FR2505880A1

FR2505880A1 - Procede de depot electrolytique de metal notamment sur un modele et produit traite conformement audit procede

Info

Publication number: FR2505880A1
Application number: FR8109618A
Authority: FR
Inventors: Igor Valerievich Tsvetkov; Maxim Lvovich Levit; Iona Iosifovich Moroz
Original assignee: EXNII METALLOREZH STANKOV
Current assignee: EXNII METALLOREZH STANKOV
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1982-11-19
Also published as: FR2505880B1

Abstract

PROCEDE DE DEPOT ELECTROLYTIQUE CONSISTANT A PLACER DANS UN ELECTROLYTE: -LE MODELE; -UNE ELECTRODE PRINCIPALE; -ENTRE LES DEUX, UNE ELECTRODE AUXILIARE A RELIER LA SOURCE D'ALIMENTATION ELECTRIQUE A CHACUNE DES ELECTRODES ET AU MODELE, ET CARACTERISE EN CE QUE, LA CONNEXION DE LA SOURCE D'ALIMENTATION ELECTRIQUE AUX ELECTRODES ET AU MODELE, EST REALISEE DANS L'ORDRE SUIVANT DE SUCCESSION DES DUREES DU CYCLE:T T T T OU T DUREE DU DEPOT DU METAL SUR LE MODELE. T DUREE DE LA DISSOLUTION SELECTIVE DU METAL DU MODELE ET DEPOT DU METAL SUR L'ELECTRODE AUXILIAIRE. T DUREE DE LA DISSOLUTION DU METAL DEPOSEE SUR L'ELECTRODE AUXILIAIRE ET DE SON DEPOT SUR L'ELECTRODE PRINCIPALE. UTILISATION EN GALVANOPLASTIE POUR LA FABRICATION DE PIECES METALLIQUES DE FORME COMPLIQUEE.

Description

La présente invention concerne l'électrochimie, en particulier les processus chimiques se déroulant dans un électrolyte pendant le passage d'un courant électrique à travers celui-ci, et a notamment pour objet un procédé de dépôt électrolytique de métal en particulier sur un modèle
Il est avantageux d'utiliser l'invention en galvanoplastie pour la fabrication notamment de pièces métalliques de forme compliquée, par exemple de buses de différentes torses, de carénages, des déflecteurs utilisés dans les constructions mécaniques, de guides d'ondes radio, d'outils de fortage de forme compliquée tels que par exemple pièces à gravures montées dans les ratrices et les moules pour le fortage du caoutchouc, des ratières plastiques, coquilles pour la coulée d'alliages à bas point de fusion, électrodes-outils pour les machines d'usinage par électro- érosion et électrochimie , etc.

Actuellement, le dépôt des métaux sur un modèle par électrolyse est appliqué sur une large échelle en galvanoplastie pour appliquer des revêtements de protection et de revbteients décoratifs métalliques, ainsi que pour reproduire la forte d'un modèle.

Le processus de dépôt électrolytique de métal est caractérisé par un bas rendement, et de plus, l1épaisseur des dépôts métalliques obtenus sur la surface du modèle est irrégulière.

La répartition irrégulière de l'épaisseur de la couche métallique est due, en premier lieu, aux résistances différentes entre les différentes zones de la surface du modèle et de l'anode, et par conséquent, à la densité variable de courant dans ces zones. Cette répartition de l'épaisseur de la couche métallique est appelée wrépar- tition primaire" et peut avoir lieu uniquement en cas d'absence de polarisation cathodique.En pratique, le dégagement électrolytique du métal s'accompagne d'une polarisation cathodique caractérisée par une variation du potentiel cathodique qui dépend de la densité de courant dans chaque zone de la surface du modèle, de la composition de l'électrolyte, de la température, de l'agi- tation, etc. Une telle répartition du métal suivant la surface du modèle est appelée l'répartition secondaire".

