l'électrolyte.
- FIG. 1 schematically represents a box intended for coating a flat surface, such as one face of a strip;
- FIG. 2 shows a box suitable for the formation of an extra thin sheet by non-adherent deposition on a rotary cylinder;
- FIG. 3 shows the variation of the specific flow rate of the electrolyte as a function of its pressure between the electrodes, for various values of the anode-cathode distance;
- FIG. 4 expresses the influence of the anode-cathode distance on the pressure of the electrolyte between the electrodes, for a constant specific flow rate of the electrolyte.
Dans ces figures, les mêmes éléments sont chaque fois désignés par les mêmes repères numériques.In these figures, the same elements are each designated by the same reference numerals.
Faisant référence en premier lieu à la figure 1, le dispositif de l'invention comprend un caisson 1 dont une des parois est disposée parallèlement et à très faible distance de la surface d'une bande métallique 2 en défilement. Dans une paroi latérale, le caisson 1 est pourvu d'un orifice 3 auquel est raccordée une conduite 4 d'alimentation en électrolyte à partir d'une source non représentée.Referring first to Figure 1, the device of the invention comprises a box 1, one of the walls of which is arranged in parallel and at a very short distance from the surface of a metal strip 2 in movement. In a side wall, the box 1 is provided with an
Dans la paroi du caisson 1 faisant face à la bande 2 est prévue une première série d'orifices 5 faisant communiquer le volume intérieur du caisson 1 avec l'espace étroit existant entre le caisson 1 et la bande 2. Dans cette même paroi est ménagée une deuxième série d'orifices 6 auxquels sont raccordés des tubes 7 qui traversent le volume intérieur du caisson 1 et qui en sortent en passant, de façon étanche, à travers une autre paroi du caisson 1. Dans la réalisation illustrée par la figure 1, ces tubes débouchent dans un collecteur 8 qui peut être raccordé à une pompe 9.In the wall of the box 1 facing the strip 2 is provided a first series of
Pour former un dépôt électrolytique sur la bande 2, celle-ci est reliée au pôle négatif d'une source de courant continu, ou éventuellement à la terre, tandis que le caisson 1 est relié au pôle positif de cette même source de courant continu. Le caisson constitue donc l'anode et la bande constitue la cathode d'un circuit d'électrolyse.To form an electrolytic deposit on the strip 2, the latter is connected to the negative pole of a direct current source, or possibly to the ground, while the box 1 is connected to the positive pole of this same direct current source. The box therefore constitutes the anode and the strip constitutes the cathode of an electrolysis circuit.
Dans la figure 1, les liaisons électriques sont représentées de façon schématique, car la technologie de ces liaisons est bien connue et ne fait d'ailleurs pas partie de la présente invention.In Figure 1, the electrical connections are shown schematically, because the technology of these connections is well known and is not part of the present invention.
L'électrolyte pénètre dans le volume intérieur du caisson 1 par l'orifice d'alimentation 3 relié à la conduite 4. Sous l'effet de la pression d'alimentation, l'électrolyte remplit le volume intérieur du caisson, puis il s'écoule par les orifices 5 pour occuper l'espace étroit existant entre le caisson 1 et la bande 2. Un courant électrique peut ainsi circuler entre l'anode et la cathode et assurer le dépôt électrolytique désiré sur la bande 2. Grâce à la faible distance séparant les orifices 5 des orifices 6, l'électrolyte est très rapidement repris, par aspiration, à travers les orifices 6 et les tubes 7, jusqu'au collecteur 8 et à la pompe 9. Après avoir éventuellement été régénéré et avoir reçu une quantité d'appoint par des moyens connus non représentés, l'électrolyte est alors renvoyé, par l'action de la pompe 9, dans la conduite d'alimentation 4 et recommence le circuit.The electrolyte enters the interior volume of the box 1 through the
Dans une variante préférentielle de l'invention, les dispositifs d'aspiration, à savoir le collecteur 8 et la pompe 9, sont éliminés complètement. Le caisson 1 est complètement immergé dans la cuve contenant l'électrolyte et les tubes 7 débouchent directement dans cette cuve. L'électrolyte s'écoule alors à travers les tubes 7 sous l'effet de la pression établie entre l'anode et la cathode.In a preferred variant of the invention, the suction devices, namely the
