EP4197297A1 - Piece metallique revetue de plusieurs couches comprenant une fonction electrique et procede de fabrication de ladite piece - Google Patents

Piece metallique revetue de plusieurs couches comprenant une fonction electrique et procede de fabrication de ladite piece

Info

Publication number
EP4197297A1
EP4197297A1 EP21730444.3A EP21730444A EP4197297A1 EP 4197297 A1 EP4197297 A1 EP 4197297A1 EP 21730444 A EP21730444 A EP 21730444A EP 4197297 A1 EP4197297 A1 EP 4197297A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal part
insulating layer
layer
electrically conductive
equal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21730444.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Georges LOVATO
Philippe Guaino
Nikolina PAVLOVIC
Yann DANLÉE
Gilles PARXES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Segula Holding
ArcelorMittal SA
Original Assignee
Segula Holding
ArcelorMittal SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Segula Holding, ArcelorMittal SA filed Critical Segula Holding
Publication of EP4197297A1 publication Critical patent/EP4197297A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/28—Applying non-metallic protective coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
    • H05K1/056—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate the metal substrate being covered by an organic insulating layer
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03—Conductive materials
    • H05K2201/0302—Properties and characteristics in general
    • H05K2201/0314—Elastomeric connector or conductor, e.g. rubber with metallic filler
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03—Conductive materials
    • H05K2201/032—Materials
    • H05K2201/0323—Carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/13—Moulding and encapsulation; Deposition techniques; Protective layers
    • H05K2203/1333—Deposition techniques, e.g. coating
    • H05K2203/135—Electrophoretic deposition of insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/28—Applying non-metallic protective coatings
    • H05K3/282—Applying non-metallic protective coatings for inhibiting the corrosion of the circuit, e.g. for preserving the solderability

