EP2553148B1 - Dispositif et procédé pour contrôler l'efficacité d'un bain d'électrodéposition métallique - Google Patents

Dispositif et procédé pour contrôler l'efficacité d'un bain d'électrodéposition métallique Download PDF

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EP2553148B1
EP2553148B1 EP11717696.6A EP11717696A EP2553148B1 EP 2553148 B1 EP2553148 B1 EP 2553148B1 EP 11717696 A EP11717696 A EP 11717696A EP 2553148 B1 EP2553148 B1 EP 2553148B1
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EP
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bath
samples
cathode
tank
current
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EP11717696.6A
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EP2553148A1 (fr
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Frédéric Lagrange
Hervé MOLET
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C25D17/12—Shape or form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12—Process control or regulation

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for controlling the effectiveness of a metal electrodeposition bath (containing in particular metal elements and adjuvants) and more particularly, although not exclusively, the thickness of the metal coating deposited on the parts. treated and the external appearance as shine.
  • a metal electrodeposition bath containing in particular metal elements and adjuvants
  • Hull cells see, for example, US Pat. US-2,149,344 . They comprise a tank containing the liquid metal electrodeposition bath to be deposited, respectively anodic and cathodic electrodes immersed in the bath and a current generator connecting the electrodes.
  • the cathode electrode, on which the metal deposition coating is fixed, is in the form of a rectangular metal plate or the like, inclined with respect to the anode electrode so that the distance separating them varies progressively from one end to the other of the plate.
  • the thickness of the deposited metal coating will progressively change along the inclined cathode plate and also the brightness of the latter. It is thus possible to study the influence of the current density on the amount of deposit (coating thickness, gloss, etc.) with fixed electrolysis conditions.
  • the inclined cathode plate can be replaced by a rotating metal cylinder whose rotation allows a non-zero relative speed between the cathode and the bath liquid.
  • the object of the present invention is to overcome these various drawbacks and concerns a device and a method for controlling the efficiency of a metal electrodeposition bath whose design makes it possible, among other things, to scan a selected range of current densities with precision. , to give the actual current density at each point, to measure the deposited coating and to deduce the mass, thickness and gloss for a given current density, and to take into account the actual hydrodynamic conditions.
  • the device for controlling the efficiency of a metal electrodeposition bath contained in a vessel is of the type comprising respectively anodic and cathodic electrodes connected to an electric current generator, said cathode electrode consisting of a plurality of individual test pieces adapted to be immersed in said metal plating bath and fed by a controllable power supply unit.
  • This is connected to the current generator and comprises means for adjusting the current flowing through said cathode specimens so that in each of them circulates a determined current.
  • the above device is remarkable in that the individual cathode specimens are suspended from a movable sample holder, disposed above the metal bath of the vessel to immerse substantially only the specimens in said bath.
  • the deposition of a metal coating on each of the individual cathode specimens is simultaneously carried out during a single control by imposing distinct current densities thereon.
  • distinct current densities thereon.
  • different coatings corresponding to the current densities used are obtained.
  • the effectiveness of the controlled bath in question can be accurately determined by the weight of the coating deposited for each specimen subjected directly to a specific current density, (in particular by weighing before and after the control) and, thus, determining the characteristics of thickness, gloss and others that are obtained for an imposed current density.
  • the specimen holder is not only movable vertically for the immersion of the specimens but also horizontally, so that the horizontal displacement of the suspended specimens makes it possible to have a relative speed between the surface to be coated and the liquid metal bath, when checking it.
  • the subsequent parts to be treated will be subjected to the current selected for obtaining thereon the desired coating whose thickness corresponds to a given corrosion resistance or a particular gloss.
  • the device of the invention overcomes the previous disadvantages by covering, by the individual cathode test tubes, a determined and accurate range of current densities and by measuring the coating deposited on each individual test piece, proportional to the deposited metal mass from the bath as a function of the applied current density and representative of the efficiency of the bath under control.
  • the part (s) to be treated are immersed in the bath at a given intensity corresponding to the thickness of the metal coating to be deposited.
  • the control device can thus be used periodically to check the bath.
  • the means for adjusting the current of the power supply unit are defined, for each cathode test tube, by a variable resistor connected on one side to the current generator and, on the other hand, side, to the corresponding cathode test tube. Note the simplicity of realization of the adjustment means ensuring the reliability of operation of the unit in use.
  • each variable resistor and its corresponding cathode test piece an instrument for measuring the current passing through the test tube, in the form of an ammeter or the like.
  • the device delivers the intensity by a direct reading and the actual current density at each point of the cathode test pieces is obtained by calculation or the ammeter is graduated in a particular way to display the density.
  • the arrangement of the individual cathode test tubes is arbitrary in said bath, because of the large size of said production tank, not generating no or few "disturbances" between the cathode test tubes.
  • the arrangement of individual cathode specimens could be established in the same horizontal plane in the metal bath, the cathodic specimens aligned in the horizontal plane can be regularly spaced from each other.
  • the individual cathode specimens are dimensionally identical and have a disc shape.
  • stirring means of the liquid metal bath are associated with the tank, especially when it is a production tank.
  • anode electrodes in the form of grids or preferably parallel plates between which are arranged cathode specimens.