En raison de la brièveté du trajet accompli par l'électrolyte dans l'espace étroit existant entre le caisson et le substrat, entre un orifice 5 et un orifice 6 voisin, la perte de charge opposée à la circulation de l'électrolyte est très réduite. La pression requise pour assurer cette circulation est dès lors plus faible que dans les solutions connues antérieurement. En outre, la reprise presqu'immédiate de l'électrolyte par les orifices 6 prévient, ou au moins limite fortement l'écoulement latéral de ce dernier.Due to the shortness of the path taken by the electrolyte in the narrow space existing between the box and the substrate, between an
L'exemple précité se réfère plus spécialement au revêtement de produits plats, tels que des bandes. Il va cependant de soi que l'invention n'est pas limitée à ce type de produit, et que son utilisation s'étend également au revêtement de produits de section quelconque, par l'utilisation de plaques, notamment de parois de caisson épousant le contour du substrat.The above example refers more particularly to the coating of flat products, such as strips. It goes without saying, however, that the invention is not limited to this type of product, and that its use also extends to the coating of products of any cross-section, by the use of plates, in particular of box walls matching the contour of the substrate.
La figure 2 illustre cette application.Figure 2 illustrates this application.
La figure 2 représente un caisson 1 dont une paroi comporte une cavité semi-cylindrique où sont ménagés les orifices 5 et 6 définis plus haut. Les orifices 6 sont reliés à un collecteur 8 par des tubes 7. Dans la cavité semi-cylindrique est disposé un cylindre 10, coaxial à ladite cavité dans laquelle il peut tourner. Le diamètre extérieur du cylindre est légèrement inférieur à celui de la cavité, de façon à laisser subsister entr'eux une fente annulaire étroite. Le caisson 1 et le cylindre 10 sont connectés respectivement au pôle positif et au pôle négatif d'une source de courant continu. L'électrolyte est introduit par la conduite d'alimentation 4, parvient par les orifices 5 dans la fente annulaire où il subit l'électrolyse, puis est repris par les orifices 6 et les tubes 7 vers le collecteur 8. La feuille métallique 11 formée sur le cylindre est alors détachée d'une manière connue en soi.FIG. 2 represents a box 1, one wall of which comprises a semi-cylindrical cavity where the
Les essais effectués par le Demandeur ont montré que les installations des figures 1 et 2, présentaient plusieurs avantages par rapport aux dispositifs connus.The tests carried out by the Applicant have shown that the installations in FIGS. 1 and 2 have several advantages over the known devices.
La description qui suit est consacrée plus particulièrement à la production de feuilles extra-minces par l'installation de la figure 2. Les effets et les avantages décrits sont cependant également vrais dans le cas du revêtement par l'installation de la figure 1.The following description is devoted more particularly to the production of extra-thin sheets by the installation of FIG. 2. The effects and the advantages described are however also true in the case of coating by the installation of FIG. 1.
D'un point de vue hydraulique, les essais ont confirmé que le raccourcissement du chemin hydraulique de l'électrolyte constituait un excellent moyen pour réduire la pression entre les électrodes.From a hydraulic point of view, tests have confirmed that shortening the hydraulic path of the electrolyte is an excellent way to reduce the pressure between the electrodes.
Le dispositif conforme à l'invention a permis d'at- teindre un débit spécifique d'électrolyte de 20 l/m2.s sous une pression de 1 kg/cm2 avec une distance anode-cathode égale à 0,1 mm. Un tel débit spécifique assure une turbulence élevée, qui favorise à son tour le comportement électrique de l'installation.The device according to the invention made it possible to achieve a specific electrolyte flow rate of 20 l / m 2 .s under a pressure of 1 kg / cm 2 with an anode-cathode distance equal to 0.1 mm. Such a specified flow which ensures high turbulence, which in turn promotes the electrical behavior of the installation.