Definitions

  • the invention relates to a metal part coated with several successive layers comprising a first insulating layer, a second electrically conductive layer and a third insulating layer.
  • the metal part is then coated with a fourth conductive layer before being covered with a layer of paint applied by a cataphoresis process.
  • the metal part is preferably based on a low carbon steel sheet, in particular with a thickness between 0.5 mm and 5 mm, and for example an automobile bodywork element.
  • the invention also relates to a method of manufacturing said metal part.
  • the field of the invention is mainly that of the manufacture of static apparatus, or motor vehicles or the like, using metal components or bodies and including electrical wiring.
  • Modern motor vehicles are equipped with more and more equipment providing various comfort and/or safety functions.
  • This equipment generally operates by means of electric actuators which are controlled, via electric cables, by at least as many switches.
  • the actuators are connected to the vehicle battery by electric cables. All of these electrical cables form the electrical harness of a motor vehicle.
  • the mass of electrical cables thus represents a significant part of the mass of a modern vehicle.
  • the object of the present invention is to propose a manufacturing method making it possible to limit the mass of the electrical harness fitted to motor vehicles.
  • Another object of the invention is to provide a lightened part or set of parts performing the electrical function of an electrical harness for a motor vehicle.
  • the invention further seeks to provide ease and economy of manufacture and/or assembly and/or maintenance.
  • At least one of the aforementioned aims is achieved with a metal part coated at least partially with several successive layers.
  • Layers include:
  • the invention thus makes it possible to produce an electrical circuit which is supported by a metal part already having another role, without this circuit constituting an obstacle to the application of a coating of paint by electrodeposition.
  • the metal part coated with several layers according to the invention makes it possible to propose a body part or a body element of a motor vehicle on which or on which part of the electrical harness is integrated.
  • This arrangement makes it possible to reduce the mass of a wiring harness equipping a motor vehicle compared to traditional wiring harnesses comprising cables covered with insulation on their periphery.
  • due to the immobility of the various layers relative to the bodywork elements they are not, or much less, subject to the effects of friction or torsion of the cables which can occur in the case of the electrical harnesses of the prior art and which cause breakage and/or cracking of the insulation.
  • the arrangement proposed here offers better operating reliability.
  • body part can cover different types of elements made from two-dimensional sheet metal, designed to be at least “self-supporting”. These may be, for example, purely aesthetic elements occupying a space or visually closing a volume, or having an aerodynamic effect by directing the flow of air, or having a supporting role such as reinforcements or chassis elements. or self-supporting hull elements, or more of these functions.
  • two-dimensional metal parts are also used to form a "body” for many other types of structures or devices.
  • bodies for example vehicles of a different type, in particular on rails or nautical or aerial; but also for static devices such as household appliances or metal cabinets.
  • the invention also applies to these various types of bodywork elements, in the broad sense, that is to say not limited to automobiles.
  • metal part will designate a metal part coated with several layers.
  • at least one region means a part of the surface of the metal part.
  • the first insulating layer completely covers a surface of the metal part, or,
  • the first insulating layer completely covers the entire outer surface of the metal part, or, - the first insulating layer completely covers at least one region or the entire outer surface of the raw or uncoated metal part, or
  • the first insulating layer is arranged so as to produce one or more first insulating layer tracks, the first insulating layer having a geometry equal to or exceeding by at most 5% relative to the geometry of the second conductive layer,
  • the first insulating layer is arranged so as to produce one or more first insulating layer tracks, the first insulating layer having an area equal to or greater than 5% compared to the area of the second conductive layer,
  • the first insulating layer is a dielectric layer
  • the first insulating layer is a layer of paint comprising polyester
  • the first insulating layer can be based on deformable materials (polymer such as polyester, polyurethane), thermo-deformable, composites, elastomers,
  • the first insulating layer has a thickness of between 1 and 200 micrometers, preferably greater than 10 micrometers, in particular greater than 15 micrometers and/or less than 25 micrometers, in particular less than 30 micrometers,
  • the first insulating layer has an insulation resistance of 2.5.10 15 Ohm (100 volts for one minute),
  • the first insulating layer has a temperature resistance of between 220 and 250°C (degrees Celsius)
  • the first insulating layer is arranged and configured to undergo a mechanical deformation of 20% without affecting the dielectric properties
  • each electrical conduction track has a width of between 4 and 20 millimeters, preferably greater than 4 millimeters, in particular greater than 5 millimeters and/or less than 10 millimeters, in particular less than 8 millimeters,
  • each electrical conduction track has a width greater than or equal to 50 micrometers
  • each electrical conduction track has a width less than or equal to 15 centimeters
  • each electrical conduction track has a thickness of between 20 and 90 micrometers, preferably greater than 30 micrometers, in particular greater than 40 micrometers and/or less than 70 micrometers, in particular less than 60 micrometers,
  • each electrical conduction track has a thickness greater than or equal to 3 micrometers
  • each electrical conduction track has a thickness less than or equal to 250 micrometers
  • the second electrically conductive layer is arranged and configured to undergo a mechanical deformation of 20% without affecting the electrical properties
  • the second electrically conductive layer is for example a conductor made with an extensible silver material
  • the second electrically conductive layer comprises a material based on conductive ink
  • the second electrically conductive layer has an electrical resistivity of between 4.10' 7 and 10.10' 7 Ohm.m, preferably between 5.10' 7 and 7.10' 7 Ohm.m,
  • the third insulating layer covers the top face and the side faces of each electrical conduction track
  • the third insulating layer can be made of the same material as the first insulating layer
  • the third insulating layer is arranged and configured to undergo a mechanical deformation of 20% without affecting the electrical properties
  • the second electrically conductive layer comprises several electrical conduction tracks, these are spaced apart by a distance of between 2 and 20 millimeters, preferably between 2 and 10 millimeters, preferably between 3 and 7 millimeters,
  • the second electrically conductive layer comprises several electrical conduction tracks, these are spaced apart by at least 20 microns,
  • the electrically conductive intermediate layer covers the entire surface of the metal part, so as to produce an extra thickness both on the surface of the raw metal part, or on the surface of the first insulating layer, and on the third insulating layer, - the electrically conductive intermediate layer covers only the first insulating layer and/or the third insulating layer, in other words, the electrically conductive intermediate layer is not in contact with the uncoated metal part.
  • the electrically conductive intermediate layer comprises carbon
  • the layer of paint covers the entire surface of the metal part
  • the paint layer comprises a water-soluble paint layer, due to immersion in a cataphoresis bath, and at least one final paint layer.
  • the metal part comprises a metal sheet which is covered by the first layer (11), the second layer (12), the third layer (13), the intermediate layer (14) and the paint layer (15 ).
  • this sheet has a thickness greater than or equal to 0.5 mm, in particular greater than or equal to 0.8 mm or even 1 mm; and/or less than or equal to 5mm, in particular less than or equal to 3mm or even less than or equal to 2mm.
  • the part is made of low carbon steel, in particular hypoeutectoid or eutectoid, and/or containing a carbon content greater than or equal to 0.0101% by weight and less than or equal to 0.022% by weight, and/ or containing a carbon content greater than or equal to 0.022% by weight and less than or equal to 0.77% by weight.
  • the part is made of low carbon steel comprising, by weight, less than 0.18% carbon, less than 0.80% silicon, less than 2.20% manganese, less than 0.12% phosphorus, less than 0.025% sulfur, less than 2.0% total aluminum, less than 1.00% chromium and/or molybdenum, less than 0.09% niobium, less than 0.30% titanium, less than 0.20% vanadium, less than 0.005% boron, the remainder being iron and impurities inherent in the manufacturing process.
  • the steel part may be bare. It can alternatively be coated so as to improve its performance, in particular its resistance to corrosion.
  • the coating may consist of a metallic coating obtained by dip galvanizing, by electrodeposition or even by a vacuum deposition process, such as vapor phase deposition or sonic vapor jet deposition. This coating can comprise one or more metals among in particular zinc, aluminum, magnesium, silicon.
  • the zinc coating GI
  • the zinc alloy coating GA
  • the zinc alloy comprising from 0.1 to 10% by weight of magnesium (ZnMg)
  • the zinc alloy comprising from 0.1 to 10% by weight of magnesium and from 0.5 to 11% by weight of aluminum (ZnAIMg)
  • the zinc alloy comprising 5% by weight of Aluminum (Galfan®)
  • the zinc alloy comprising 55% by weight of Aluminum, approximately 1.5% by weight of Silicon, the remainder consisting of zinc and inevitable impurities due to the production (Aluzinc®, Galvalume®)
  • the aluminum alloy comprising from 8 to 11% by weight of silicon and from 2 to 4% by weight of iron, the remainder being made up of aluminum and unavoidable impurities due to the production (Alusi®), the coating aluminum (Alupur®).
  • the metal part is a motor vehicle body part.
  • a motor or other vehicle, or an appliance or furniture comprising at least one metal part according to one or more of the characteristics of the first aspect.
  • a static structure or apparatus comprising at least one metal part according to one or more of the characteristics of the first aspect.
  • a method for manufacturing a metal part coated with several successive layers comprising the following steps:
  • a metal part pre-coated at least partially with several successive layers comprising: o a first insulating layer covering at least one region of the metal part, o a second electrically conductive layer, arranged on the first insulating layer so as to produce an electrical conduction track or several separate electrical conduction tracks from each other, and o a third insulating layer arranged on and around each electrical conduction track,
  • the manufacturing method according to the invention makes it possible to facilitate the manufacture of a motor vehicle, in particular the manufacture of an electrical harness, while offering a reduced number of parts, savings in manufacturing and/or assembly and/or or maintenance.
  • the affixed intermediate layer is a layer comprising carbon.
  • the process by electrodeposition is for example a process by cataphoresis: cationic electrodeposition consisting in immersing the part in a water-soluble paint bath; this process makes it possible to limit or even eliminate corrosion.
  • the metal part is formed or stamped according to the desired shape. Preferably, this operation takes place after the application of the intermediate layer. According to another embodiment, the metal part is formed or stamped before the affixing of the intermediate layer.
  • the supply of a metal part pre-coated with several layers comprises the following steps:
  • FIGURE 1 is a cross section of a metal part coated with several layers for a motor vehicle, the layers comprising a first insulating layer and a second electrically conductive layer superimposed and each represented by three tracks according to an embodiment of the invention , the metal part being further coated with a third insulating layer covering the first and second layers, with a fourth electrically conductive layer covering the third layer and regions of the uncoated metal part, and with a layer of paint;
  • FIGURE 2 is a cross section of a metal part coated with several layers for a motor vehicle, the layers comprising a first insulating layer covering the entire surface of a raw sheet metal part and a second electrically conductive layer represented by three tracks of electrical conduction, each placed on the first insulating layer, according to another embodiment of the invention;
  • FIGURE 3 is a cross section of a metal part coated with several layers for a motor vehicle, the layers comprising a first insulating layer and a second electrically conductive layer superimposed and each represented by three tracks according to one embodiment of the invention , the metal part further being coated with a third insulating layer covering the first and second layers, with a fourth electrically conductive layer covering only the third layer, and with a layer of paint covering the fourth layer and regions of the uncoated metal part,
  • FIGURE 4 is a schematic perspective view of a production line illustrating in particular the manufacture of a chassis of a motor vehicle.
  • variants of the invention may in particular be made comprising only a selection of characteristics described below isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage. or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • Figures 1, 2 and 3 illustrate a section of a metal part 1, each metal part being coated with several layers arranged on top of each other so as to produce an element or a body part of a motor vehicle.
  • the metal part 1 comprises an uncoated or uncoated metal part 10 made at least in part of steel and/or aluminum.
  • the metal part is a metal part referenced DX54 D Z100 from ArcelorMittal®.
  • first electrically insulating layer 11 which is applied to one side of the raw metal part, so as to provide a support for at least one electrical conductor, or at least one electrical conduction track, intended to be applied (e) on said first layer and electrically insulating the at least one electrical conductor or the at least an electrical conduction path with respect to the raw metal part.
  • the first electrically insulating layer 11 is applied to the upper face of the raw metal part. It can just as easily be applied to the underside.
  • the first layer 11 is arranged so as to produce several separate insulating supports from each other.
  • the first insulating layer 11 is formed by three insulating supports 11a, 11b, 11c in FIGS. 1 and 3.
  • the first insulating layer 11 forms a single support for receiving the at least an electrical conductor or the at least one electrical conduction track.
  • the sheet coated with the first insulating layer 11 can be a pre-lacquered sheet obtained at a prior stage.
  • pre-lacquered sheet is meant a sheet coming from a coil coated, continuously on a pre-lacquering line, with at least one coat of paint.
  • the first insulating layer 11 is a dielectric layer.
  • the first insulating layer is for example made with the product referenced ME772 from DuPont de Nemours and Company®.
  • the first insulating layer has a thickness of between 1 and 200 micrometers, preferably greater than 10 micrometers, in particular greater than 15 micrometers and/or less than 25 micrometers, in particular less than 30 micrometers, to ensure the covering of the roughness of the surface and prevent transverse electrical leakage currents (in depth); according to one embodiment, the thickness of the first insulating layer has a thickness of 20 micrometers.
  • the first insulating layer has an electrical resistance arranged and configured so that its electrical conductivity is low enough to be used to separate conductive parts brought to different potentials.
  • the metal part 1 comprises a second electrically conductive layer 12 applied to the first insulating layer 11.
  • the second layer 12 is arranged so as to produce several electric conduction tracks or several electric conductors, the tracks or conductors being separate from each other. each other.
  • three electrical conduction tracks 12a, 12b, 12c are shown applied to the first insulating layer 11.
  • each electrical conduction track 12a, 12b, 12c is applied to a respective insulating support 11a, 11b, 11c.
  • the second conductive layer is for example produced with the silver-based conductive ink referenced ME602 from DuPont de Nemours and Company®.
  • the second conductive layer can be based on deformable materials (polymer such as polyester, polyurethane), thermo-deformable, composites, elastomers. Preferably, it is based on an elastomer or a mixture of elastomers. They may in particular be fluoroelastomers hardenable using peroxides. More particularly, they may be vinylidene fluoride/hexafluoropropylene/tetrafluoroethylene terpolymers.
  • Each electrical conduction track has a thickness of between 3 and 250 micrometers. This characteristic makes it possible to ensure the passage of the desired current, at least in the case of the automotive application.
  • the metal part 1 comprises a third electrically insulating layer 13, also called encapsulation layer, applied to the second electrically conductive layer 12.
  • the third insulating layer 13 is arranged to cover the electrical conduction tracks 12a, 12b, 12c so as to electrically insulate the electrical conduction tracks, in particular by avoiding oxidation of the second electrically conductive layer.
  • the third insulating layer 13 covers the upper face of the electrical conduction tracks 12a, 12b, 12c and the side faces of said tracks and the side faces of the insulating supports IIa, 11b, 11c.
  • the third insulating layer 13 is arranged so as to produce several cover caps for the electrical conduction tracks, the cover caps being separate from each other.
  • the third insulating layer is for example made with the product referenced ME772 from DuPont de Nemours and Company®.
  • These first three layers make it possible to obtain a pre-coated metal part making it possible to perform the function of a part of an electrical harness of a motor vehicle.
  • the three layers are superimposed and applied to the metal part according to a predetermined trajectory or a predetermined pattern.
  • the metal part 1 further comprises a fourth electrically conductive layer, called the intermediate conductive layer 14 electrically applied to at least one region of the pre-coated metal part.
  • This layer makes it possible to provide sufficient electrical conductivity to allow the deposition by electrodeposition of a paint in the part of the metal part covered with insulating layers.
  • the intermediate layer 14 covers the third insulating layer 13 and the uncovered portions of the upper surface of the raw metal part 10.
  • the intermediate layer 14 covers the third insulating layer 13 and the uncovered portions of the upper surface of the first insulating layer 11.
  • the intermediate layer 14 covers only the third insulating layer 13 .
  • Intermediate layer 14 may be at least partly made of carbon.
  • the intermediate layer is for example produced with the conductive ink based on carbon 112-47 from the company Creative Materials®.
  • the intermediate layer is for example produced with the silver-based conductive ink referenced ME602 from DuPont de Nemours and Company®.
  • the intermediate layer 14 makes it possible to produce a support layer allowing the adhesion of a paint applied by electrodeposition.
  • the metal part 1 comprises a layer of paint 15 applied to the intermediate layer 14, see Figures 1 and 2, and to the uncovered portions of the upper surface of the raw metal part 10, see Figure 3.
  • the paint layer is obtained by electrodeposition.
  • the electroplating process used is cataphoresis.
  • coat of paint is meant a coat of anti-corrosion paint from the bath of the cataphoresis process, or a coat of anti-corrosion paint from the bath of the cataphoresis process and an additional coat of paint.
  • the thickness of the layer of paint is for example 20 micrometers.
  • the paint layer is placed at least on the same side of the raw metal part as the intermediate layer.
  • the paint layer can also be placed on the opposite side of the raw metal part.
  • the metal part is coated on its two faces successively with the first insulating layer, the second electrically conductive layer, the third layer insulation, the electrically conductive intermediate layer and a layer of paint obtained by electrodeposition.
  • step A provides for supplying a pre-coated metal part 9 via a coil 20 of pre-coated sheet metal. As many coils as there are body parts that make up a motor vehicle can be unwound in parallel.
  • the process for manufacturing a pre-coated metal part includes the following steps:
  • a first structured dielectric insulating layer that is to say according to a predefined pattern, for example stretchable, by screen printing,
  • the cooking can be carried out by infrared, by pulsed laser, or by ultraviolet,
  • the corona treatment corresponding to a high frequency electric discharge towards the material, in this case the first insulating layer, so as to increase the surface energy and thus to improve the chemical connection (dyne/cm) between the molecules of the first insulating layer and of a second conductive layer to be applied, in particular an ink,
  • the third insulating layer by spraying, brushing, dipping or by selective spraying by means of a robot.
  • each pre-coated metal part is formed or stamped according to the desired shape.
  • the metal part can optionally be integrated into a vehicle body in white.
  • the pre-coated metal part(s) are then covered with an electrically conductive intermediate layer 14 comprising for example carbon, see step C.
  • a coat of paint is applied to the or metal parts: immersion in a cataphoresis bath during step D, then application of a final paint during step E.
  • the precoated metal part or parts are covered with an electrically conductive intermediate layer 14 before being formed and/or stamped.
  • the metal part(s) is/are then formed and/or stamped.
  • the metal part(s) can optionally be integrated into a vehicle “body in white”.
  • the metal part(s) is/are covered with a layer of paint obtained by the cataphoresis process.
  • Pieces of DX54 D Z100 steel sheets cut into pieces of 30 ⁇ 30 cm 2 were degreased and subjected to layer structuring by screen printing.
  • a polyester screen printing cloth and an EKRA printer were used for printing.
  • the dielectric material ME772 from DuPont de Nemours and Company® was applied in an architectural manner and then cured at 120° C. for 20 min in an oven. Tracks 6mm, 10mm and 14mm wide and 7 ⁇ m thick were thus obtained.
  • the conductive ink ME602 from DuPont de Nemours and Company® was applied in the form of tracks 2 mm, 6 mm and 10 mm wide, centered on the tracks of the first insulating layer. These tracks were then baked at 180°C for 30 min in an oven. A thickness of 12 ⁇ m was thus obtained.
  • tracks were then encapsulated by depositing the ME772 solution from DuPont de Nemours and Company® in the form of tracks similar to the tracks of the first insulating layer, 6 mm, 10 mm and 14 mm wide.
  • the tracks were baked at 120°C for 20 min in an oven.
  • an intermediate layer formed of the conductive ink ME602 from DuPont de Nemours and Company® was applied to the tracks of the third insulating layer. These tracks were then baked at 180°C for 30 min in an oven.
  • the samples according to the invention had a uniform paint layer of about twenty microns. Subjected to electrical tests, they proved to show no short circuit and to have good conductivity of the conductive tracks formed, both before and after cataphoresis and/or shaping.
  • the metal part according to the invention thus makes it possible to effectively replace the electrical harnesses fitted to motor vehicles while integrating perfectly into the existing process for producing automobile bodies in white.
  • the invention has been described for use in automobiles but can easily be transposed to any application where recourse is had to the electrodeposition of metal parts.
  • these may be the fields of industrial vehicles (trucks, buses, coaches, public works, handling, agriculture), cycles and motorcycles, leisure vehicles, street furniture, luxury goods, 'home appliance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