  • efficiency curves are established for each controlled bath representative of the deposition rate as a function of the current density in each specimen, and, according to the efficiency curves obtained during the control of the test specimen. bath, is modified, if necessary, at least one of the parameters of the bath to deposit the coating on the parts under optimal production conditions.
  • such a method and such a device can directly characterize the efficiency of a bath, whether new or in use, and can use the parameters established for the production of parts to be processed and avoid scrapping them, and also to be able to adapt to any type of tubs and / or baths of a workshop or other without difficulties.
  • the control device 1 shown schematically on the figure 1 is associated, in this example, a production vessel 2 containing the liquid metal electrodeposition bath 3 which is to verify the effectiveness of its composition according to certain operating characteristics. Indeed, from these, one can then adjust the production parameters to obtain the desired result on the parts to be treated, especially with regard to mechanical properties, external appearance, etc ..., according to the deposited thickness of the coating, depending on the current used.
  • the metal bath is a platinum bath (Pt 2+ ions, Pt 4+ ) to which adjuvants are added, in order to deposit, by the passage of an electric current from a current generator 4 and circulating between respectively anodic and cathodic electrodes 6 immersed in the bath 3, a platinum coating on turbomachine blades or the like forming the cathode, and thus to improve their resistance vis-à-vis oxidation and corrosion.
  • a platinum bath Pt 2+ ions, Pt 4+
  • the metal bath is a platinum bath (Pt 2+ ions, Pt 4+ ) to which adjuvants are added, in order to deposit, by the passage of an electric current from a current generator 4 and circulating between respectively anodic and cathodic electrodes 6 immersed in the bath 3, a platinum coating on turbomachine blades or the like forming the cathode, and thus to improve their resistance vis-à-vis oxidation and corrosion.
  • control device could of course be associated with another type of tank, such as a laboratory tank.
  • the anodic electrode 5 is defined by two anodes in the form of grids or metal plates 7, parallel in this representation, but not necessarily, and arranged vertically along two lateral and opposite sides 8 of FIG. tank.
  • the cathode electrode 6, subsequently defined by the part or parts to be treated, is composed in the control device 1 of the invention by a plurality of individual cathode test tubes 9. Each of them will be subjected, as one will see it later, with a specific electric current and different from those circulating in the other specimens, so as to make deposits with distinct intensities on them and to measure the results of mass and, therefore, of thickness (one could also seek to obtain the same mass over a given range of intensities).
  • the individual cathode specimens 9 are dimensionally identical and are, in this example, ten in number with a solid disc shape as shown in FIGS. Figures 1 and 2 . And they are immersed in the metal bath 3 having their disc perpendicular to the anodes and being aligned horizontally.
  • All of these specimens are suspended from a specimen holder which is symbolized in 10 on the figure 1 by respective links 13, and which is preferably controllable to, firstly, move the specimens 9 horizontally to print a relative speed between the test specimens and the bath and to participate somewhat in the brewing of the bath 3 and on the other hand , vertically to raise and lower the specimens 9 with respect to the liquid metal electrodeposition bath 3.
  • the horizontal displacement of the test-tube rack is effected, in this example of production tank, by a not shown system for holding the production parts.
  • the control device 1 comprises a controllable power supply unit 11 which is, on one side, connected to the current generator 4 and, on the other hand, , to the individual cathode test tubes 9.
  • the unit 11 includes means 12 for adjusting the current flowing through the specimens to the desired value, which means 12 consist of as many variable electrical or electronic resistors 14 as there are individual cathode specimens 9
  • the set of these individual variable resistors 14, too, is connected, on one side, by a common connection connector 15 to the current generator 4, while each of them is connected, on the other side, at the link 13 of the cathode electrode concerned by a connection connector 16.
  • variable resistors 14 makes it possible to choose the intensity of current flowing through each of the specimens 9 and, therefore, the current density (intensity / surface of the specimen) studied for each specimen immersed in the metal bath.
  • a current measuring instrument 17 from each resistor is provided, such as an ammeter which is connected in series between each variable resistor 14 and its cathode test specimen 9 in the unit 11.
  • the control device 1 makes it possible to choose and cover a precise and important range of current densities to determine, from the characteristics of the metal electrodeposition bath 3, the efficiency of the latter.
  • the ten cathode specimens 9 may be subjected to different intensities, for example from 1 to 10 amperes respectively, so as to record in real time the metallic deposition performed for each of the current densities and symbolized by the coating. R on the enlarged magnifying glass A of the figure 2 .
  • the process of the invention is carried out in a tank under real conditions of production with flow with agitation of the bath. And it consists in weighing the individual cathode specimens 9 before they are put in place on the specimen holder 11. Then, after their assembly of suspended on the specimen holder, only the specimens 9 (with part of their connecting wire 13) of the device are immersed in the bath 3 of the tank by the descent of the specimen holder, and are subjected to the intensity of corresponding current and desired for each specimen, each intensity being read on the ammeter 17. It will be noted that the fact of only immersing the specimens in the bath added to their regular geometrical shape (thin disc) contributes to the accuracy and precision of the measures.
  • the method thus makes it possible to define and be able to plot the efficiency curve of the electrodeposition bath concerned, that is to say the deposition rate (deposited mass) as a function of the current density applied to each specimen. Examples of such curves are shown on the Figures 4 and 5 , the abscissa axis representing the amperage (the current density) expressed in A / dm 2 and the ordinate axis representing the deposition rate expressed in g / dm 2 .h.