Elle est toujours plus régulière que "la répartition primaire".

Les tentatives visant à améliorer la régularité de la répartition du métal suivant la surface du modèle ont abouti à la création d'un procédé de dépôt électrolytique de métal sur un modèle, dans lequel on fait varier le sens du courant. Dans la description qui va suivre, cette variation du sens du courant sera appelée "inversion du courant".Le procédé connu consiste à placer le modèle et l'électrode dans un électrolyte, k les brancher sur une source d'alimentation électrique Le branchement du modèle et de l'électrode sur 1a source d'alimentation électrique se fait conforiément à l'ordre de succession suivant des durées #1 + #2 = T :
- pendant la durée #1, @, on relie le pôle positif de la source d'alimentation électrique à l'électrode, et son pOle négatif au modèle ; le métal se dépose sur le modèle
- pendant la durée #2, on raccorde le pôle positif de la source d'alimentation électrique au modèle, et son pôle négatif à l'électrode ; sur le modèle le métal se dissout,
La durée de précipitation du métal est habituellement de plusieurs fois supérieure à la durée de dissolution du métal. L'amélioration de la régularité de la répartition du métal sur la surface du modèle est obtenue du fait que la vitesse de dissolution du métal sur les parties saillantes de la surface du modèle est supérieure à celle de dissolution du métal déposé dans les zones profondes au moment initial après le changement de la polarité de la source d'alisen- tation en courant électrique. L'effet avantageux que l'on obtient en cas d'utilisation d'une inversion du courant constitue 10 X au maximum du point de vue de l'amélioration de la régularité de la répartition du métal déposé.

Les inconvénients du procédé connu résident dans son bas rendement et dans le dépôt irrégulier du métal sur la surface du modèle. En effet, il est impossible d'élever le rendement du procédé de précipitation du métal en augmentant l'amplitude du courant, car le métal se dépose alors sous forme de dendrites et la vitesse d'accroissement de l'épaisseur du dépôt métallique diminue sensiblement,tandis que l'irrégularité de la répartition de l'épaisseur de la couche métallique augmente notablement. En outre, le procédé connu ne permet pas d'obtenir une couche métallique de qualité requise sur la surface du modèle comportant des transitions brusques (ailettes aigues, cavités à parois disposées i angle droit, etc.).

On connait aussi un procédé de dépôt de métal par électrolyse sur un modèle, dans lequel on fait appel à au poins une électrode auxiliaire
Ce procédé connu consiste à placer le modèle et une électrode principale dans un électrolyte, à placer l'électrode auxiliaire entre le modèle et l'électrode principale dans le même électrolyte, et à connecter la source d'alimentation électrique à chacune des électrodz et au modèle.

L'électrode auxiliaire est disposée à une certaine distance du modèle, ce qui supprime le risque de contact entre eux pendant tout le cycle de dépbt du métal sur le modèle.

Le pôle positif de la source d'alimentation électrique est relié à l'électrode principale, tandis que son pôle négatif est raccordé au modèle, qui est relié électriquement à l'électrode auxiliaire. La distance entre le modèle et l'électrode principale est choisie aussi grande que possible, ce qui est nécessaire pour assurer la régularité de la répartition du métal sur la surface du modèle. L'électrode auxiliaire est placée au voisinage du modèle au-dessus des parties saillantes de sa surface.Les lignes de force du champ électrique se concentrent sur l'électrode auxiliaire ainsi placée,ce qui conduit à une diminution de l'intensité du champ électrique sur la partie de la surface du modèle qui se trouve sous l'électrode auxiliaire, jusqu'g la valeur moyenne de l'intensité du champ électrique sur le modèle, et de ce fait, la vitesse de dépôt du métal sur lesdits secteurs du modèle ne dépasse pas la valeur moyenne de déposition du métal sur toute la surface du modèle.