L'invention se rapporte à une pièce métallique (1) revêtue de plusieurs couches successives, par exemple basée sur une tôle d'acier bas carbone, notamment d'épaisseur entre 0,5mm et 5mm, telle qu'une pièce de carrosserie de véhicule automobile, et à un procédé de fabrication de ladite pièce métallique, les couches comprenant : - une première couche (11) isolante, - une deuxième couche (12) conductrice électriquement, agencée de manière à réaliser une piste de conduction électrique ou plusieurs pistes de conduction électrique distinctes les unes des autres, - une troisième couche (13) isolante, - une couche intermédiaire (14) conductrice électriquement, et - une couche de peinture (15) obtenue par électrodéposition.

Description

« Pièce métallique revêtue de plusieurs couches comprenant une fonction électrique et procédé de fabrication de ladite pièce »
L'invention se rapporte à une pièce métallique revêtue de plusieurs couches successives comprenant une première couche isolante, une deuxième couche conductrice électriquement et une troisième couche isolante. La pièce métallique est ensuite revêtue d'une quatrième couche conductrice avant d'être recouverte d'une couche de peinture appliquée par un procédé de cataphorèse. La pièce métallique est de préférence basée sur une tôle d'acier bas carbone, notamment d'épaisseur entre 0,5mm et 5mm, et par exemple un élément de carrosserie automobile.
L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication de ladite pièce métallique.
Le domaine de l'invention est principalement celui de la fabrication des appareils statiques, ou des véhicules automobiles ou autres, utilisant des composants ou carrosseries métalliques et incluant un câblage électrique.
Etat de la technique
Les véhicules automobiles modernes sont équipés de plus en plus d'équipements assurant diverses fonctions de confort et/ou de sécurité. Ces équipements fonctionnent en général grâce à des actionneurs électriques qui sont commandés, par l'intermédiaire de câbles électriques, par au moins autant d'interrupteurs. En outre, les actionneurs sont reliés à la batterie du véhicule par des câbles électriques. L'ensemble de ces câbles électriques forment le faisceau électrique d'un véhicule automobile. La masse des câbles électriques représente ainsi une partie non négligeable de la masse d'un véhicule moderne.
Or pour des raisons d'efficience et d'écologie, il est désiré de limiter l'accroissement de la masse des véhicules modernes voire même de diminuer leur masse, et de limiter leur consommation de carburant.
Parallèlement, il est désiré de limiter le coût de fabrication des véhicules automobiles et/ou d'en faciliter la fabrication.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication permettant de limiter la masse du faisceau électrique équipant les véhicules automobiles. Un autre but de l'invention est de proposer une pièce ou un ensemble de pièces, réalisant la fonction électrique d'un faisceau électrique pour véhicule automobile, allégé(e).
L'invention cherche en outre à proposer une facilité et une économie de fabrication et/ou d'assemblage et/ou de maintenance.
Exposé de l'invention
Selon un premier aspect de l'invention, on atteint au moins l'un des buts précités avec une pièce métallique revêtue au moins partiellement de plusieurs couches successives. Les couches comprennent :
- une première couche isolante recouvrant au moins une région de la pièce métallique,
- une deuxième couche conductrice électriquement, agencée sur la première couche isolante de manière à réaliser une piste de conduction électrique ou plusieurs pistes de conduction électrique distinctes les unes des autres,
- une troisième couche isolante agencée sur et autour de chaque piste de conduction électrique,
- une couche intermédiaire conductrice électriquement recouvrant entièrement la surface couverte par la première couche isolante et la troisième couche isolante, et
- une couche de peinture obtenue par électrodéposition.
Comme on le comprend, l'invention permet ainsi de réaliser un circuit électrique qui est supporté par une pièce métallique ayant déjà un autre rôle, sans que ce circuit ne constitue un obstacle à l'application d'un revêtement de peinture par électrodéposition. En particulier, il est ainsi possible de réaliser un circuit électrique qui est porté par la surface d'une pièce métallique formant un élément "autoportant", c'est-à-dire présentant une rigidité et/ou élasticité suffisante pour maintenir sa forme sensiblement constante au sein de son environnement d'utilisation.
La pièce métallique revêtue de plusieurs couches selon l'invention permet de proposer une pièce de carrosserie ou un élément de carrosserie d'un véhicule automobile sur laquelle ou lequel une partie du faisceau électrique est intégrée. Cet agencement permet de diminuer la masse d'un faisceau électrique équipant un véhicule automobile par rapport aux faisceaux électriques traditionnels comprenant des câbles recouverts d'isolant sur leur périphérie. En outre, du fait de l'immobilité des différentes couches relativement aux éléments de carrosserie, elles ne sont pas, ou beaucoup moins, soumises à des effets de friction ou de torsion de câbles qui peuvent survenir dans le cas des faisceaux électriques de l'art antérieur et qui engendrent la cassure et/ou la fêlure de l'isolant. L'agencement proposé ici offre une meilleure fiabilité de fonctionnement.
Comme il est connu dans les métiers de l'automobile, le terme "pièce de carrosserie" peut couvrir différents types d'éléments fabriqués à base de tôle bidimensionnelle, prévu pour être au moins "autoportante". Il peut s'agir par exemple d'éléments purement esthétiques occupant un espace ou fermant visuellement un volume, ou à effet aérodynamique en orientant l'écoulement de l'air, ou ayant un rôle porteur comme par exemple des renforts ou des éléments de châssis ou des éléments de coque autoporteuse, ou plusieurs de ces fonctions.
De la même façon que pour une carrosserie automobile, des pièces métalliques bidimensionnelles sont aussi mises en œuvre pour former une "carrosserie" pour de nombreux autres types de structures ou d'appareils. Par exemple des véhicules d'un type différent notamment sur rails ou nautiques ou aériens ; mais aussi pour des appareils statiques tels que des appareils électroménagers ou des armoires métalliques. On comprend bien que l'invention s'applique aussi à ces types variés d'éléments de carrosserie, au sens large c'est-à-dire non limité à l'automobile.
Pour la suite de la description, on désignera par « pièce métallique », une pièce métallique revêtue de plusieurs couches. En outre, on entend par « au moins une région », une partie de la surface de la pièce métallique.
Selon des perfectionnements optionnels de l'invention, pris seuls ou en combinaison :
- la première couche isolante recouvre entièrement une surface de la pièce métallique, ou,
- la première couche isolante recouvre entièrement toute la surface extérieure de la pièce métallique, ou, - la première couche isolante recouvre entièrement l'au moins une région ou toute la surface extérieure de la pièce métallique brute, ou non- revêtue, ou
- la première couche isolante est agencée de manière à réaliser une ou plusieurs pistes de première couche isolante, la première couche isolante présentant une géométrie égale ou dépassant de au plus 5% par rapport à la géométrie de la deuxième couche conductrice,
- la première couche isolante est agencée de manière à réaliser une ou plusieurs pistes de première couche isolante, la première couche isolante présentant une superficie égale ou supérieure de 5% par rapport à la superficie de la deuxième couche conductrice,
- la première couche isolante est une couche diélectrique,
- la première couche isolante est une couche de peinture comprenant du polyester,
- la première couche isolante peut être à base de matériaux déformables (polymère comme polyester, polyuréthane), thermo-déformables, composites, élastomères,
- la première couche isolante présente une épaisseur comprise entre 1 et 200 micromètres, de préférence supérieure à 10 micromètres, en particulier supérieure à 15 micromètres et/ou inférieure à 25 micromètres, en particulier inférieure à 30 micromètres,
- la première couche isolante présente une résistance d'isolation de 2,5.1015 Ohm (100 volts pendant une minute),
- la première couche isolante présente une tenue en température comprise entre 220 et 250 °C (degrés Celsius),
- la première couche isolante est agencée et configurée pour subir une déformation mécanique de 20% sans affecter les propriétés diélectriques,
- chaque piste de conduction électrique présente une largeur comprise entre 4 et 20 millimètres, de préférence supérieure à 4 millimètres, en particulier supérieure à 5 millimètres et/ou inférieure à 10 millimètres, en particulier inférieure à 8 millimètres,
- chaque piste de conduction électrique présente une largeur supérieure ou égale à 50 micromètres,