  • the efficiency curves A and B of the figure 4 allow to highlight the aging of the same metal bath over time with the decrease in the resulting deposition rate.
  • the implementation of the method allows the device 1 to record, by the specimens 9 immersed in the bath, the deposition rates according to the different intensities circulating in them, and this over a determined and desired intensity range, during the same control of the bath.
  • the device delivers, by the test tubes (represented symbolically by squares on the curve) and the measurement readings that follow, the curve A of which the amperage will be chosen to obtain the desired coating thickness on the parts to be treated.
  • the specimen 9A subjected to the associated current intensity provides a maximum deposition rate and this intensity can thus be chosen for the parts to be treated.
  • the control of the efficiency of the bath makes it possible to know that the characteristics of the bath have changed and to be able to modify and intervene on the parameters concerned to maintain an optimal coating on the parts during the life of the bath. It can be seen that, on the curve B, the deposition rate is better for the specimen 9B subjected to a different intensity of the specimen 9A when the bath is new, which intensity can be chosen to treat the parts.
  • the efficiency curves C and D of the figure 5 show, by way of example, what can be obtained according to two baths with different compositions having, respectively, a pH of 4.2 +/- 0.3 and 6.5 +/- 0.3 and a temperature of 55 ° C +/- 2 ° C and 65 ° C +/- 2 ° C with standard production agitation.
  • the control device 1 in this example with a production tank, the specimen holder 10 and the controllable unit 11
  • the parameters of the tank to obtain, on the part or the parts to be treated while immersed in the bath, the thickness of the selected coating corresponding to a given intensity.
  • the control device 1 can not only serve to determine the effectiveness of a new bath, but also that of a bath in use, so as to periodically check its characteristics and, depending on the results of the control of efficiency, change the bath parameters to maintain the deposition conditions on the parts and ultimately have the same coatings, that is to say pieces reproducible to the identical.
  • the method and the device make it possible to follow the evolution of the bath over time until its characteristics no longer correspond to the desired requirements.
  • the time saved to perform these checks is important compared to previous devices and the time saving in production itself is also important.
  • bath stirring means 18 are provided, such as a pump or the like, so that homogenization thereof is ensured.
  • the specimens could be arranged in any way in the bath, instead of being aligned horizontally, and receive an identical coating.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour contrôler l'efficacité d'un bain d'électrodéposition métallique (contenant notamment des éléments métalliques et des adjuvants) et plus particulièrement, quoique non exclusivement, l'épaisseur du revêtement métallique déposé sur les pièces traitées et l'aspect extérieur comme la brillance.
  • Avant d'effectuer de tels revêtements (placages) sur des pièces par électrodéposition, il est nécessaire de faire des contrôles du bain d'électrodéposition métallique liquide en question de manière à déterminer notamment, pour telles température et composition du bain et sous l'action d'un courant prédéterminé, quelle épaisseur et/ou quelle brillance ou autres caractéristiques aura le revêtement obtenu sur la pièce traitée en fonction de ce que l'on cherche à atteindre, par exemple, une résistance à la corrosion élevée pour des pièces mécaniques, une brillance ou un éclat particulier pour des pièces d'orfèvrerie, etc...
  • Actuellement, des dispositifs de contrôle de ce type sont généralement connus en tant que cellules de Hull (voir, par exemple, le brevet US-2 149 344 ). Ils comportent une cuve contenant le bain d'électrodéposition métallique liquide à déposer, des électrodes respectivement anodique et cathodique plongées dans le bain et un générateur de courant reliant les électrodes. L'électrode cathodique, sur laquelle se fixe le revêtement de dépôt métallique, se présente sous la forme d'une plaque métallique rectangulaire ou autre, inclinée par rapport à l'électrode anodique de manière que la distance les séparant varie progressivement d'une extrémité à l'autre de la plaque.
  • Ainsi, sous le courant électrique (intensité) délivré par le générateur et circulant entre les électrodes à travers le bain d'électrodéposition métallique et du fait de l'écartement progressif des électrodes, sous une densité de courant variable (rapport entre l'intensité et la surface de l'électrode cathodique), l'épaisseur du revêtement métallique déposé va évoluer progressivement le long de la plaque cathodique inclinée et, également, la brillance de celle-ci. On peut ainsi étudier l'influence de la densité de courant sur la quantité de dépôt (épaisseur du revêtement, brillance,...) avec des conditions d'électrolyse fixées.
  • Le dispositif de contrôle ci-dessus par cellule de Hull, bien que donnant des résultats certains, présentent néanmoins de nombreux inconvénients, dont les plus importants sont énumérés ci-dessous.
    1. 1. Tout d'abord, il ne permet pas de balayer une plage choisie de densités de courant avec précision puisque, pour une intensité appliquée à l'électrode anodique, la plage des densités de courant reçues sur la plaque cathodique inclinée est subie par celle-ci.
    2. 2. Il ne donne pas de plus la densité de courant réelle en chaque point de la cathode, de sorte que l'on a recours à un logiciel pour calculer la densité de courant théorique en un point considéré ou d'échelles ou abaques donnés par le fabricant.