Toutefois, ce procédé connu n'assure l'amélioration de la régularité de la répartition de l'épaisseur du métal déposé sur toute la surface du modèle qu'en cas d'utilisation d'un grand nombre d d'électrodefauxiliaireSqui égalisent sur toute la surface du modèle, les intensités du champ électrique et,par conséquent, les vitesses de dépôt du métal. Les électrodes auxiliaires doivent être iabriquées individuellement, ce qui entrain une augmentation de la main d'oeuvre nécessaire pour l'obtention d'une couche métallique d'épaisseur requise.

En outre, dans le procédé connu considéré, il est difficile de contrôler la valeur du courant sur le modèle, car il est difficile de régler la répartition du courant entre les électrodes auxiliaires et le modèle et, pour cette raison, il est difficile d'effectuer le dépôt du métal sur le modèle à un régie optimal. De plus, la consommation des métaux non ferreux utilisés habituellement pour la fabrication de pièces selon ce procédé est très élevée du fait que le métal se dépose non seulement sur le modèle, mais aussi sur les électrodes auxiliaires.

En conséquence, l'utilisation d'électrodes auxiliaires n'est Justifiée qu'en cas d'application en série d'une couche métallique sur des modèles lorsqu'il faut fabriquer un équipement spécial et que la durée du dépôt du métal sur chaque modèle est faible.

On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse, dans lequel, en connectant d'une manière appropriée la source d'alimen- tation électrique 9 chacune des électrodes et au modèle, et en choisissant un matériau déterminé pour la fabrication de l'électrode auxiliaire, on assurerait une augmentation notable de la régularité de l'épaisseur de la couche métal lique sur le modèle, une élévation du rendement du procédé de dépôt du métal gracie à une augmentation de la densité cathodique de courant, et un élargissement des possibilités technologiques de l'utilisation de courant de polarité variable.

Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de dépôt électrolytique de métal notamment sur un modèle, consistant
- à placer un modèle et une électrode principale dans un électrolyte
- à placer une électrode auxiliaire dans le même électrolyte entre le modèle et l'électrode principale, à une distance dudit modèle excluant leur contact pendant le cycle de dépôt du métal sur le modèle
- à raccorder la source d'alimentation électrique à chacune des électrodes et au modèle
caractérisé selon l'invention, en ce que la connexion de la source d'alimentation électrique à chacune des électrodes et au modèle se fait suivant la succession suivante des durées #1 + #2 + #3 = T
où #1 est le temps pendant lequel on relie le pôle positif de la source d'alimentation électrique à l'électrode principale, et le pôle négatif au modèle, le métal se déposant alors sur le modèle
2 t2 est la durée de raccordement du pôle positif de la source d'alimentation électrique au modèle, et de son pôle négatif à l'électrode auxiliaire, ce qui provoque la dissolution sélective du métal du modèle et le dépôt du métal sur l'électrode auxiliaire
- #3 est la durée de raccordement du pôle positif de la source d'alimentation électrique à l'électrode auxiliaire, et de son pôle négatif à l'électrode principale, le métal déposé sur l'électrode auxiliaire se displvant alors totalement et se déposant sur l'électrode principale fabriquée en un matériau sujet à la passivation lors de la polarisation anodique du matériau.