- chaque piste de conduction électrique présente une largeur inférieure ou égale à 15 centimètres, - chaque piste de conduction électrique présente une épaisseur comprise entre 20 et 90 micromètres, de préférence supérieure à 30 micromètres, en particulier supérieure à 40 micromètres et/ou inférieure à 70 micromètres, en particulier inférieure à 60 micromètres,
- chaque piste de conduction électrique présente une épaisseur supérieure ou égale à 3 micromètres,
- chaque piste de conduction électrique présente une épaisseur inférieure ou égale à 250 micromètres,
- la deuxième couche conductrice électriquement est agencée et configurée pour subir une déformation mécanique de 20% sans affecter les propriétés électriques,
- la deuxième couche conductrice électriquement est par exemple un conducteur fabriqué avec un matériau en argent extensible,
- la deuxième couche conductrice électriquement comprend un matériau à base d'encre conductrice,
- la deuxième couche conductrice électriquement présente une résistivité électrique comprise entre 4.10’7 et 10.10’7 Ohm.m, de préférence comprise entre 5.10’7 et 7.10’7 Ohm.m,
- la troisième couche isolante recouvre la face de dessus et les faces de côté de chaque piste de conduction électrique,
- la troisième couche isolante peut être constituée du même matériau que la première couche isolante,
- la troisième couche isolante est agencée et configurée pour subir une déformation mécanique de 20% sans affecter les propriétés électriques,
- lorsque la deuxième couche conductrice électriquement comprend plusieurs pistes de conduction électrique, celles-ci sont espacées d'une distance comprise entre 2 et 20 millimètres, de préférence entre 2 et 10 millimètres, de manière préférentielle entre 3 et 7 millimètres,
- lorsque la deuxième couche conductrice électriquement comprend plusieurs pistes de conduction électrique, celles-ci sont espacées d'au moins 20 microns,
- la couche intermédiaire conductrice électriquement recouvre toute la surface de la pièce métallique, de manière à réaliser une surépaisseur à la fois sur la surface de la pièce métallique brute, ou sur la surface de la première couche isolante, et sur la troisième couche isolante, - la couche intermédiaire conductrice électriquement recouvre uniquement la première couche isolante et/ou la troisième couche isolante, autrement dit, la couche intermédiaire conductrice électriquement n'est pas en contact avec la pièce métallique non revêtue.
- la couche intermédiaire conductrice électriquement comprend du carbone,
- la couche de peinture recouvre toute la surface de la pièce métallique,
- la couche de peinture comprend une couche de peinture hydrosoluble, du fait de l'immersion dans un bain de cataphorèse, et au moins une couche de peinture finale.
Selon une particularité préférée, la pièce métallique comprend une tôle métallique qui est recouverte par la première couche (11), la deuxième couche (12), la troisième couche (13), la couche intermédiaire (14) et la couche de peinture (15).
De préférence, cette tôle présente une épaisseur supérieure ou égale à 0,5mm, notamment supérieure ou égale à 0,8mm voire 1mm ; et/ou inférieure ou égale à 5mm, en particulier inférieure ou égale à 3mm voire inférieure ou égale à 2mm.
Selon une autre particularité préférée, la pièce est réalisée en acier bas carbone, notamment hypoeutectoïde ou eutectoïde, et/ou contenant un taux de carbone supérieur ou égal à 0,0101% en poids et inférieur ou égal à 0,022% en poids, et/ou contenant un taux de carbone supérieur ou égal à 0,022% en poids et inférieur ou égal à 0,77% en poids.
Encore plus préférentiellement, la pièce est réalisée en acier bas carbone comprenant, en poids, moins de 0,18% de carbone, moins de 0,80% de Silicium, moins de 2,20% de manganèse, moins de 0,12% de phosphore, moins de 0,025% de soufre, moins de 2,0% d'aluminium total, moins de 1,00% de chrome et/ou de molybdène, moins de 0,09% de niobium, moins de 0,30% de titane, moins de 0,20% de vanadium, moins de 0,005% de bore, le reste étant du fer et des impuretés inhérentes au procédé de fabrication.
La pièce en acier peut être nue. Elle peut alternativement être revêtue de sorte à améliorer ses performances, en particulier sa résistance à la corrosion. Le revêtement peut consister en un revêtement métallique obtenu par galvanisation au trempé, par électrodéposition ou encore par un procédé de dépôt sous vide, tel que le dépôt en phase vapeur ou le dépôt par jet de vapeur sonique. Ce revêtement peut comprendre un ou plusieurs métaux parmi notamment le zinc, l'aluminium, le magnésium, le silicium. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer le revêtement de zinc (GI), le revêtement de zinc allié (GA), l'alliage de zinc comprenant de 0,1 à 10% en poids de magnésium (ZnMg), l'alliage de zinc comprenant de 0,1 à 10% en poids de magnésium et de 0,5 à 11% en poids d'aluminium (ZnAIMg), l'alliage de zinc comprenant 5% en poids d'Aluminium (Galfan®), l'alliage de zinc comprenant 55% en poids d'Aluminium, environ 1,5% en poids de Silicium, le reste étant constitué de zinc et d'impuretés inévitables dues à l'élaboration (Aluzinc®, Galvalume®), l'alliage d'aluminium comprenant de 8 à 11% en poids de silicium et de 2 à 4% en poids de fer, le reste étant constitué d'aluminium et d'impuretés inévitables dues à l'élaboration (Alusi®), le revêtement d'aluminium (Alupur®).
De préférence, la pièce métallique est une pièce de carrosserie de véhicule automobile.
Selon un deuxième aspect de l'invention, il est prévu un véhicule automobile ou autre, ou un appareil ou mobilier, comprenant au moins une pièce métallique selon l'une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect.
Selon ce deuxième aspect, il est aussi prévu une structure ou un appareil statique comprenant au moins une pièce métallique selon l'une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect.
Selon un troisième aspect de l'invention, il est prévu un procédé de fabrication d'une pièce métallique revêtue de plusieurs couches successives, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- fournir une pièce métallique pré-revêtue au moins partiellement de plusieurs couches successives comprenant : o une première couche isolante recouvrant au moins une région de la pièce métallique, o une deuxième couche conductrice électriquement, agencée sur la première couche isolante de manière à réaliser une piste de conduction électrique ou plusieurs pistes de conduction électrique distinctes les unes des autres, et o une troisième couche isolante agencée sur et autour de chaque piste de conduction électrique,
- déposer une couche intermédiaire conductrice électriquement sur toute la surface couverte par la première couche isolante et la troisième couche isolante pour permettre la croissance d'une couche de peinture par électrodéposition,
- réaliser, par un procédé par électrodéposition, le dépôt d'une couche de peinture sur tout ou partie de la pièce métallique.
Le procédé de fabrication selon l'invention permet de faciliter la fabrication d'un véhicule automobile, en particulier la fabrication d'un faisceau électrique, tout en proposant un nombre de pièces réduit, une économie de fabrication et/ou d'assemblage et/ou de maintenance.
De préférence, la couche intermédiaire apposée est une couche comprenant du carbone.
Le procédé par électrodéposition est par exemple un procédé par cataphorèse : électrodéposition cationique consistant à immerger la pièce dans un bain de peinture hydrosoluble ; ce procédé permet de limiter, voire supprimer la corrosion.
Selon un mode de réalisation, la pièce métallique est formée ou emboutie selon la forme désirée. De préférence, cette opération a lieu après l'apposition de la couche intermédiaire. Selon un autre mode de réalisation, la pièce métallique est formée ou emboutie avant l'apposition de la couche intermédiaire. De préférence, la fourniture d'une pièce métallique pré-revêtue de plusieurs couches comprend les étapes suivantes :
- fournir une pièce métallique non-revêtue formant un substrat, par exemple en acier,
- appliquer une première couche isolante sur le substrat de manière à réaliser une ou plusieurs pistes de première couche isolante,
- appliquer une deuxième couche conductrice électriquement sur chaque piste de première couche isolante,
- appliquer une troisième couche isolante sur et autour de chaque piste conductrice électriquement.
Liste des figures
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés où :
- la FIGURE 1 est une section transversale d'une pièce métallique revêtue de plusieurs couches pour véhicule automobile, les couches comprenant une première couche isolante et une deuxième couche conductrice électriquement superposées et chacune représentée par trois pistes selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce métallique étant en outre revêtue d'une troisième couche isolante recouvrant les première et deuxième couches, d'une quatrième couche conductrice électriquement recouvrant la troisième couche et des régions de la pièce métallique non revêtue, et d'une couche de peinture ;