    3. 3. Il ne permet pas également de mesurer l'efficacité du revêtement déposé sur la cathode inclinée (proportionnelle à la masse métallique déposée en fonction de la densité de courant), car le dispositif fait appel à une plaque métallique inclinée comme cathode sans possibilité de mesure de masse déposée en fonction de la densité de courant. Pour une épaisseur donnée de revêtement déposé sur la plaque inclinée, on ne sait pas exactement quelle est la densité de courant appliquée.
    4. 4. Il ne tient pas compte des conditions hydrodynamiques réelles lorsqu'on se trouve avec des cuves de production avec agitation du bain. Le dispositif usuel à cellule de Hull est destiné à une utilisation en laboratoire, avec une cuve de petite dimension sans agitation du bain.
    5. 5. Besoin de matériel pour garantir la température de l'électrolyte (bain) testé.
  • Certes, pour pallier l'inconvénient 4, la plaque cathodique inclinée peut être remplacée par un cylindre métallique rotatif dont la rotation permet d'avoir une vitesse relative non nulle entre la cathode et le liquide du bain.
  • On connaît aussi par le document US 2004/0262152 , un dispositif de contrôle des caractéristiques d'un bain métallique qui comporte, dans une base et un couvercle du dispositif, un substrat isolant revêtu de segments ou sections d'électrode séparés dans lesquels circulent des courants à des fins de déterminer l'épaisseur ou la masse du revêtement déposé sur les sections selon le courant traversé dans celles-ci. Cependant, un tel dispositif est de forme irrégulière et de volume conséquent et se trouve totalement disposé dans le bain, de sorte qu'il paraît difficilement exploitable pour des cuves de production. Il convient davantage à des cuves de laboratoire.
  • La présente invention a pour objet de remédier à ces différents inconvénients et concerne un dispositif et un procédé pour contrôler l'efficacité d'un bain d'électrodéposition métallique, dont la conception permet entre autres de balayer une plage choisie de densités de courant avec précision, de donner la densité de courant réelle en chaque point, de mesurer le revêtement déposé et d'en déduire la masse, l'épaisseur et la brillance pour une densité de courant donnée, et de tenir compte des conditions hydrodynamiques réelles.
  • A cet effet, le dispositif pour contrôler l'efficacité d'un bain d'électrodéposition métallique contenu dans une cuve notamment dans des conditions de production de pièces, est du type comportant des électrodes respectivement anodique et cathodique reliées à un générateur de courant électrique, ladite électrode cathodique se composant d'une pluralité d'éprouvettes individuelles aptes à être plongées dans ledit bain d'électrodéposition métallique et alimentées par une unité d'alimentation électrique commandable. Celle-ci est reliée au générateur de courant et comporte des moyens pour régler le courant traversant lesdites éprouvettes cathodiques de manière que dans chacune d'elles circule un courant déterminé.
  • Le dispositif ci-dessus est remarquable par le fait que les éprouvettes cathodiques individuelles sont suspendues à un porte-éprouvettes mobile, disposé au-dessus du bain métallique de la cuve pour immerger pratiquement seulement les éprouvettes dans ledit bain.
  • Ainsi, grâce au dispositif de l'invention, on réalise simultanément, au cours d'un même et seul contrôle, le dépôt d'un revêtement métallique sur chacune des éprouvettes cathodiques individuelles en imposant des densités de courant distinctes sur celles-ci. De la sorte, on obtient pour une pluralité d'éprouvettes soumises à une plage choisie et précise de densités de courant variables et distinctes, des revêtements différents correspondant aux densités de courant utilisées. En conséquence, on peut déterminer précisément l'efficacité du bain contrôlé en question par la masse du revêtement déposée pour chaque éprouvette soumise directement à une densité de courant spécifique, (notamment par des pesées avant et après le contrôle) et, ainsi, déterminer les caractéristiques d'épaisseur, de brillance et autres que l'on obtient pour une densité de courant imposée.
  • De plus, comme pratiquement seules les éprouvettes sont au contact du bain dans la cuve de production, le reste du dispositif étant à l'extérieur, les mesures effectuées sont sûres et fiables, sans risque de perturbations par ce dernier. Et, avantageusement, le porte-éprouvettes est non seulement mobile verticalement pour l'immersion des éprouvettes mais aussi horizontalement, de sorte que le déplacement horizontal des éprouvettes suspendues permet d'avoir une vitesse relative entre la surface à revêtir et le bain métallique liquide, lors du contrôle de celui-ci.
  • A partir de là, après le contrôle de l'efficacité du bain électrolytique métallique en question (selon sa composition, son Ph, sa température et autres paramètres) par le dispositif, les pièces ultérieures à traiter (placage) seront soumises au courant choisi pour l'obtention sur celles-ci du revêtement souhaité dont l'épaisseur correspond à une résistance à la corrosion donnée ou à une brillance particulière.
  • Le dispositif de l'invention s'affranchit des inconvénients antérieurs en couvrant, par les éprouvettes cathodiques individuelles, une plage de densités de courant déterminée et précise et en mesurant le revêtement déposé sur chaque éprouvette individuelle, proportionnel à la masse métallique déposée issue du bain en fonction de la densité de courant appliquée et représentatif de l'efficacité du bain en cours de contrôle.