Le procédé conforme à l'invention assure une amélioration notable de la régularité de l'épaisseur de la couche métallique déposée sur le modèle grâce au choix appropré des durées @1, 2 t 3 Les durées t1 etT2 déterminent les processus de précipitation et de dissolution, respectivement, se déroulant dans les conditions différentes, alors que la durée T3 détermine le processus de rétablissement de la capacité de travail de l'électrode.Les conditons différentes du déroulement du processus de dépôt et du processus de dissolution sont dues à ce que les électrodes sont éloignées du modèle. Il existe une relation directe entre la régularité du dépôt (ou de la dissolution) du métal lors de l'électrolyse et la distance entre le modèle et lesèc- trodes.L'augmentation de la distance entre le modèle et les électrodes contribue à l'amélioration de la "répar- tition primaire" de l'épaisseur de la couche de métal sur la surface du modèle. Au contraire, la diminution de la distance entre le modèle et les électrodes provoque une irrégularité de la répartition' de l'épaisseur de la couche de métal lors de sbn dépôt sur le modèle. Le même mécanisme a lieu lors de la dissolution électrolytique du métal de la surface du modèle.Du fait que la distance entre le modèle et l'électrode principale est supérieure i la distance entre le modèle et l'électrode auxiliaire, la régularité de la répartition de l'épaisseur de la couche déposée de métal sur le modèle est plus élevée que la dissolution du métal de la surface du modèle.En cas de faible distance entre le modèle et l'électrode, il se produit une dissolution sélective nettement marquée de la couche métallique sur le modèle, sur les parties saillantes de sa surface, ce qui permet d'utiliser la variation de la polarité du courant pendant la durée 6 2 On choisit pour fabriquer l'électrode auxiliaire un matériau permettant de simplifier la déter relation de la durée t 3
I1 est avantageux que la dissolution sélective du métal du modèle et le dépôt du métal sur l'électrode auxiliaire a'effectuent de manière que la distance entre cette électrode et le modèle soit voisine de 0,1 à 0,3 fajsla distance entre le modèle et l'électrode principale.

Le rapport optimal des distances entre le modèle et les électrodes est déterminé expérimentalement. Si la distance entre l électrode auxiliaire et le modèle est supérieure à 0,3 fois la distance entre le modèle et 1 électrode principal, l'effet avantageux de la dissolution sélective du métal diminue brusquement, ce qui ne supprime par la croissance des dentrites ; l'augmentation de l'épaisseur de la couche de métal déposé sur le modèle s'interrompt.

Il est recommandé de déterminer la période de temps
l'aide de l'équation suivante
I T où a est la dimension du grain du métal déposé, en microns
v,la vitesse de dépôt du métal sur le modèle, en microns/
heures ;
k,un coefficient empirique de proportionnalité, qui tient
compte des conditions du déroulement du processus de
dépôt du métal sur le modèle; de choisir la durée t 2 entre environ 0,04 et environ 0,1 de la durée #1 1 ; et de déterminer la durée t3 d'après une brusque diminution de la valeur du courant de la source d'alimentation électrique.

Pendant la durée 1Y, se produit le dépôt du métal sur le modèle par électrolyse jusqu'à l'apparition de dentrites.

La formation des dentrites est due aux modifications ayant lieu dans la structure du dépôt métallique lors de 1 'aug- tentation de l'épaisseur de sa couche. La vitesse de croissance d'un grain de cristal du métal déposé est limitée.

La vitesse de dépôt électrolytique du métal sur le modèle est une valeur totale composée de la vitesse de croissance des cristaux et de la vitesse de formation des centres de cristallisation. L'augmentation de la vitesse de dépôt par électrolyse a pour effet que la vitesse de formation des centres de cristallisation commence à prédominer sur la vitesse de croissance des cristaux, ce qui provoque une diminution des dimensions du grain de métal déposé. I1 s'ensuit que la dimension du grain dans la couche métallique déposée est liée à la vitesse de dépôt du métal par une relation proportionnelle inverse. L'augmentation de la vitesse de dépôt de la couche métallique est en relation propor tionnelle directe avec la densité du courant cathodique.

Le coefficient empirique de proportionnalité k tient compte des conditions concrètes du processus considéré de dépôt du métal et prend notamment en considération la température, la composition de l'électrolyte, la présence de matières tensio-actives, le brassage, les dimensions géométriques de l'anode, de la cuve, du modèle, etc., autrement dit, il caractérise la probabilité de l'apparition de dendrites.