- la FIGURE 2 est une section transversale d'une pièce métallique revêtue de plusieurs couches pour véhicule automobile, les couches comprenant une première couche isolante recouvrant toute la surface d'une pièce de tôle brute et une deuxième couche conductrice électriquement représentée par trois pistes de conduction électrique, chacune posée sur la première couche isolante, selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
- la FIGURE 3 est une section transversale d'une pièce métallique revêtue de plusieurs couches pour véhicule automobile, les couches comprenant une première couche isolante et une deuxième couche conductrice électriquement superposées et chacune représentée par trois pistes selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce métallique étant en outre revêtue d'une troisième couche isolante recouvrant les première et deuxième couches, d'une quatrième couche conductrice électriquement recouvrant uniquement la troisième couche, et d'une couche de peinture recouvrant la quatrième couche et des régions de la pièce métallique non revêtue,
- la FIGURE 4 est une vue schématique en perspective d'une chaîne de fabrication illustrant en particulier la fabrication d'un châssis d'un véhicule automobile.
Description des figures et modes de réalisation
Ces modes de réalisation n'étant nullement limitatifs, on pourra notamment réaliser des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.
Les figures 1, 2 et 3 illustrent une section d'une pièce métallique 1, chaque pièce métallique étant revêtue de plusieurs couches disposées les unes sur les autres de manière à réaliser un élément ou une pièce de carrosserie d'un véhicule automobile. La pièce métallique 1 comprend une pièce métallique brute, ou non-revêtue, 10 constituée au moins en partie en acier et/ou en aluminium. Selon un exemple de réalisation, la pièce métallique est une pièce de métal référencée DX54 D Z100 de la société ArcelorMittal®.
Elle comprend une première couche 11 isolante électriquement, qui est appliquée sur une face de la pièce métallique brute, de manière à réaliser un support pour au moins un conducteur électrique, ou au moins une piste de conduction électrique, destiné(e) à être appliqué(e) sur ladite première couche et à isoler électriquement l'au moins un conducteur électrique ou l'au moins une piste de conduction électrique par rapport à la pièce métallique brute. Selon ce mode de réalisation, la première couche 11 isolante électriquement est appliquée sur la face supérieure de la pièce métallique brute. Elle peut tout aussi bien être appliquée sur la face inférieure.
En référence aux figures 1 et 3, la première couche 11 est agencée de manière à réaliser plusieurs supports isolants distincts les uns des autres. La première couche isolante 11 est formée par trois supports isolants lia, 11b, 11c sur les figures 1 et 3. Selon un autre mode de réalisation représenté par la figure 2, la première couche isolante 11 forme un unique support pour recevoir l'au moins un conducteur électrique ou l'au moins une piste de conduction électrique. Selon ce mode de réalisation, la tôle revêtue de la première couche isolante 11 peut être une tôle prélaquée obtenue à une étape préalable. On entend par tôle prélaquée, une tôle issue d'une bobine revêtue, en continu sur une ligne de prélaquage, d'au moins une couche de peinture. Par exemple, la première couche isolante 11 est une couche diélectrique. La première couche isolante est par exemple réalisée avec le produit référencé ME772 de la société DuPont de Nemours and Company®.
La première couche isolante présente une épaisseur comprise entre 1 et 200 micromètres, de préférence supérieure à 10 micromètres, en particulier supérieure à 15 micromètres et/ou inférieure à 25 micromètres, en particulier inférieure à 30 micromètres, pour assurer le recouvrement de la rugosité de la surface et prévenir des courants de fuites électriques transversaux (dans la profondeur) ; selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la première couche isolante présente une épaisseur de 20 micromètres.
La première couche isolante présente une résistance électrique agencée et configurée de manière que sa conductivité électrique est suffisamment faible pour être utilisée afin de séparer des pièces conductrices portées à des potentiels différents.
La pièce métallique 1 comprend une deuxième couche 12 conductrice électriquement appliquée sur la première couche isolante 11. La deuxième couche 12 est agencée de manière à réaliser plusieurs pistes de conduction électrique ou plusieurs conducteurs électriques, les pistes ou conducteurs étant distinct(e)s les un(e)s des autres. En référence aux figures 1, 2 et 3, il est représenté trois pistes de conduction électrique 12a, 12b, 12c appliquées sur la première couche isolante 11. En référence aux figures 1 et 3, chaque piste de conduction électrique 12a, 12b, 12c est appliquée sur un support isolant lia, 11b, 11c respectif. La deuxième couche conductrice est par exemple réalisée avec l'encre conductrice à base d'argent référencée ME602 de la société DuPont de Nemours and Company®.
La deuxième couche conductrice peut être à base de matériaux déformables (polymère comme polyester, polyuréthane), thermo-déformables, composites, élastomères. De préférence, elle est basée sur un élastomère ou un mélange d'élastomères. Il peut s'agir en particulier des fluoroélastomères durcissables à l'aide de péroxydes. Plus particulièrement, il peut s'agir de terpolymères fluorure de vinylidène / hexafluoropropylène / tetrafluoroéthylène.
Chaque piste de conduction électrique présente une épaisseur comprise entre 3 et 250 micromètres. Cette caractéristique permet d'assurer le passage du courant souhaité, au moins dans le cas de l'application automobile.
La pièce métallique 1 comprend une troisième couche 13 isolante électriquement, dite aussi couche d'encapsulation, appliquée sur la deuxième couche conductrice électriquement 12. La troisième couche isolante 13 est agencée pour recouvrir les pistes de conduction électrique 12a, 12b, 12c de manière à isoler électriquement les pistes de conduction électrique, notamment en évitant l'oxydation de la deuxième couche conductrice électriquement. En référence aux figures 1, 2 et 3, la troisième couche isolante 13 recouvre la face supérieure des pistes de conduction électrique 12a, 12b, 12c et les faces latérales desdites pistes et les faces latérales des supports isolants lia, 11b, 11c. La troisième couche 13 isolante est agencée de manière à réaliser plusieurs chapeaux de recouvrement des pistes de conduction électrique, les chapeaux de recouvrement étant distincts les uns des autres. La troisième couche isolante est par exemple réalisée avec le produit référencé ME772 de la société DuPont de Nemours and Company®.
Ces trois premières couches permettent d'obtenir une pièce métallique pré-revêtue permettant de réaliser la fonction d'une partie d'un faisceau électrique d'un véhicule automobile. Les trois couches sont superposées et appliquées sur la pièce métallique selon une trajectoire prédéterminée ou un motif prédéterminé.
La pièce métallique 1 comprend en outre une quatrième couche conductrice électriquement, dite couche intermédiaire 14 conductrice électriquement, appliquée sur au moins une région de la pièce métallique prérevêtue. Cette couche permet d'apporter la conductivité électrique suffisante pour permettre le dépôt par électrodéposition d'une peinture dans la partie de la pièce métallique recouverte de couches isolantes. En référence à la figure 1, la couche intermédiaire 14 recouvre la troisième couche 13 isolante et les portions non recouvertes de la surface supérieure de la pièce métallique brute 10. En référence à la figure 2, la couche intermédiaire 14 recouvre la troisième couche 13 isolante et les portions non recouvertes de la surface supérieure de la première couche isolante 11. En référence à la figure 3, la couche intermédiaire 14 recouvre uniquement la troisième couche 13 isolante. La couche intermédiaire 14 peut être au moins en partie constituée de carbone. Selon un exemple de réalisation, la couche intermédiaire est par exemple réalisée avec l'encre conductrice à base de carbone 112-47 de la société Creative Materials®. Selon un autre exemple de réalisation, la couche intermédiaire est par exemple réalisée avec l'encre conductrice à base d'argent référencée ME602 de la société DuPont de Nemours and Company®. La couche intermédiaire 14 permet de réaliser une couche de support permettant l'adhésion d'une peinture appliquée par électrodéposition.
Enfin, la pièce métallique 1 comprend une couche de peinture 15 appliquée sur la couche intermédiaire 14, voir figures 1 et 2, et sur les portions non recouvertes de la surface supérieure de la pièce métallique brute 10, voir figure 3. La couche de peinture est obtenue par électrodéposition. Le procédé d'électrodéposition utilisé est la cataphorèse. On entend par couche de peinture, une couche de peinture anticorrosion issue du bain du procédé par cataphorèse, ou une couche de peinture anticorrosion issue du bain du procédé par cataphorèse et une couche de peinture supplémentaire.