  • Une fois le contrôle du bain effectué, la ou les pièces à traiter sont plongées dans le bain sous une intensité donnée correspondant à l'épaisseur du revêtement métallique à déposer. Le dispositif de contrôle peut être ainsi utilisé périodiquement pour vérifier le bain.
  • Dans un mode préféré de réalisation, les moyens de réglage du courant de l'unité d'alimentation électrique sont définis, pour chaque éprouvette cathodique, par une résistance variable reliée, d'un côté, au générateur de courant et, de l'autre côté, à l'éprouvette cathodique correspondante. On remarque la simplicité de réalisation des moyens de réglage assurant la fiabilité de fonctionnement de l'unité à l'usage.
  • Et il est avantageusement prévu, entre chaque résistance variable et son éprouvette cathodique correspondante, un instrument de mesure du courant passant dans l'éprouvette, sous la forme d'un ampèremètre ou analogue. Ainsi, le dispositif délivre l'intensité par une lecture directe et la densité de courant réelle en chaque point des éprouvettes cathodiques est obtenue par calcul ou alors l'ampèremètre est gradué de façon particulière pour afficher la densité.
  • De préférence, lorsque la cuve est une cuve de production dans laquelle sont plongées par la suite les pièces à traiter, la disposition des éprouvettes cathodiques individuelles est quelconque dans ledit bain, en raison de la dimension importante de ladite cuve de production, n'engendrant pas ou peu de « perturbations » entre les éprouvettes cathodiques.
  • Cependant, la disposition des éprouvettes cathodiques individuelles pourrait s'établir dans un même plan horizontal dans le bain métallique, les éprouvettes cathodiques alignées dans le plan horizontal pouvant être régulièrement espacées les unes des autres.
  • En particulier, les éprouvettes cathodiques individuelles sont identiques dimensionnellement et présentent une forme de disque.
  • Par ailleurs, des moyens d'agitation du bain métallique liquide sont associés à la cuve, notamment lorsque celle-ci est une cuve de production. Pour le bain de la cuve sont en outre prévues deux électrodes anodiques sous forme de grilles ou plaques de préférence parallèles entre lesquelles sont agencées les éprouvettes cathodiques.
  • L'invention concerne également le procédé de contrôle des caractéristiques d'un bain d'électrodéposition métallique contenu dans une cuve dans les conditions de production de pièces revêtues. Il est remarquable par le fait qu'il utilise le dispositif de contrôle tel que défini selon l'une des revendications précédentes, et qu'il comprend les étapes consistant à :
    • peser les éprouvettes cathodiques individuelles avant leur mise en place sur le porte-éprouvettes mobile du dispositif ;
    • suspendre les éprouvettes au porte-éprouvettes ;
    • immerger les éprouvettes suspendues dans le bain d'électrodéposition ;
    • soumettre individuellement les éprouvettes à un courant d'intensité choisie et réglable ;
    • après dépôt d'un revêtement métallique sur les éprouvettes, retirer celles-ci du bain par le porte-éprouvettes mobile ; et
    • peser les éprouvettes revêtues pour déterminer la masse du revêtement déposé pour chaque éprouvette.
  • Avantageusement, après la pesée des éprouvettes revêtues, on établit des courbes d'efficacité pour chaque bain contrôlé représentatives de la vitesse de dépôt en fonction de la densité de courant dans chaque éprouvette, et, selon les courbes d'efficacité obtenues lors du contrôle du bain, on modifie, le cas échéant, au moins l'un des paramètres du bain pour déposer le revêtement sur les pièces dans des conditions de production optimales.
  • Ainsi, un tel procédé et un tel dispositif permettent de caractériser directement l'efficacité d'un bain, qu'il soit nouveau ou en service, et de pouvoir utiliser les paramètres établis pour la production des pièces à traiter et éviter le rebut de celles-ci, et également de pouvoir s'adapter à tout type de cuves et/de bains d'un atelier ou autre sans difficultés.
  • Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
    • La figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'un dispositif de contrôle d'un bain d'électrodéposition métallique, conformément à l'invention.
    • La figure 2 est une vue agrandie de l'une desdites éprouvettes cathodiques individuelles, selon la flèche F de la figure 1.
    • La figure 3 montre l'unité d'alimentation électrique commandable de chacune des éprouvettes cathodiques du dispositif.
    • Les figures 4 et 5 représentent des exemples de courbes d'efficacité de différents bains, obtenus à partir du dispositif de contrôle et de la mise en oeuvre du procédé conformément à l'invention.
  • Le dispositif de contrôle 1 représenté schématiquement sur la figure 1 est associé, dans cet exemple, à une cuve de production 2 contenant le bain d'électrodéposition métallique liquide 3 dont on veut vérifier l'efficacité de sa composition selon certaines caractéristiques de fonctionnement. En effet, à partir de celles-ci, on peut ensuite régler les paramètres de production pour obtenir le résultat souhaité sur les pièces à traiter, notamment en ce qui concerne des propriétés mécaniques, d'aspect extérieur, etc..., selon l'épaisseur déposée du revêtement, en fonction du courant utilisé.