Pendant la durée #2, se produit la dissolution sélective des dendrites de la surface du modèle. Pour dissoudre le métal des parties saillantes du modèle, autrement dit, pour égaliser l'épaisseur de la couche métallique sur la surface du modèle, il est nécessaire d'augmenter la durée
#2. Il a été établi expérimentalement que la dissolution des dendrites et l'égalisation de l'épaisseur de la couche de dépôt se produisent dans l'intervalle des durées dans l'intervalle d'environ 0,01, à environ 0,1 de la durée #1. Lorsque la durée #@ est inférieure à 0,01 la dissolution des dendrites n'est pas suffisamment effective, et lorsque t 2 est supérieure à 0,1#1 lerendement du proces- sus de dépôt du métal sur le modèle par électrolyse décroît forment. Pendant la durée #2 se produit aussi le dépôt du métal dissout de la surface du modèle sur l'électrode auxiliaire. En conséquence, la géométrie de l'électrode auxiliaire se modifie, ce qui peut conduire, à son tour, à un court-circuit ou à une perturbation du régime optimal de déroulement du processus.

Pendant la durée #3 se produit la dissolution électrolytique totale du métal déposé sur l'électrode auxiliaire etsoei transfert sur l'électrode principale Du fait que l'électrode auxiliaire est fabriquée en un matériau sujet à une passivation totale lors de la polarisation anodique, la résistance dans l'espacement entre celle-ci et l'électrode principale s'accroît considérablement lors de la dissolution du métal déposé sur ladite électrode, ce qui provoque une forte diminution de la valeur du courant d'alimentation électrique.La forte diminution de la valeur du courant sert de signal pour l'enclenchement du régime caractérisé par la durée T 1
Comme matériau sujet à la passivation lors de la polarisation anodique il convient d'employer de préférence b titane.

Pour la mise en oeuvre du procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse, il convient d'utiliser une électrode auxiliaire exécutée sous forme d'une grille disposée parallèlement au plan du modèle et dont sa
surface est sensiblement commensurable avec la surface du modble sur lequel se dépose le métal.

Un tel mode de réalisation de l'électrode auxiliaire n'empêche pas le processus de dépôt du métal sur le modèle pendant la durée 1 et assure une dissolution régulière des dendrites sur le modèle. En cas de réalisation du dépôt par électrolyse dans une cuve galvanique classique, il est possible de fabriquer l'électrode auxiliaire sous forme d'une grille dont les dimensions correspondent i la section transversale de la cuve indépendemment des dimensions des modèles.

Si l'on place la grille d'une manière équidistante relativement à la surface du modèle sur laquelle s'effectue le dépôt du métal, la dissolution sélective des dendrites et l'égalisation de l'épaisseur de la couche métallique déposée sur le modèle s'effectuent plus efficacement, ce qui est particulièrement important en cas de déroulement intense du processus de dépôt électrolytique dans un électrolyte tourbillonnant
I1 est particulièrement efficace d'utiliser l'invention pour le dépôt intense de létaux par électrolyse dans un électrolyte tourbillonnant ainsi que pour le dépôt des couches épaisses de métal dans des cuves et installations électrolytiques de n'importe quelle conception. L'invention revendiquée élargit les possibilités technologiques des équipements existants et simplifie leur utilisation. L'invention peut être réalisée et appliquée sur une grande échelle dans la production de sources d'alimentation en courant électrique spéciales.

L'invention sera mieux comprise et d'autre buts, détail s et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 représente schématiquement une cuve él.c- trolytique avec une électrode principale1 une électrode auxiliaire et un modèle, pour la mis. en oeuvre du procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse, selon l'invention
- la figure représente la variation de polarité de l'électrode principale dans le temps t1
- la figure 2b montre la variation de la polarité de l'électrode auxiliaire dans le temps
- la figure 2c montre la variation de la polarité du modèle pendant X temps
- la figure 3 représente schématiquement une partie de la tête d' 'anode d'une machine-outil d'usinage électrochimique pour la mise en oeuvre du procédé de dépôt intense de métal sur un modèle par électrolyse pour la fabrication d'une lectrode-outil en cuivre servant à l'usinage de matrices par électro-érosion, selon l'invention.