La figure 3 illustre la variation du débit spécifique de l'électrolyte en fonction de la pression, pour différentes valeurs de la distance anode-cathode. Elle montre clairement que le dispositif de l'invention permet de diminuer très fortement cette distance tout en assurant des débits spécifiques appréciables et sans nécessiter des pressions excessives.FIG. 3 illustrates the variation of the specific flow rate of the electrolyte as a function of the pressure, for different values of the anode-cathode distance. It clearly shows that the device of the invention makes it possible to very greatly reduce this distance while ensuring appreciable specific flow rates and without requiring excessive pressures.
Cette caractéristique est illustrée par le diagramme de la figure 4, qui traduit l'influence de la distance anode-cathode sur la pression de l'électrolyte assurant un débit spécifique prédéterminé.This characteristic is illustrated by the diagram in FIG. 4, which shows the influence of the anode-cathode distance on the pressure of the electrolyte ensuring a predetermined specific flow rate.
Pour un débit spécifique q constant égal à 46 I/m2.s, le dispositif de l'invention a permis d'abaisser la distance anode-cathode à 0,2 mm, alors que la pression est seulement passée de 0,4 à 0,6 kg/cm2.For a constant specific flow q equal to 46 I / m2.s, the device of the invention has made it possible to reduce the anode-cathode distance to 0.2 mm, while the pressure has only gone from 0.4 to 0 , 6 kg / c m2 .
En ce qui concerne l'aspect électrique de la formation d'une feuille extra-mince, ces essais ont également souligné l'importance de la densité de courant (D) et de la turbulence de l'électrolyte pendant l'opération de dépôt. Toutes les autres conditions étant constantes, ces deux paramètres conditionnent largement la cohésion et la qualité de surface de la feuille extra-mince obtenue. Comme on l'a déjà indiqué dans l'introduction de la présente demande, la réalisation pratique de la densité de courant dépend également de la vitesse de circulation de l'électrolyte, c'est-à-dire en définitive de son débit spécifique. Par une augmentation appropriée du débit spécifique pour une distance anode-cathode constante, le dispositif de l'invention a permis de produire des feuilles extra-minces parfaitement saines sous des densités de courant largement supérieures à 100 A/dm2.With regard to the electrical aspect of the formation of an extra-thin sheet, these tests also stressed the importance of the current density (D) and the turbulence of the electrolyte during the deposition operation. All the other conditions being constant, these two parameters largely condition the cohesion and the surface quality of the extra-thin sheet obtained. As already indicated in the introduction to the present application, the practical realization of the current density also depends on the speed of circulation of the electrolyte, that is to say ultimately on its specific flow rate. By an appropriate increase in the specific flow rate for a constant anode-cathode distance, the device of the invention has made it possible to produce perfectly healthy extra-thin sheets at current densities well above 100 A / dm2.
Le dispositif de l'invention se révèle également avantageux à cet égard, car une augmentation de la densité de courant entraîne la possibilité d'accroître la vitesse et dès lors la productivité des lignes de dépôt, pour une épaisseur donnée de feuille extra-mince à produire.The device of the invention also proves to be advantageous in this respect, because an increase in the current density leads to the possibility of increasing the speed and therefore the productivity of the deposition lines, for a given thickness of extra-thin sheet at produce.
Un avantage supplémentaire de l'installation conforme à l'invention est qu'elle permet d'atteindre des niveaux élevés de turbulence et de densité de courant tout en n'utilisant que des pressions peu élevées. Il en résulte que l'anode et le substrat ne sont pas soumis à des efforts importants et qu'ils ne se déforment donc pas de façon sensible. En outre, la consommation d'énergie de la pompe reste faible.An additional advantage of the installation according to the invention is that it makes it possible to achieve high levels of turbulence and current density while using only low pressures. As a result, the anode and the substrate are not subjected to significant forces and therefore do not deform significantly. In addition, the energy consumption of the pump remains low.