  • Dans l'application préférentielle de l'invention, le bain métallique est un bain de platine (ions Pt 2+, Pt 4+) auquel sont ajoutés des adjuvants, en vue de déposer, par le passage d'un courant électrique issu d'un générateur de courant 4 et circulant entre des électrodes respectivement anodique 5 et cathodique 6 plongées dans le bain 3, un revêtement de platine sur des aubes de turbomachine ou analogue formant la cathode, et d'améliorer ainsi leur tenue vis-à-vis de l'oxydation et de la corrosion.
  • Le dispositif de contrôle pourrait bien sûr être associé à un autre type de cuve, comme une cuve de laboratoire.
  • Dans cette cuve de production 2 sensiblement parallélipédique, l'électrode anodique 5 est définie par deux anodes sous forme de grilles ou plaques métalliques 7, parallèles dans cette représentation, mais non nécessairement, et agencées verticalement le long de deux côtés latéraux et opposés 8 de la cuve. Et l'électrode cathodique 6, par la suite définie par la ou les pièces à traiter, se compose dans le dispositif de contrôle 1 de l'invention par une pluralité d'éprouvettes cathodiques individuelles 9. Chacune d'elles sera soumise, comme on le verra ultérieurement, à un courant électrique spécifique et différent de ceux circulant dans les autres éprouvettes, de sorte à réaliser des dépôts avec des intensités distinctes sur celles-ci et de mesurer les résultats de masse et, donc, d'épaisseur (on pourrait aussi rechercher à obtenir la même masse sur une plage d'intensités donnée).
  • Plus particulièrement, les éprouvettes cathodiques individuelles 9 sont dimensionnellement identiques et sont, dans cet exemple, au nombre de dix avec une forme de disque plein comme le montrent les figures 1 et 2. Et elles sont plongées dans le bain métallique 3 en ayant leur disque perpendiculaire aux anodes et en étant alignées horizontalement. Cette disposition n'est pas une nécessité absolue, comme on le verra ci-après. L'ensemble de ces éprouvettes est suspendu à un porte-éprouvettes qui est symbolisé en 10 sur la figure 1 par des liens respectifs 13, et qui est avantageusement commandable pour, d'une part, déplacer les éprouvettes 9 horizontalement pour imprimer une vitesse relative entre les éprouvettes et le bain et pour participer quelque peu au brassage du bain 3 et, d'autre part, verticalement pour relever et abaisser les éprouvettes 9 par rapport au bain d'électrodéposition métallique liquide 3. Bien entendu, le nombre et la forme des éprouvettes pourraient être différents. Le déplacement horizontal du porte-éprouvettes s'effectue, dans cet exemple de cuve de production, par un système non représenté de maintien des pièces de production.
  • Pour pouvoir régler le courant traversant les éprouvettes individuelles à une valeur spécifique à chacune, le dispositif de contrôle 1 comprend une unité d'alimentation électrique commandable 11 qui est, d'un côté, relié au générateur de courant 4 et, de l'autre, aux éprouvettes cathodiques individuelles 9. En particulier, comme on le voit mieux sur la figure 3, l'unité 11 in-clut des moyens 12 pour régler le courant qui traverse les éprouvettes à la valeur souhaitée, lesquels moyens 12 se composent d'autant de résistances électriques ou électroniques variables 14 qu'il y a d'éprouvettes cathodiques individuelles 9. L'ensemble de ces résistances variables 14 individuelles, elles aussi, est relié, d'un côté, par un connecteur de liaison commun 15 au générateur de courant 4, tandis que chacune d'elle est reliée, de l'autre côté, au lien 13 de l'électrode cathodique concernée par un connecteur de liaison 16.
  • On comprend donc que le réglage des résistances variables 14 permet de choisir l'intensité de courant traversant chacune des éprouvettes 9 et, donc, la densité de courant (intensité/surface de l'éprouvette) étudiée pour chaque éprouvette plongée dans le bain métallique.
  • Par ailleurs, un instrument de mesure du courant 17 issu de chaque résistance est prévu, tel qu'un ampèremètre qui est monté en série entre chaque résistance variable 14 et son éprouvette cathodique 9 dans l'unité 11.
  • Avec une telle conception, le dispositif de contrôle 1 permet de choisir et de couvrir une plage précise et importante de densités de courant pour déterminer, à partir des caractéristiques du bain d'électrodéposition métallique 3, l'efficacité de celui-ci. Dans l'exemple non limitatif, les dix éprouvettes cathodiques 9 peuvent être soumises à des intensités distinctes par exemple de 1 à 10 ampères respectivement, de manière à relever en temps réel le dépôt métallique effectué pour chacune des densités de courant et symbolisé par le revêtement R sur la loupe agrandie A de la figure 2.
  • Pour cela, le procédé de l'invention est mis en oeuvre dans une cuve dans des conditions réelles de production avec écoulement avec agitation du bain. Et il consiste à peser les éprouvettes cathodiques individuelles 9 avant leur mise en place sur le porte-éprouvettes 11. Puis, après leur montage de façon suspendue sur le porte-éprouvettes, seules les éprouvettes 9 (avec une partie de leur fil de liaison 13) du dispositif sont immergées dans le bain 3 de la cuve par la descente du porte-éprouvettes, et sont soumises à l'intensité de courant correspondant et souhaitée pour chaque éprouvette, chaque intensité étant lue sur l'ampèremètre 17. On notera que le fait de plonger seulement les éprouvettes dans le bain ajouté à leur forme géométrique régulière (disque mince) contribue à la justesse et à la précision des mesures. Puis, après le dépôt du revêtement métallique R sur chacune des éprouvettes, celles-ci sont sorties du bain par la remontée du porte-éprouvette mobile 11, retirées de celui-ci et de nouveau pesées. Par la différence entre les deux pesées, la masse du métal déposé correspondant au revêtement R (figure 2) est déterminée et connue et, par déduction, l'épaisseur « e » du revêtement R. De même, on peut observer la couleur et l'aspect du dépôt obtenue (terne, brillant, tendu, non tendu,..).
  • Le procédé permet ainsi de définir et de pouvoir tracer la courbe d'efficacité du bain d'électrodéposition concerné, c'est-à-dire la vitesse de dépôt (masse déposée) en fonction de la densité de courant appliquée à chaque éprouvette. Des exemples de telles courbes sont montrés sur les figures 4 et 5, l'axe des abscisses représentant l'ampérage (la densité de courant) exprimé en A/dm2 et l'axe des ordonnées représentant la vitesse de dépôt exprimée en g/dm2.h.
  • Les courbes d'efficacité A et B de la figure 4 permettent de mettre en évidence le vieillissement d'un même bain métallique au cours du temps avec la diminution de la vitesse de dépôt qui en découle. Le bain présente, par exemple, les caractéristiques suivantes : pH = 6,5 +/- 0,3 et T° = 65°C +/- 2°C avec agitation standard de production.
  • La mise en oeuvre du procédé permet au dispositif 1 de relever, par les éprouvettes 9 immergées dans le bain, les vitesses de dépôt selon les différentes intensités circulant dans celles-ci, et cela sur une plage d'intensités déterminée et souhaitée, au cours d'un même contrôle du bain. Ainsi, lorsque le bain est « neuf », le dispositif délivre, par les éprouvettes (représentées symboliquement par des carrés sur la courbe) et les relevés de mesure qui s'ensuivent, la courbe A de laquelle sera choisie l'ampérage pour obtenir sur les pièces à traiter l'épaisseur de revêtement souhaitée. On remarquera que l'éprouvette 9A soumise à l'intensité de courant associée procure une vitesse de dépôt maximale et cette intensité pourra ainsi être choisie pour les pièces à traiter.
  • Après une certaine durée d'utilisation du bain, on effectue un nouveau contrôle de l'efficacité de celui-ci en plongeant dans le bain les éprouvettes individuelles 9 du dispositif conformément au procédé, que l'on soumet aux mêmes intensités qu'initialement pour le bain neuf. Le dispositif délivre alors la courbe B sur laquelle on remarque que, pour les mêmes intensités testées parcourant les éprouvettes (représentées par des cercles), les vitesses de dépôt sont plus faibles, signifiant que la composition du bain a perdu de ses propriétés au fil du temps, par suite du traitement des pièces.
  • Ainsi, le contrôle de l'efficacité du bain permet de savoir que les caractéristiques du bain ont changé et de pouvoir modifier et intervenir sur les paramètres concernés pour conserver un revêtement optimal sur les pièces au cours de la vie du bain. On voit ainsi que, sur la courbe B, la vitesse de dépôt est meilleure pour l'éprouvette 9B soumise à une intensité différente de l'éprouvette 9A lorsque le bain est neuf, intensité que l'on pourra choisir pour traiter les pièces.
  • Le contrôle d'un bain est ainsi rendu très facile et peut se faire à tout moment de l'utilisation de celui-ci. On rappelle, de plus, que pratiquement seules les éprouvettes en forme de disque sont plongées dans le bain, de sorte que qu'elles n'influent pas sur les résultats des mesures.
  • Les courbes d'efficacité C et D de la figure 5 montrent, à titre d'exemple, ce que l'on peut obtenir selon deux bains avec des compositions différentes ayant, respectivement, un pH de 4,2 +/- 0,3 et 6,5 +/- 0,3 et une température de 55°C +/- 2°C et 65°C +/- 2°C avec agitation standard de production.
  • Pour la courbe C (par ailleurs proche d'une droite), pour une plage d'intensités relativement étroite entre les éprouvettes (représentées par des losanges), les vitesses de dépôt obtenues s'étendent sur une plage particulièrement grande, tandis que, pour la courbe D, pour une plage d'intensités relativement large entre les éprouvettes (représentées par des carrés), les vitesses de dépôt sont relativement proches à l'exception des premières éprouvettes soumises à des intensités plus faibles. On choisira l'éprouvette concernée pour obtenir la vitesse de dépôt optimale.
  • Cela montre l'importance des courbes d'efficacité obtenues par le dispositif de l'invention pour évaluer chaque bain et pour traiter les pièces de la façon la plus appropriée. Ainsi, en connaissant la composition chimique du bain, sa température, son pH et autres paramètres (agitation, position des pièces,..), et à partir des courbes d'efficacité obtenues par le dispositif 1 pour le bain selon différentes intensités, on sera sûr de la qualité du dépôt effectué sur la ou les pièces à traiter en choisissant, selon les paramètres initiaux de la cuve ou ceux en cours de production, l'intensité la plus favorable pour effectuer le dépôt et obtenir le revêtement approprié. Par exemple, avec une épaisseur du revêtement obtenue en fonction de telle intensité, on peut alors, après démontage du dispositif de contrôle 1 (dans cet exemple avec cuve de production, le porte-éprouvettes 10 et l'unité commandable 11) régler les paramètres de la cuve pour obtenir, sur la pièce ou les pièces à traiter alors plongées dans le bain, l'épaisseur du revêtement choisi correspondant à une intensité donnée.