Le procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse peut être mis en oeuvre par exemple dans une cuve électrolytique 1 (figure 1) à électrolyte au sulfate. Le modèle 2 et l'électrode principale 3 sont placés dans l'électrolyte. Une électrode auxiliaire 4, réalisée sous forme d'une grille, est disposée entre le modèle 2 et l'électrode principale 3. L'électrode auxiliaire est fabriquée en un matériau sujet à la passivation lors de la polarisation anodique, par exemple en titane La surface de la grille est sensiblement commensurable avec la surface du modèle 2.En outre, ladite grille est disposée parallèlement au plan du modèle 2. La distance entre le modèle 2 et l'électrode principale 3 est égale & H. La distance h entre l'électrode auxiliaire 4 et le modèle 2 est égale à une valeur comprise entre 0,1 à 0,3 de la distance H. On raccorde la source d'alimentation électrique 5,par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation 6, à chacune des électrodes 3, 4 et au modèle 2. Cette connexion se fait conformément à la succession suivante #1 + #2 + #3 = T.

Pendant la durée #@ (figure 2), on relie le pôle positif de la source 5 d'alimentation électrique, à travers un dispositif de commutation 6 et une amenée de courant 7, à l'électrode principale 3, tandis que le pôle négatif de la source 5 est raccordée, par l'intermédiaire du dis positif de commutation 6 et d'une amenée de courant 8, au modèle 2. Le métal 9 se dépose sur le modèle 2 jusqu'à l'apparition de dendrites. L'apparition des dendrites résulte des modifications ayant lieu dans la structure du dépôt métallique lors de l'augmentation de sa coucha.Pendant la durée t2 (figure 2a) on connecte le pôle positif de la source d'alimentation électrique 5, par l'intermédiaire du dispositif de commutation 6 et de l'amenée de courant 8, au modèle 2, et le pôle négatif de la source 5, par l'intermédiaire du dispositif de commutation 6, et d'une amenée de courant 10, à l'électrode auxiliaire 4. Ceci provoque la dissolution sélective des dendrites et du métal 9 des parties saillantes de la surface du modèle 2, ce qui conduit à une égalisation de l'épaisseur du métal déposé 9, et le dépôt du métal sur l'électrode auxiliaire 4.

Pendant la durée #3 (figure 2b) on connecte le pôle positif de la source d'alimentation électrique 5, par läntermédiaire du dispositif de commutation 6 et de l'amenée de courant 10, à l'électrode auxiliaire 4, et le pôle négatif de la source 5, par l'intermédiaire du dispositif de commutation 6 et de l'amenée de courant 7, à l'électrode principale 3. Ceci entraîne la dissolution totale du métal déposé sur l'électrode auxiliaire 4 et son transfert sur l'électrode principale 3.Lors de2a dissolution du métal déposé sur l'électrode auxiliaire 4, la résistance dans l'espacement entre celle-cl et l'électrode principale 3 varie ; plus précisément, elle s'accroSt brusquement, ce qui provoque une brusque diminution de la valeur du courant de la source d'ali-entation électrique 5. La brusque diminution de la valeur du courant sert de signal d'enclenchement du régime caractérisé par la durée r, (figure 2).

La dissolution active des dendrites pendant la durée #2 (figure 2a) permet de mettre en oeuvre le procédé de dépôt électrolytique du métal sur le modèle 2 avec des densités de courant plus élevées sur le modèle, ce qui augmente le rendement du procédé La valeur réduite des durées #2 pendant tout le procédé contribue elle aussi à l'élévation du rendement en comparaison du dépôt électrolytique de métal réalisé avec utilisation de sources réversibles d'alimentation en courant électrique.La durée
#1 (figure 2) est déterminée à l'aide de la relation # k.a
61 v où a est la dimension du grain du métal précipité (microns);
v la vitesse de dépôt du métal sur le modèle (microns/h);
k un coefficient empirique de proportionnalité qui tient
compte des conditions de déroulement du processus de
dépôt du métal sur le modèle.

La durée #2 (figure 2a) est choisie entre environ 0,01 et environ à 0,1 de la durée #1 (figure 2). Lorsque la durée #2 (figure 2a) est inférieure à 0,01.#1 (figure 2), ladissolution des dendrites est insuffisamment efficace, et si la durée #@ (figure 2a) est supérieure 0,1. (figure 2), le rendement du procédé de dépôt de métal 9 sur le modèle 2 (figure 1) par électrolyse décroît fotexent La durée
#3 (figure 2b) est déterminée d'après une brusque dimi- nution de la sieur du courant de la source d'alimentation électrique 5.

En pratique, lors de la mise en oeuvre de ce procédé dans la cuve électrolytique 1, les dimensions de l'électrode auxiliaire 4 réaliséesoua forme d'une grille sont déterminées d'après les dimensions de la section transversale de la cuve st ne dépendent pas des dimensions du modèle 2.

En cas de mise en oeuvre du procédé de dépôt électrolytique de métal sur le modèle conforme à l'invention dans une sachine-outil d'usinage électrochimique destinée à la fabrication d'électrodes-outils en cuivre employées pour l'usinage de matrices par électro-érosion, la tête d'anode 11 (figure 3) de ladite machine-outil comporte une électrode principale 12 et une électrode auxiliaire 13 montées dans le corps 14 de la tête d'anode 11. L'électrode principale 12 est constituée par un Jeu de barres en cuivre 12a dont chacune peut effectuer des déplacements suivant son axe.

L'électrode auxiliaire 13 est constitué par un Jeu de tubes creux 13a en titane, à travers lesquels est refoulé l'électrolyte au sulfate Chacun desdits tubes 13a peut se déplacer suivant son axe. Le modèle 2 est monté sur la table 15 de la machine-outil. Ensuite, on met en contact les barres 12a avec la surface du modèle 2 et on les bloque dans cette position. Ceci fait, les barres 12 ainsi bloquées sont montées à une hauteur H au dessus de la surface du modèle 2. On descend les tubes 13a jusqu'à ce qu'ils viennent en contact avec la surface du modèle 2 et on les bloque dans cette position.Les tubes 13a ainsi bloqués sont montés à une hauteur h au-dessus de la surface du modèle 2, cette valeur h étant comprise entre envirion 0,01 et environ 0,3 de H. Les électrodes principale 12 et auxiliaire 13 sont isolées électriquement l'une de l'autre et connectées par l'intermédiaire du dispositif de commutation 6 à la source 5 d'alimentation électrique. Par les tubes 13a, on refoule l'électrolyte dans le sens indiqués par les flèches.

Le niveau de l'électrolyte est choisi de manière qu'il baigne le modèle 2, l'électrode principale 12 et l'électrode auxiliaire 13.