L'épaisseur de la couche de peinture est par exemple de 20 micromètres.
La couche de peinture est disposée au moins du même côté de la pièce métallique brute que la couche intermédiaire. La couche de peinture peut également être disposée sur la face opposée de la pièce métallique brute.
Selon un autre mode de réalisation non représenté, la pièce métallique est revêtue sur ses deux faces successivement de la première couche isolante, de la deuxième couche conductrice électriquement, de la troisième couche isolante, de la couche intermédiaire conductrice électriquement et d'une couche de peinture obtenue par électrodéposition.
On va maintenant décrire un procédé de fabrication d'une pièce métallique revêtue de plusieurs couches destinée à réaliser une pièce de carrosserie de véhicule automobile, la pièce de carrosserie comprenant des conducteurs électriques ou des pistes de conduction électrique intégré(e)s.
Selon un mode de réalisation et en référence à la figure 4, il est prévu à l'étape A de fournir une pièce métallique pré-revêtue 9, via une bobine 20 de tôle pré-revêtue. Autant de bobines que de pièces de carrosserie qui composent un véhicule automobile peuvent être déroulées parallèlement.
Le procédé de fabrication d'une pièce métallique pré-revêtue, comprend les étapes suivantes :
- fournir une pièce de tôle, de préférence en acier
- nettoyer la surface de la pièce de tôle, en particulier en dégraissant et séchant ladite pièce,
- déposer une première couche isolante diélectrique architecturée, c'est- à-dire selon un motif prédéfini, par exemple étirable, par sérigraphie,
- optionnellement sécher à une température comprise entre 100 et 150 degrés Celsius, pendant quelques minutes,
- cuire à une température comprise entre 140 et 200 degrés Celsius pendant une durée comprise entre environ 20 et 30 minutes, de préférence à 120 degrés Celsius pendant 20 minutes ; la cuisson peut être effectuée par infrarouge, par laser pulsé, ou par ultraviolet,
- traiter la surface de la pièce de tôle équipée de la première couche isolante, de manière à assurer l'adhésion et la mouillabilité, par exemple au moyen d'un traitement corona, le traitement corona correspondant à une décharge électrique à haute fréquence vers la matière, en l'espèce la première couche isolante, de manière à augmenter l'énergie de surface et ainsi à améliorer la connexion chimique (dyne/cm) entre les molécules de la première couche isolante et d'une deuxième couche conductrice à appliquer, en particulier une encre,
- déposer une deuxième couche conductrice électriquement architecturée par sérigraphie, de manière à réaliser des pistes de conduction, - répéter l'étape de cuisson précédente, de préférence cuire les pistes de conduction à 180 degrés Celsius pendant 30 minutes,
- déposer une troisième couche isolante diélectriquement architecturée par sérigraphie, de manière à recouvrir l'encre conductrice,
- répéter l'étape de cuisson précédente, de préférence à 120 degrés Celsius pendant 20 minutes.
Selon une variante de réalisation, il est possible de déposer successivement les différentes couches sans cuisson intermédiaire (configuration dite « wet on wet ») et d'effectuer une cuisson finale pour la totalité des couches de la pièce métallique pré-revêtue.
Selon une autre variante de réalisation, il est possible de déposer lesdites couches par flexographie ou par rouleau gravé.
Selon encore une autre variante de réalisation, il est possible de déposer la troisième couche isolante par pulvérisation, brossage, trempage ou par pulvérisation sélective par l'intermédiaire d'un robot.
Selon un mode de réalisation et en référence à la figure 4, lors de l'étape B, chaque pièce métallique pré-revêtue est formée ou emboutie selon la forme désirée. A ce stade, la pièce métallique peut optionnellement être intégrée à une caisse en blanc de véhicule. La ou les pièces métalliques prérevêtues sont ensuite recouvertes d'une couche intermédiaire 14 conductrice électriquement comprenant par exemple du carbone, voir l'étape C. Enfin, il est réalisé par un procédé par cataphorèse l'application d'une couche de peinture sur la ou les pièces métalliques : immersion dans un bain de cataphorèse lors de l'étape D, puis application d'une peinture finale lors de l'étape E.
Selon une variante de réalisation, la ou les pièces métalliques prérevêtues sont recouvertes d'une couche intermédiaire 14 conductrice électriquement avant d'être formée(s) et/ou emboutie(s). La ou les pièces métallique(s) est/sont ensuite formée(s) et/ou emboutie(s). A ce stade, la ou les pièces métalliques peuvent optionnellement être intégrées à une "caisse en blanc" de véhicule. Puis la ou les pièces métallique(s) est/sont recouverte(s) d'une couche de peinture obtenue par le procédé de cataphorèse. De manière optionnelle, il peut y avoir une étape de découpe d'une tôle dans une bobine avant la mise en forme.
Exemples
Des pièces de tôles d'acier DX54 D Z100 découpées en morceaux de 30x30 cm2 ont été dégraissées et soumises à une structuration de couches par sérigraphie. Pour l'impression, on a utilisé une toile de sérigraphie en polyester et une imprimante EKRA.
A titre de première couche isolante, le matériau diélectrique ME772 de la société DuPont de Nemours and Company® a été appliqué de façon architecturée puis cuit à 120°C pendant 20 min dans un four. Des pistes de 6mm, 10mm et 14mm de large et de 7 pm d'épaisseur ont ainsi été obtenues.
A titre de deuxième couche conductrice électriquement, l'encre conductrice ME602 de la société DuPont de Nemours and Company® a été appliquée sous la forme de pistes de 2mm, 6mm et 10mm de large, centrées sur les pistes de première couche isolante. Ces pistes ont ensuite été cuites à 180°C pendant 30 min dans un four. Une épaisseur de 12pm a ainsi été obtenue.
Ces pistes ont ensuite été encapsulées par dépôt de la solution ME772 de la société DuPont de Nemours and Company® sous la forme de pistes semblables aux pistes de première couche isolante de 6mm, 10mm et 14mm de large. Les pistes ont été cuites à 120°C pendant 20 min dans un four.
Enfin, sur une partie des échantillons, une couche intermédiaire formée de l'encre conductrice ME602 de la société DuPont de Nemours and Company® a été appliquée sur les pistes de la troisième couche isolante. Ces pistes ont ensuite été cuites à 180°C pendant 30 min dans un four.
Afin de tester l'aptitude à la cataphorèse des différents échantillons préparés, ces derniers ont été soumis à un procédé de cataphorèse comprenant les étapes suivantes :
- dégraisser de la surface de la pièce métallique pendant une minute avec une solution alcaline présentant un pH compris entre 10 et 13, puis effectuer deux rinçage d'une minute chacun avec de l'eau, - plonger la pièce métallique pendant 3 minutes dans un bain de phosphate présentant une température de 50 degrés Celsius et un pH de 3, puis rincer pendant une minute,
- appliquer la peinture par cataphorèse pendant 150 secondes, puis effectuer deux rinçage d'une minute chacun avec de l'eau, et enfin cuire pendant 20 minutes à 170 degrés Celsius.
Les échantillons ne présentant pas de couche intermédiaire se sont révélés être recouverts de peinture uniquement dans les zones de tôle nue.
Au contraire, les échantillons selon l'invention présentaient une couche de peinture uniforme d'une vingtaine de microns. Soumis à des tests électriques, ils se sont avérés ne présenter aucun court-circuit et avoir une bonne conductivité des pistes conductrices formées, tant avant qu'après cataphorèse et/ou mise en forme.
La pièce métallique selon l'invention permet ainsi de remplacer efficacement les faisceaux électriques équipant les véhicules automobiles tout en s'intégrant parfaitement dans le procédé existant de réalisation des caisses en blanc automobile.
L'invention a été décrite pour une utilisation dans l'automobile mais peut sans difficulté être transposée pour toute application où l'on a recours à l'électrodéposition de pièces métalliques. A titre d'exemple, il peut s'agir des domaines des véhicules industriels (camions, bus, cars, travaux publics, manutention, agriculture), des cycles et motocycles, des véhicules de loisirs, du mobilier urbain, du luxe, de l'électroménager.
Nomenclature
I pièce métallique
9 pièce métallique pré-revêtue
10 pièce métallique brute, ou non revêtue
II première couche isolante
12 deuxième couche conductrice électriquement lia, 11b, 11c supports isolants de la première couche
12a, 12b, 12c pistes de conduction électrique de la deuxième couche
13 troisième couche isolante
14 couche intermédiaire conductrice électriquement 15 couche de peinture
20 bobine de pièce métallique pré-revêtue
100 pièce ou élément de carrosserie d'un véhicule automobile
A étape fourniture d'une pièce métallique pré-revêtue B étape formage ou emboutissage
C étape application d'une couche intermédiaire
D étape cataphorèse
E étape peinture finale