  • Le dispositif de contrôle 1 peut non seulement servir à déterminer l'efficacité d'un nouveau bain, mais également celle d'un bain en cours d'utilisation, de façon à vérifier périodiquement ses caractéristiques et, en fonction des résultats du contrôle d'efficacité, modifier des paramètres du bain pour maintenir les conditions de dépôt sur les pièces et avoir au final des mêmes revêtements, c'est-à-dire des pièces reproductibles à l'identique. Ainsi, le procédé et le dispositif permettent de suivre l'évolution du bain dans le temps jusqu'au moment où ses caractéristiques ne répondent plus aux exigences souhaitées. Par ailleurs, le gain de temps pour effectuer ces contrôles est important comparativement aux dispositifs antérieurs et le gain de temps en production proprement dite l'est également.
  • Comme la cuve, dans l'exemple, est une cuve de production relativement grande, des moyens d'agitation 18 du bain sont prévus, tels qu'une pompe ou analogue, de sorte que l'homogénéisation de celui-ci est bien assurée. De la sorte, les éprouvettes pourraient être disposées de façon quelconque dans le bain, au lieu d'être alignées horizontalement, et recevoir un revêtement identique.

Claims (10)

  1. Dispositif pour contrôler l'efficacité d'un bain d'électrodéposition métallique (3) contenu dans une cuve (2) notamment dans les conditions de production de pièces revêtues, du type comportant des électrodes respectivement anodique (5) et cathodique (6) reliées à un générateur de courant électrique (4), ladite électrode cathodique (6) se composant d'une pluralité d'éprouvettes individuelles (9) aptes à être plongées dans ledit bain d'électrodéposition métallique et alimentées par une unité d'alimentation électrique commandable (11), qui est reliée au générateur de courant (4) et comporte des moyens (12) pour régler le courant traversant lesdites éprouvettes cathodiques de manière que dans chacune d'elles circule un courant déterminé,
    caractérisé par le fait que les éprouvettes cathodiques individuelles (9) sont suspendues à un porte-éprouvettes (10) mobile, disposé au-dessus du bain métallique (3) de la cuve (2) pour immerger pratiquement seulement les éprouvettes dans ledit bain.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dont le porte-éprouvettes (10) est mobile verticalement pour la descente et la remontée des éprouvettes par rapport à la cuve, et horizontalement dans le bain de celle-ci.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dont les moyens de réglage du courant (12) de l'unité d'alimentation électrique (11) sont définis, pour chaque éprouvette cathodique (9), par une résistance variable (14) reliée, d'un côté, au générateur de courant et, de l'autre côté, à l'éprouvette cathodique correspondante.
  4. Dispositif selon la revendication 3, dont est prévu, entre chaque résistance variable (14) et son éprouvette cathodique correspondante (9), un instrument de mesure du courant (17) passant dans l'éprouvette, sous la forme d'un ampèremètre ou analogue.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dont les éprouvettes cathodiques individuelles (9) sont identiques dimensionnellement et présentent une forme de disque.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dont sont associés à la cuve des moyens d'agitation (18) du bain métallique.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dont sont prévues, pour le bain de la cuve, deux électrodes anodiques (5) sous forme de grilles ou plaques parallèles (7) entre lesquelles sont agencées les éprouvettes cathodiques (9).
  8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dont la disposition des éprouvettes cathodiques individuelles dans ledit bain est quelconque ou alignée dans un même plan horizontal en étant régulièrement espacées les unes des autres
  9. Procédé pour contrôler l'efficacité d'un bain d'électrodéposition métallique (3) contenu dans une cuve (2) notamment dans les conditions de production de pièces revêtues,
    caractérisé par le fait qu'il utilise le dispositif de contrôle (1) tel que défini selon l'une des revendications précédentes, et par le fait qu'il comprend les étapes consistant à :
    - peser les éprouvettes cathodiques individuelles (9) avant leur mise en place sur le porte-éprouvettes mobile (10) du dispositif ;
    - suspendre les éprouvettes au porte-éprouvettes ;
    - immerger les éprouvettes suspendues (9) dans le bain d'électrodéposition ;
    - soumettre individuellement les éprouvettes à un courant d'intensité choisie et réglable ;
    - après dépôt d'un revêtement métallique sur les éprouvettes, retirer celles-ci du bain par le porte-éprouvettes mobile ; et
    - peser les éprouvettes revêtues (9) pour déterminer la masse du revêtement déposé pour chaque éprouvette.
  10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on établit, après la pesée des éprouvettes revêtues (9), des courbes d'efficacité pour chaque bain contrôlé représentatives de la vitesse de dépôt en fonction de la densité de courant dans chaque éprouvette, et on modifie, le cas échéant, selon les courbes d'efficacité obtenues lors du contrôle du bain, au moins l'un des paramètres du bain pour déposer le revêtement sur les pièces dans des conditions de production optimales.
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