L'augmentation de la turbulence, que permet le dispositif de l'invention, a encore entraîné une diminution de la résistivité apparente de la cellule d'électrolyse. Ainsi, pour une même distance anode-cathode de 1 mm, une augmentation de la pression de l'électrolyte de 0,5 kg/cm2 à 1 kg/cm2 a provoqué un accroissement du débit spécifique de 53,9 I/m2.s à 80 I/m2.s et une chute de la résistivité apparente de la cellule d'électrolyse de 2,21 ohm-cm à 1,43 ohm- dm. Il en est résulté une réduction supplémentaire de la consommation d'énergie lors du dépôt.The increase in turbulence which the device of the invention allows, has further led to a decrease in the apparent resistivity of the electrolysis cell. Thus, for the same anode-cathode distance of 1 mm, an increase in the electrolyte pressure from 0.5 kg / cm 2 to 1 kg / cm 2 caused an increase in the specific flow rate of 53.9 I / m 2 .s at 80 I / m 2 .s and a drop in the apparent resistivity of the electrolysis cell from 2.21 ohm-cm to 1.43 ohm- dm. This resulted in a further reduction in energy consumption during deposition.
Dans la description qui précède, on a systématiquement fait référence à une alimentation en électrolyte assurée par les orifices de la première série, tandis que la reprise et le retour de l'électrolyte étaient effectués par les orifices de la seconde série et par les tubes associés à ces orifices. En particulier, on a proposé d'utiliser un caisson pour assurer cette alimentation. Il ne sortirait cependant pas du cadre de la présente invention de réaliser l'alimentation des orifices de l'une quelconque des deux séries en raccordant directement ces orifices à des tuyaux d'alimentation individuels, en l'absence de tout caisson; ces tuyaux d'alimentation pourraient alors être eux-mêmes raccordés, individuellement ou en groupes quelconques, à une source d'électrolyte. Les orifices de l'autre série seraient alors avantageusement pourvus de tubes de retour de l'électrolyte.In the above description, we have systematically referred to an electrolyte supply provided by the orifices of the first series, while the recovery and return of the electrolyte were carried out by the orifices of the second series and by the associated tubes. to these holes. In particular, it has been proposed to use a box to ensure this supply. It would not, however, depart from the scope of the present invention to supply the orifices of any one of the two series by directly connecting these orifices to individual supply pipes, in the absence of any box; these supply pipes could then themselves be connected, individually or in any groups, to an electrolyte source. The orifices of the other series would then advantageously be provided with electrolyte return tubes.
Le dispositif de la présente invention permet également de faire varier la largeur de la plage revêtue du substrat ou la largeur de la feuille extra-mince, en adaptant la longueur - dans le sens transversal du produit - du caisson 1 ou du cylindre 10, respectivement.Cette adaptation peut être opérée par exemple en modifiant le nombre de caissons juxtaposés selon la largeur du produit ou en cloisonnant un long caisson en plusieurs compartiments à alimentation et évacuation propres, soit encore en obturant une partie des orifices de passage de l'électrolyte.The device of the present invention also makes it possible to vary the width of the area coated with the substrate or the width of the extra-thin sheet, by adapting the length - in the transverse direction of the product - of the box 1 or of the
Enfin, il est possible de combiner divers dispositifs conformes à l'invention pour revêtir simultanément soit les deux faces d'un même produit plat, en particulier d'une bande, éventuellement de revêtements différents, soit une seule face de deux produits plats, ou encore pour produire simultanément plusieurs feuilles à partir d'une seule solution électrolytique.Finally, it is possible to combine various devices in accordance with the invention to simultaneously coat either the two faces of the same flat product, in particular a strip, possibly with different coatings, or a single face of two flat products, or again to produce several sheets simultaneously from a single electrolytic solution.
Dans le cadre de la fabrication d'une feuille métallique extra-mince, l'opération de dépôt électrolytique est suivie, en ligne, d'un traitement thermique permettant de fixer les propriétés de mise en oeuvre de la feuille. Etant donné la très large utilisation de ce type de produit dans l'industrie de l'emballage, une de ses propriétés essentielles est sont aptitude au pliage, qui implique une limite d'élasticité faible et une absence d'effet ressort après pliage.In the context of the manufacture of an extra-thin metal sheet, the electroplating operation is followed, on-line, by a heat treatment making it possible to fix the processing properties of the sheet. Given the very wide use of this type of product in the packaging industry, one of its essential properties is its ability to fold, which implies a low elastic limit and an absence of spring effect after folding.
A cette fin, le procédé de fabrication d'une feuille métallique extra-mince par dépôt électrolytique sur un substrat, au moyen d'un dispositif du type décrit plus haut, dans lequel on dispose ledit substrat constituant la cathode à très faible distance d'une anode constituée par une plaque percée d'une première série d'orifices répartis sur la surface de la plaque et raccordés à des moyens d'alimentation en électrolyte ainsi que d'une seconde série d'orifices, également répartis sur la surface de la plaque et voisins des orifices de ladite première série, les orifices de ladite seconde série étant raccordés à des moyens d'évacuation de l'électrolyte, est caractérisé en ce qu'après le dépôt électrolytique d'un revêtement sur ledit substrat, on sépare le substrat et une feuille métallique extra-mince constituée par le revêtement électrolytique déposé sur ledit substrat, en ce que l'on réchauffe ladite feuille métallique extra-mince jusqu'à une température supérieure à sa température de recristallisation et en ce que l'on refroidit ensuite rapidement ladite feuille métallique extra-mince jusqu'à une température voisine de la température ambiante. Par "voisine de la température ambiante", il faut entendre une température à laquelle la feuille métallique extra-mince ne subit plus aucune transformation métallurgique.To this end, the process for manufacturing an extra-thin metal sheet by electrolytic deposition on a substrate, by means of a device of the type described above, in which said substrate constituting the cathode is placed at very short distance from an anode constituted by a plate pierced with a first series of orifices distributed over the surface of the plate and connected to electrolyte supply means as well as a second series of orifices, also distributed over the surface of the plate and neighbors of the orifices of said first series, the orifices of said second series being connected to means for discharging the electrolyte, is characterized in that after the electrolytic deposition of a coating on said substrate, the substrate and an extra-thin metal sheet formed by the electrolytic coating deposited on said substrate, in that said extra-thin metal sheet is heated to a temperature higher than its recrystallization temperature and in that the said extra-thin metal sheet is then rapidly cooled to a temperature close to ambient temperature. By "neighbor of the tempera ambient temperature "means a temperature at which the extra-thin metal sheet no longer undergoes any metallurgical transformation.
En pratique, la température de réchauffage est supérieure à environ 650°C, afin de provoquer la recristallisation du métal, et d'améliorer ainsi sa ductilité en réduisant sa limite d'élasticité et sa charge de rupture par rapport aux niveaux observés immédiatement après l'électroformage. L'étape de réchauffage est de préférence exécutée par chauffage direct par résistance.In practice, the reheating temperature is higher than approximately 650 ° C., in order to cause the recrystallization of the metal, and thus to improve its ductility by reducing its yield strength and its breaking load compared to the levels observed immediately after l '' electroforming. The reheating step is preferably carried out by direct resistance heating.
Le refroidissement rapide peut être effectué par exemple par immersion de la feuille extra-mince dans un bain aqueux de trempe pouvant se trouver à une température supérieure à la température ambiante. Un tel refroidissement rapide exerce sur la feuille extra-mince un effet adoucissant qui favorise l'apparition de l'aptitude au pliage. Le degré d'adoucissement ainsi atteint dépend bien entendu de la pureté du métal constituant ladite feuille, et en particulier de ses teneurs en carbone et en azote libres.Rapid cooling can be carried out, for example, by immersing the extra-thin sheet in an aqueous quenching bath which may be at a temperature above ambient temperature. Such rapid cooling exerts on the extra-thin sheet a softening effect which promotes the appearance of the ability to fold. The degree of softening thus reached depends of course on the purity of the metal constituting said sheet, and in particular on its contents of carbon and free nitrogen.
A titre d'exemple, une feuille extra-mince (10 !lm) en fer contenant moins de 0,002 % de carbone et moins de 0,0007 % d'azote, a été recristallisée par chauffage et maintien entre 650°C et 850°C, puis refroidie à environ 5600°C/s par immersion dans l'eau bouillante. Elle a acquis ainsi une excellente aptitude au pliage sans effet ressort sans rien perdre de sa planéité ni de son aspect superficiel.For example, an extra-thin sheet (10 ! Lm) of iron containing less than 0.002% carbon and less than 0.0007% nitrogen, was recrystallized by heating and maintaining between 650 ° C and 850 ° C, then cooled to around 5600 ° C / s by immersion in boiling water. It thus acquired an excellent folding ability without spring effect without losing anything of its flatness or its surface appearance.
Une feuille extra-mince en fer, produite et traitée thermiquement suivant le procédé de l'invention, présente une aptitude au pliage au moins équivalente à celle des feuilles en aluminium actuellement utilisées.An extra-thin sheet of iron, produced and heat treated according to the process of the invention, has a folding ability at least equivalent to that of the aluminum sheets currently used.
Le dispositif et le procédé conformes à la présente invention permettent de fabriquer des feuilles extra-minces de haute qualité, avec une productivité élevée de l'installation et moyennant une consommation d'énergie limitée.The device and the method in accordance with the present invention make it possible to manufacture high-quality extra-thin sheets, with high productivity of the installation and with limited energy consumption.
Ces excellents résultats ont pu être obtenus grâce à la combinaison, conforme à l'invention, de deux opérations fondamentales, à savoir d'une part de dépôt électrolytique avec une turbulence élevée de l'électrolyte et un chemin hydraulique très court entre les électrodes, et d'autre part un traitement thermique approprié. La turbulence élevée est assurée par le fait que l'électrolyte présentant une quantité de mouvement élevée arrive perpendiculairement à la surface du substrat, c'est-à-dire de la cathode, et qu'il se répand entre l'anode et la cathode avant d'être très rapidement repris par les orifices d'évacuation. Dans ces conditions, il ne s'établit pratiquement pas d'écoulement laminaire parallèle aux électrodes. Par ailleurs, on considère généralement que la turbulence de l'électrolyte dépend de sa vitesse de circulation entre les électrodes. La disposition qui fait l'objet de la présente invention permet cependant d'atteindre une turbulence élevée sans nécessiter de débits d'électrolyte importants; en outre, la pression requise étant faible, la puissance de pompage et par conséquent la consommation d'énergie sont limitées. Le chemin hydraulique est très court en raison de la faible distance séparant les orifices d'alimentation des orifices d'évacuation. La disposition de l'invention permet d'évacuer pratiquement la totalité de l'électrolyte par les orifices d'évacuation; il ne se produit donc pas d'écoulement latéral notable et le dispositif de la présente invention présente l'avantage, important dans la pratique, de ne pas nécessiter de joints latéraux. Le traitement thermique de recristallisation et d'adoucissement apporte ensuite à la feuille les propriétés de ductilité qui lui assurent l'aptitude au pliage sans effet ressort que requiert son utilisation dans l'industrie de l'emballage.These excellent results have been obtained thanks to the combination, in accordance with the invention, of two fundamental operations, namely on the one hand electrolytic deposition with high turbulence of the electrolyte and a very short hydraulic path between the electrodes, and on the other hand an appropriate heat treatment. The high turbulence is ensured by the fact that the electrolyte exhibiting a high momentum arrives perpendicular to the surface of the substrate, that is to say the cathode, and that it spreads between the anode and the cathode before being quickly taken up by the evacuation orifices. Under these conditions, practically no laminar flow is established parallel to the electrodes. Furthermore, it is generally considered that the turbulence of the electrolyte depends on its speed of circulation between the electrodes. The arrangement which is the subject of the present invention however makes it possible to achieve high turbulence without requiring significant electrolyte flow rates; moreover, the required pressure being low, the pumping power and consequently the energy consumption are limited. The hydraulic path is very short due to the short distance separating the supply ports from the discharge ports. The arrangement of the invention makes it possible to discharge practically all of the electrolyte through the discharge orifices; there is therefore no significant lateral flow and the device of the present invention has the advantage, important in practice, of not requiring side seals. The recrystallization and softening heat treatment then provides the sheet with the ductility properties which provide it with the ability to fold without the spring effect required for its use in the packaging industry.
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