Claims

REVENDICATIONS
1. Pièce métallique (1) caractérisée en ce qu'elle est revêtue au moins partiellement de plusieurs couches successives comprenant :
- une première couche (11) isolante recouvrant au moins une région de la pièce métallique,
- une deuxième couche (12) conductrice électriquement, agencée sur la première couche (11) isolante de manière à réaliser une piste de conduction électrique ou plusieurs pistes de conduction électrique distinctes les unes des autres,
- une troisième couche (13) isolante agencée sur et autour de chaque piste de conduction électrique,
- une couche intermédiaire (14) conductrice électriquement recouvrant entièrement la surface couverte par la première couche isolante et la troisième couche isolante, et
- une couche de peinture (15) obtenue par électrodéposition.
2. Pièce métallique (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première couche (11) isolante recouvre entièrement une surface de la pièce métallique.
3. Pièce métallique (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première couche (11) isolante est agencée de manière à réaliser une ou plusieurs pistes de première couche isolante, la première couche isolante présentant une géométrie égale ou dépassant de au plus 5% par rapport à la géométrie de la deuxième couche (12) conductrice.
4. Pièce métallique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque piste de conduction électrique présente une largeur comprise entre 4 et 20 millimètres.
5. Pièce métallique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque piste de conduction électrique présente une épaisseur comprise entre 20 et 90 micromètres.
FEUILLE RECTIFIÉE (RÈGLE 91) ISA/EP
6. Pièce métallique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche intermédiaire (14) comprend du carbone.
7. Pièce métallique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une tôle métallique qui est recouverte par la première couche (11), la deuxième couche (12), la troisième couche (13), la couche intermédiaire (14) et la couche de peinture (15).
8. Pièce métallique (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce la tôle présente une épaisseur supérieure ou égale à 0,5mm, notamment supérieure ou égale à 0,8mm voire 1mm et/ou inférieure ou égale à 5mm, en particulier inférieure ou égale à 3mm voire inférieure ou égale à 2mm.
9. Pièce métallique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en acier bas carbone, notamment hypoeutectoïde ou eutectoïde, et/ou contenant un taux de carbone supérieur ou égal à 0,0101% en poids et inférieur ou égal à 0,022% en poids, et/ou contenant un taux de carbone supérieur ou égal à 0,022% en poids et inférieur ou égal à 0,77% en poids.
10. Pièce métallique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est une pièce de carrosserie (100) de véhicule automobile.
11. éhicule comprenant au moins une pièce métallique (1) selon l'une des revendications précédentes.
12. Structure ou appareil statique comprenant au moins une pièce métallique (1) selon l'une des revendications 1 à 9.
13. Procédé de fabrication d'une pièce métallique (1) revêtue de plusieurs couches successives, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- fournir une pièce métallique pré-revêtue au moins partiellement de plusieurs couches successives comprenant :
FEUILLE RECTIFIÉE (RÈGLE 91) ISA/EP o une première couche (11) isolante recouvrant au moins une région de la pièce métallique, o une deuxième couche (12) conductrice électriquement, agencée sur la première couche (11) isolante de manière à réaliser une piste de conduction électrique ou plusieurs pistes de conduction électrique distinctes les unes des autres, et o une troisième couche (13) isolante agencée sur et autour de chaque piste de conduction électrique,
- déposer une couche intermédiaire (14) conductrice électriquement sur toute la surface couverte par la première couche isolante et la troisième couche isolante pour permettre la croissance d'une couche de peinture (15) par électrodéposition,
- réaliser, par un procédé par électrodéposition, le dépôt d'une couche de peinture (15) sur tout ou partie de la pièce métallique.
14. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pièce métallique est formée ou emboutie selon la forme désirée après l'apposition de la couche intermédiaire (14).
15. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que la fourniture d'une pièce métallique pré-revêtue de plusieurs couches comprend les étapes suivantes :
- fournir une pièce métallique non-revêtue (10) formant un substrat,
- appliquer une première couche (11) isolante sur le substrat de manière à réaliser une ou plusieurs pistes de première couche isolante,
- appliquer une deuxième couche (12) conductrice électriquement sur chaque piste de première couche isolante,
- appliquer une troisième couche (13) isolante sur et autour de chaque piste conductrice électriquement.
FEUILLE RECTIFIÉE (RÈGLE 91) ISA/EP
EP21730444.3A 2020-08-11 2021-06-01 Piece metallique revetue de plusieurs couches comprenant une fonction electrique et procede de fabrication de ladite piece Pending EP4197297A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2020/072534 WO2022033664A1 (fr) 2020-08-11 2020-08-11 Piece de tolerie revetue de plusieurs couches comprenant une fonction electrique et procede de fabrication de ladite piece
PCT/EP2021/064724 WO2022033739A1 (fr) 2020-08-11 2021-06-01 Piece metallique revetue de plusieurs couches comprenant une fonction electrique et procede de fabrication de ladite piece

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4197297A1 true EP4197297A1 (fr) 2023-06-21

Family

ID=72234807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21730444.3A Pending EP4197297A1 (fr) 2020-08-11 2021-06-01 Piece metallique revetue de plusieurs couches comprenant une fonction electrique et procede de fabrication de ladite piece

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4197297A1 (fr)
WO (2) WO2022033664A1 (fr)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6803092B2 (en) * 2001-06-26 2004-10-12 3M Innovative Properties Company Selective deposition of circuit-protective polymers
JP4178077B2 (ja) * 2003-06-04 2008-11-12 日東電工株式会社 配線回路基板
TWI713845B (zh) * 2017-08-07 2020-12-21 日商拓自達電線股份有限公司 導電性接著劑

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022033739A1 (fr) 2022-02-17
WO2022033664A1 (fr) 2022-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2708289A1 (fr) Système pour produire des pièces d'aluminium brillantes.
FR2525242A1 (fr) Procede pour le depot electrolytique d'un alliage fe-zn
WO2013156688A1 (fr) Tôle d'acier munie d'un revêtement à protection cathodique sacrificielle, procédé de fabrication d'une pièce par mise en oeuvre d'une telle tôle et pièce ainsi obtenue
GB2598290A (en) Coating for the surface of an article, an articles including said coating and a process for forming the coating
CA2878810C (fr) Assemblage d'une piece a base d'aluminium et d'une piece en acier munie d'un revetement a base d'un alliage znaimg
US6703135B1 (en) Method for producing a corrosion protective coating and a coating system for substrates made of light metal
JP4495609B2 (ja) 耐食性のある装飾的な被覆層を製造する方法及び金属から成る、自動車用のホイールのための層システム
EP4197297A1 (fr) Piece metallique revetue de plusieurs couches comprenant une fonction electrique et procede de fabrication de ladite piece
EP0533575A1 (fr) Feuillards métalliques supportés sur plastique obtenu par métallisation-placage
FR2646311A1 (fr) Substrats metalliques isoles et procede de fabrication desdits substrats
FR2672738A1 (fr) Contact pour connecteur electrique protege par un film de polymere et son procede de fabrication.
JP2003502809A (ja) 平面形整流子製作方法、及びその製作方法を用いて製作した整流子
EP0704558B1 (fr) Cellule d'électrodéposition en continu d'alliages métalliques
EP0781857B1 (fr) 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
EP0622478A1 (fr) Procédé d'électrodéposition sur une surface d'un substrat en acier d'une couche d'un revêtement d'un alliage à base de zinc et matériau d'acier revêtu d'une couche de revêtement d'un alliage à base de zinc
FR3122885A1 (fr) Procédé de fabrication d’un décor métallisé sur un substrat galvanisable
EP0890655B1 (fr) Procédé de traitement de surface de tôles d'acier galvanisé allié et tôle obtenue.
JPH01246350A (ja) 自動車用金属溶射製品の製法
FR3162149A1 (fr) Procédé de revêtement d’une pièce d’un dispositif d’essuyage
EP4587213A1 (fr) Procédé de soudage par point
FR3072900A1 (fr) Procede de fabrication d’une piece plastique de carrosserie peinte
FR2656632A1 (fr) Procede de revetement de surfaces comprenant un depot metallurgique prealable d'au moins une couche d'aluminium et son anodisation dure, pieces traitees suivant ce procede, et procede de collage desdites pieces.
WO2011135195A1 (fr) Support d'alimentation pour dispositifs électroniques
FR2762862A1 (fr) Procede de fabrication d'un cylindre de calandrage et feuilles du films thermoplastiques obtenus par laminage d'une resine thermoplastique au moyen d'un tel cylindre
EP0681011B1 (fr) TÔle prépeinte apte au soudage et procédé de fabrication d'une telle tÔle

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230301

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN