EP0781857B1 - Procédé de traitement de la surface d'un conducteur électrique tel qu'une barre appartenant à un jeu de barres et barre susceptible d'etre obteneu suivant ce procédé - Google Patents

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EP0781857B1
EP0781857B1 EP19960410120 EP96410120A EP0781857B1 EP 0781857 B1 EP0781857 B1 EP 0781857B1 EP 19960410120 EP19960410120 EP 19960410120 EP 96410120 A EP96410120 A EP 96410120A EP 0781857 B1 EP0781857 B1 EP 0781857B1
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EP
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bar
coating
process according
anodizing
connecting surface
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EP19960410120
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Pascal Lepretre
Daniel Mermet
Marie-Christine Andre
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/026—Anodisation with spark discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon

Definitions

  • the present invention relates to a method of treating the surface of a conductor electric such as a bar belonging to a busbar, and busbar likely to be obtained by this process.
  • the electrical distribution busbars commonly used in low cabinets voltage, to ensure for example the electrical connection between one or more electrical devices such as circuit breakers and starting devices such as motors, systems lighting etc ..., are made of copper.
  • these busbars are used as is, which makes them particularly advantageous, except for a few applications in which they are coated with silver or tin by electrolytic means.
  • these copper busbars if they are advantageous, for the reasons above mentioned are still quite expensive. It has already been considered to reduce the price cost of such busbars, to use aluminum busbars. Now, on contact air, aluminum spontaneously covers itself with a solid and insulating oxide layer, alumina.
  • the present invention solves these problems and provides an economical method of treatment. from the surface of a conductor such as a bar belonging to a busbar, allowing obtaining bars protected in particular against corrosion, the use of which is facilitated for the operator, and which has improved cooling characteristics.
  • the present invention relates to a method of treating the surface of a electrical conductor, such as a bar, belonging to a busbar, especially against oxidation and / or to ensure surface properties favorable to a low resistance of contact, this process being characterized in that it comprises coating a part at less than the connection surface of the bar with a protective conductive metal by thermal spraying.
  • the invention also relates to a method for treating the surface of a conductor.
  • electric such as a bar belonging to a busbar, in particular against oxidation, characterized in that it comprises the coating of at least part of the surface of connection of the bar with a protective conductive metal and in that prior to deposition of the coating, anodization of the total surface of the bar is carried out sandblasting located on its connection surface.
  • the aforementioned coating is treated against corrosion by a process such as microbeading or impregnation.
  • the aforementioned coating is deposited by thermal spraying with the flame, electric arc projection or plasma torch projection.
  • the aforementioned conductive metal is one of the metals included in the group including tin, silver, copper, bronze, brass, bronze-aluminum (cuproalu)
  • pigments are added to the anodizing bath. Color is chosen so as to be different from the color of the metal coating.
  • the thickness of the oxide layer deposited during anodization is between 5 and 8 ⁇ m.
  • the thickness of the metal coating is between 10 and 500 ⁇ m.
  • the bar is made of aluminum and the coating of tin.
  • the invention also relates to a bar of the kind previously mentioned, characterized in that it comprises a solid component M made of a conductive material such than aluminum, and has a metal coating on its connection surface protective such as silver or tin. According to another characteristic, its total surface apart from its connection zone is covered with an oxide layer of said material.
  • the invention also relates to a bar treated according to one of the methods previously described, and in the form of a profile.
  • this profile has a substantially H-shaped cross section, and comprises two longitudinal blanks connected by a transverse bar, said blanks longitudinal comprising respectively two longitudinal edges folded at right angles; forming two extensions whose outer surface constitutes the connection zone of bar.
  • Figures 1 to 4 are perspective views of a bar belonging to a busbar, corresponding respectively to the different stages of a treatment process in accordance with the invention.
  • this bar 1 is constituted by a section P of section substantially in the form of H, made of aluminum.
  • This profile P is constituted by two longitudinal blanks 7, 8 connected by a transverse bar 13. These two longitudinal blanks 7, 8 respectively have two longitudinal edges, folded at right angles to the inside of the profile so as to form two flanges or extensions parallel 9, 10.
  • the outer surfaces 11, 12 of these edges 9, 10 form the areas or connection surfaces 2, of the bar 1.
  • the bar 1 made of aluminum has not undergone any particular treatment.
  • this same bar 1 has undergone anodization, that is to say anodic oxidation on its total surface 4.
  • This treatment consists in immersing the bar 1 in an electrolytic solution in which it is electrically connected to an anode. The current is passed from the anode to the cathode, and thus oxygen is released, which oxidizes the part on the surface. The bar 1 is completely oxidized when the current no longer passes because the alumina thus formed is insulating.
  • pigments to the bath which will be trapped during electrolytic treatment, and whose function will be to color (for example in black, gold or bronze color) the layer of alumina 5 formed, the thickness of which will commonly be of the order from 5 to 8 ⁇ m.
  • a second step we sand the contact surfaces 2 (or connection) of bar 1, as shown in FIG. 3.
  • This operation consists of remove the layer of alumina which has just been formed on the contact surfaces 2, this in order to make these surfaces rougher and allow better adhesion of the coating that will be applied in the next step.
  • a thermal spraying of a material 3 is carried out non-oxidizable (or slightly oxidizable) on the aforementioned connection surfaces 2 ( Figure 4).
  • this projection is carried out as soon as the sandblasting to prevent the alumina from reform.
  • the material used is tin.
  • Projection techniques thermal of conductive metals being known, they will not be described here precisely. It will simply be noted that the coatings by hot spraying are obtained by the high speed crushing of droplets melted on a substrate, the adhesion of the deposition being ensured by mechanical attachment to the substrate, most often after sandblasting. It will also be noted that there are three projection methods, namely by flame, with an electric arc and a plasma torch.
  • this process is particularly well suited to aluminum bars of profile type, because the connection area is very well located, which makes it possible to make the economically more advantageous thermal spray deposition than electrolytic deposition.
  • This process therefore makes it possible to use aluminum bars 1 and to protect them with a tin coating 3, since the color of the bar 1, outside the contact surfaces 2, is different (thanks to anodization), from that of said contact surfaces 2. It is then possible to differentiate a pure aluminum bar from a protected bar.
  • a copper or bronze coating could also be considered, although copper also has significant porosity and a tendency to corrosion.
  • the use of one of these two materials would make it possible to get rid of the operation anodizing, because their color is different from that of aluminum and differentiation would then be possible.
  • the anodizing operation is however desirable because it presents a number of advantages. Indeed, in addition to the fact that it allows differentiation between a pure bar and a treated bar, it increases the emissivity of the bar, i.e. the ability of the material to dissipate its heat by radiation. This increase in emissivity improves the cooling of the bar thanks to better infrared radiation and therefore allows a greater amount of current to be transported, in the same bar section and for identical heating.
  • This oxide layer aluminum also makes it possible to seal the bond between the coating of surfaces contact and the bar, and thereby limits the effects of corrosion. In addition, it allows change the appearance of the bar, which can be a commercial advantage.
  • thermal spraying operation can be followed by a treatment anticorrosion such as for example micro-blasting or impregnation (for example with paraffin).
  • a treatment anticorrosion such as for example micro-blasting or impregnation (for example with paraffin).
  • the bar 1, produced according to this process thus comprises a massive component in aluminum M and is coated on its connection area 2 with a conductive metal 3 not oxidizable, and on the rest of its surface with a layer of aluminum oxide (or alumina 5).
  • the invention also includes a coated copper bar on its connection zone a layer of tin deposited by thermal spraying.
  • a coated copper bar on its connection zone a layer of tin deposited by thermal spraying.
  • the invention extends to any electrical conductor comprising the Features mentioned in the claims.

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Description

La présente invention concerne un procédé de traitement de la surface d'un conducteur électrique tel qu'une barre appartenant à un jeu de barre, et des jeux de barre susceptibles d'être obtenus suivant ce procédé.
Les jeux de barre de distribution électrique couramment utilisés dans les armoires basse tension, pour assurer par exemple la liaison électrique entre un ou des appareils électriques tels que des disjoncteurs et des appareils de départ tels que des moteurs, systèmes d'éclairage etc..., sont réalisés en cuivre. En règle générale, ces jeux de barre sont utilisés tels quels, ce qui les rend particulièrement avantageux, sauf pour quelques applications particulières dans lesquelles ils sont recouverts d'argent ou d'étain par voie électrolytique. Or, ces jeux de barre en cuivre, s'ils sont avantageux, pour les raisons précédemment mentionnées n'en restent pas moins assez chers. Il a déjà été envisagé pour réduire le prix de revient de tels jeux de barre, d'utiliser des jeux de barres en aluminium. Or, au contact de l'air, l'aluminium se recouvre spontanément d'une couche d'oxyde solide et isolante, l'alumine. Il en résulte qu'il serait nécessaire de protéger la surface de ces jeux de barre, contre une telle oxydation, en la recouvrant d'un métal conducteur peu ou non oxydable comme l'étain ou l'argent. Or, la technique connue de dépôt électrolytique impliquerait le revêtement de la surface totale de la barre, d'où il résulterait d'une part, un coût important de fabrication de la barre, et d'autre part, lorsque ce revêtement serait constitué d'étain ou d'argent, qu'il serait difficile à l'utilisateur de distinguer une barre en aluminium pure d'une barre en aluminium traitée.
La présente invention résout ces problèmes et propose un procédé économique de traitement de la surface d'un conducteur tel qu'une barre appartenant à un jeu de barres, permettant l'obtention de barres protégées notamment contre la corrosion, dont l'utilisation est facilitée pour l'opérateur, et qui présente des caractéristiques de refroidissement améliorées.
A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de traitement de la surface d'un conducteur électrique, tel qu'une barre, appartenant à un jeu de barres, notamment contre l'oxydation et/ou pour assurer des propriétés de surface favorables à une faible résistance de contact, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend le revêtement d'une partie au moins de la surface de raccordement de la barre avec un métal conducteur protecteur par projection thermique.
Selon une autre caractéristique, préalablement au dépôt du revêtement précité, on procède à l'anodisation de la surface totale de la barre, puis à un sablage localisé à la surface de raccordement de ladite barre.
L'invention a également pour objet un procédé de traitement de la surface d'un conducteur électrique tel qu'une barre appartenant à un jeu de barres, notamment contre l'oxydation, caractérisé en ce qu'il comprend le revêtement d'une partie au moins de la surface de raccordement de la barre avec un métal conducteur protecteur et en ce que préalablement au dépôt du revêtement, on procède à une anodisation de la surface totale de la barre suivie d'un sablage localisé à sa surface de raccordement.
Selon une autre caractéristique, après le sablage, le revêtement précité est traité contre la corrosion par un procédé tel que le microbillage ou l'imprégnation.
Avantageusement, le revêtement précité est déposé par une projection thermique à la flamme, une projection à l'arc électrique ou une projection à la torche plasme.
Avantageusement, le métal conducteur précité est l'un des métaux compris dans le groupe comprenant l'étain, l'argent, le cuivre, le bronze, le laiton, le bronze-aluminium (cuproalu)
Selon une autre caractéristique, dans le bain d'anodisation sont ajoutés des pigments dont la couleur est choisie de manière à se différencier de la couleur du revêtement de métal.
Avantageusement, l'épaisseur de la couche d'oxyde déposée lors de l'anodisation est comprise entre 5 et 8 µm.
Avantageusement, l'épaisseur du revêtement de métal est comprise entre 10 et 500 µm. De préférence, la barre est en aluminium et le revêtement en étain.
L'invention a également pour objet une barre du genre précédemment mentionné, caractérisée en ce qu'elle comprend un composant massif M en un matériau conducteur tel que l'aluminium, et comporte sur sa surface de raccordement un revêtement d'un métal protecteur tel que l'argent ou l'étain. Selon une autre caractéristique, sa surface total hormis sa zone de raccordement est recouverte d'une couche d'oxyde dudit matériau.
L'invention a également pour objet une barre traitée suivant l'un des procédés précédemment décrits, et se présentant sous la forme d'un profilé.
Avantageusement, ce profilé présente une section transversale sensiblement en forme de H, et comprend deux flans longitudinaux reliés par une barre transversale, lesdits flans longitudinaux comportant respectivement deux bords longitudinaux pliés en équerre; formant deux prolongements dont la surface extérieure constitue la zone de raccordement de la barre.
Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaítront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :
Les figures 1 à 4 sont des vues en perpective d'une barre appartenant à un jeu de barre, correspondant respectivement aux différentes étapes d'un procédé de traitement conforme à l'invention.
Sur ces figures on voit que, conformément à une réalisation particulière de l'invention, cette barre 1 est constituée par un profilé P de section sensiblement en forme de H, réalisé en aluminium. Ce profilé P est constitué par deux flans longitudinaux 7, 8 reliés par une barre transversale 13. Ces deux flans longitudinaux 7, 8, comportent respectivement deux bords longitudinaux, pliés en équerre vers l'intérieur du profilé de manière à former deux rebords ou prolongements parallèles 9, 10. Les surfaces extérieures 11, 12 de ces rebords 9, 10 forment les plages ou surfaces de raccordement 2, de la barre 1.
On décrira ci-après un mode de réalisation du procédé de l'invention en référence aux figures.
Sur la figure 1, la barre 1 réalisée en aluminium, n'a subi aucun traitement particulier.
Sur la figure 2, cette même barre 1 a subi une anodisation, c'est à dire une oxydation anodique sur sa surface totale 4.
Ce traitement consiste à plonger la barre 1 dans une solution électrolytique dans laquelle elle est reliée électriquement à une anode. On fait passer le courant de l'anode vers la cathode, et l'on dégage ainsi de l'oxygène, lequel oxyde la pièce en surface. La barre 1 est complètement oxydée lorsque le courant ne passe plus car l'alumine ainsi formée est isolante.
Il sera avantageux d'ajouter dans le bain des pigments qui seront emprisonnés lors du traitement électrolytique, et dont la fonction sera de colorer (par exemple en noir, doré ou couleur bronze) la couche d'alumine 5 formée dont l'épaisseur sera couramment de l'ordre de 5 à 8µm.
Au cours d'une seconde étape, on procède à un sablage des surfaces de contact 2 (ou de raccordement) de la barre 1 , tel que représenté sur la figure 3. Cette opération consiste à retirer la couche d'alumine qui vient juste d'être formée sur les surfaces de contact 2, ceci afin de rendre ces surfaces plus rugueuses et permettre une meilleure adhérence du revêtement qui va être appliqué dans l'étape qui va suivre.
Dès que cette opération est terminée, on réalise une projection thermique d'un matériau 3 non oxydable (ou peu oxydable) sur les surfaces de raccordement précitées 2 (figure 4). On notera que cette projection est effectuée aussitôt le sablage afin d'éviter que l'alumine ne se reforme. Avantageusement, le matériau utilisé est de l'étain. Les techniques de projection thermique de métaux conducteurs, étant connues, elles ne seront pas décrites ici précisément. On notera simplement que les revêtements par projection à chaud sont obtenus par l'écrasement à grande vitesse de gouttelettes fondues sur un substrat, l'adhérence du dépôt étant assurée par un accrochage mécanique sur le substrat, le plus souvent après sablage. On notera également qu'il existe trois méthodes de projection à savoir à la flamme, à l'arc électrique et à la torche plasma.
Ainsi, on voit que ce procédé est particulièrement bien adapté à des barres en aluminium de type profilé, car la zone de raccordement est très bien localisée, ce qui permet de rendre le dépôt par projection thermique économiquement plus intéressant que le dépôt électrolytique.
Ce procédé permet donc d'utiliser des barres en aluminium 1 et de les protéger avec un revêtement d'étain 3, puisque la couleur de la barre 1, en dehors des surfaces de contact 2, est différente (grâce à l'anodisation), de celle des dites surfaces de contact 2. Il est alors possible de différencier une barre en aluminium pure d'une barre protégée.
On notera que l'on aurait pu, pour les mêmes raisons, utiliser un revêtement constitué d'argent, bien que ce matériau semble pour l'instant moins bien adapté, car il présente une porosité et une tendance à la corrosion importante.
Un revêtement de cuivre ou de bronze pourrait également être envisagée, bien que le cuivre présente également une porosité et une tendance à la corrosion importante.
L'utilisation de l'un de ces deux matériaux permettrait de s'affranchir de l'opération d'anodisation, car leur couleur est différente de celle de l'aluminium et une différenciation serait alors possible. L'opération d'anodisation est cependant souhaitable car elle présente un certain nombre d'avantages. En effet, outre le fait qu'elle permette une différenciation entre une barre pure et une barre traitée, elle augmente l'émissivité de la barre, c'est à dire la capacité du matériau à évacuer sa chaleur par rayonnement. Cette augmentation de l'émissivité permet d'améliorer le refroidissement de la barre grâce à un meilleur rayonnement infrarouge et donc permet de transporter une plus grande quantité de courant, dans une même section de barre et pour un échauffement identique. Cette couche d'oxyde d'aluminium permet également de rendre étanche la liaison entre le revêtement des surfaces de contact et la barre, et de ce fait limite les effets de la corrosion. En outre, elle permet de modifier l'aspect de la barre, ce qui peut être un avantage commercial.
Enfin, on notera que l'opération de projection thermique pourra être suivie d'un traitement anticorrosion tel que par exemple le microbillage ou l'imprégnation (par exemple avec de la paraffine).
La barre 1, réalisée suivant ce procédé comprend ainsi un composant massif en aluminium M et est revêtue sur sa zone de raccordement 2 d'un métal conducteur 3 non oxydable, et sur le restant de sa surface d'une couche d'oxyde d'aluminium (ou alumine 5).
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
C'est ainsi, par exemple, que l'invention comprend également une barre en cuivre revêtue sur sa zone de raccordement d'une couche d'étain déposée par projection thermique. De façon générale, l'invention s'étend à tout conducteur électrique comportant les caractéristiques mentionnées dans les revendications.

Claims (14)

  1. Procédé de traitement de la surface d'un conducteur électrique, tel qu'une barre appartenant à un jeu de barres, notamment contre l'oxydation et/ou pour assurer des propriétés de surface favorables à une faible résistance de contact, caractérisé en ce qu'il comprend le revêtement d'une partie au moins de la surface de raccordement (2) de la barre (1) avec un métal conducteur protecteur (3) par projection thermique.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que préalablement au dépôt du revêtement précité (3), on procède à l'anodisation de la surface totale (4) de la barre (1), puis à un sablage localisé à la surface de raccordement (2) de ladite barre (1).
  3. Procédé de traitement de la surface d'un conducteur électrique, tel qu'une barre appartenant à un jeu de barres, notamment contre l'oxydation, caractérisé en ce qu'il comprend le revêtement d'une partie au moins de la surface de raccordement (2) de la barre (1) avec un métal conducteur protecteur (3) et en ce que préalablement au dépôt du revêtement (3), on procède à une anodisation de la surface totale (4) de la barre (1) suivie d'un sablage localisé à sa surface de raccordement (2).
  4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'après le sablage, le revêtement précité (3) est traité contre la corrosion par un procédé tel que le microbillage ou l'imprégnation.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement précité (3) est déposé par une projection thermique à la flamme, une projection à l'arc électrique ou une projection à la torche plasme.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal conducteur précité (3) est l'un des métaux compris dans le groupe comprenant l'étain, l'argent, le cuivre, le bronze, le laiton, le bronze-aluminium (cuproalu).
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que dans le bain d'anodisation son ajoutés des pigments dont la couleur est choisie de manière à se différencier de la couleur du revêtement de métal (3).
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'oxyde (5) déposée lors de l'anodisation est comprise entre 5 et 8 µm.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement de métal (3) est comprise entre 10 et 500 µm.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la barre est en aluminium et le revêtement en étain.
  11. Barre du genre destinée à assurer la liaison électrique entre un appareil tel un disjoncteur et des appareils de départ tels des moteurs, caractérisée en ce qu'elle comprend un composant massif M en un matériau conducteur tel que l'aluminium, et comporte sur sa surface de raccordement (2) un revêtement d'un métal protecteur (3) tel que l'argent ou l'étain.
  12. Barre selon la revendication 11, caractérisée en ce que sa surface totale (4) hormis sa surface de raccordement (2) est recouverte d'une couche d'oxyde dudit matériau (5).
  13. Barre traitée suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un profilé (P).
  14. Barre selon la revendication 13, caractérisée en ce que le profilé précité (P) présente une section transversale sensiblement en forme de H, et comprend deux flans longitudinaux (7, 8) reliés par une barre transversale (13), lesdits flans longitudinaux (7, 8) comportant respectivement deux bords longitudinaux pliés en équerre formant deux prolongement (9, 10) dont la surface extérieure (11, 12) constitue la zone de raccordement (2) de la barre (1).
EP19960410120 1995-12-27 1996-12-09 Procédé de traitement de la surface d'un conducteur électrique tel qu'une barre appartenant à un jeu de barres et barre susceptible d'etre obteneu suivant ce procédé Expired - Lifetime EP0781857B1 (fr)

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EP0781857A1 EP0781857A1 (fr) 1997-07-02
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