La connexion de la source d'alimentation électrique 5 à l'électrode principale 12, à l'électrode auxiliaire 13 et au modèle 2 se fait dans l'ordre de succession suivant des durées #1 + #2 + #3 = T.Pendant la durée #1(figure 2), on relie le pble positif de la source d'alimentation électrique 5, par l'intermédiaire du dispositif de commutation 6, à chacune des barres de cuivre 12a de l'électrode principale 12, et son pôle négatif, à travers le dispositif de commu- tation 6 et de ramenée de courant 16, au modèle 2.Le métal 9 se dépose sur le modèle 2 jusqu'à l'apparition de dendrites. Pendant la durée t2 (figure 2a), on relie le pôle positif de la source d'alimentation électrique 5 (figure 3), par l'intermédiaire du dispositif de commutation 6 et de l'amenée de courant 16 au modèle 2, et son pôle négatif, par l'intermédiaire du dispositif de commutation 6, à chacun des tubes creux en titane 13a de l'électrode aussi liaire 13, ce qui provoque la dissolution sélective des dendrites et du métal 9 des parties saillantes de la surface du modèle 2 et conduit à une égalisation de l'épaisseur du métal déposé 9 et au dépôt du métal sur l'électrode auxiliaire 13. Pendant la durée #3 (figure 2b), on relie le pôle positif de la source d'alimentation électrique 5 (figure 3), par l'intermédiaire du dispositif de commutation 6, à l'électrode auxiliaire 13, et son pôle négatif, à travers le dispositif de commutation 6, à l'électrode principale 12.Ceci provoque la dissolution totale du métal déposé sur l'électrode auxiliaire 13 et son transfert sur l'électrode principale 12. Les durées #1, #2, #3 sont liées entre elles et dépendent de la vitesse de dépôt(ou de dissolution) du métal sur la surface du modèle 2 et de sa structure.

La durée #1 (figure 2) est déterminée à l'aide de la relation suivante : #1 k.a
v où a est la dimension du grain du métal déposé (microns)
v,la vitesse de dépôt du métal sur le modèle, (microns/h);
k,un coefficient empirique de proportionnalité tenant
compte des conditions de déroulement du processus de
dépôt du métal sur le modèle.

La durée #2 (figure 2a) constitue environ 0,01 à environ 0,1 de la durée #1. La durée #3 (figure 2b) est déterminée d'après une brusque diminution de la valeur du courant de la source d'alisentation électrique 5. Ce rapport optimal des durées, obtenu expérimentalement, peut être expliqué de la manière suivante.L'apparition des dendrites est due à la croissance irrégulière des cristaux pendant 11 électrolyse. Même une faible augmentation de la vitesse de croissance d'un cristal individuel relativement aux cristaux voisins provoque sa séparation de toute la masse de cristaux, ce qui conduit à une une augmentation de l'inten- sité du champ électrique sur ce cristal, à une élévation de la densité locale de courant sur celui-ci, et par conséquent, à une forte croissance de ce cristal, autrement dit, à la formation d'une dendrite.

La régularité de la précipitation (ou de la dissolution) du métal pendant l'électrolyse est une fonction directe de la distance entre les électrodes 12, 13 et le modèle 2.

C'est pourquoi la combinaison de deux électrodes 12, 13 situées, relativement à la surface du modèle 2, à des distances différentes H et h permet d'effectuer le dépôt du métal 9 sur toute la surface du modèle 2 et d'éliminer périodiquenent d'une manière sélective les centres engendrés de formation de dendrites, et en cas de nécessité, d'égaliser le dépôt sur les parties saillantes du modèle 2 et sur des ailes ou nervures aiguës. Il a été déterminé expérimentalement que le rapport optimal des distances entre le modèle 2 et le électrodes 13, 12 est compris entre environ 0,1 à environ à 0,3 de H. La probabilité de l'apparition des dendrites est directement proportionnelle à la vitesse de dépôt du métal, c'est-à-dire que, la durée #1 du cycle est inversement proportionnelle à la vitesse de dépôt v. La vitesse de dépôt détermine aussi la structure du dépôt, c'est-à-dire la dimension du grain.

Etant donné que la vitesse de la croissance d'un cristal individuel est limitée par une certaine valeur, constante pour le matériau considéré, l'augmentation de la vitesse de dépôt du métal pendant l'électrolyse se fait grâce à l'augmentation du nombre de cristaux croissansimultanément, car la structure du dépôt devient une structure à grains fins. La diminution des dimensions du grain du dépôt entrain une augmentation du nombre de couches de cristaux sur une épaisseur donnée du dépôt, ce qui augmente la probabilité de la formation de dendrite sur une épaisseur donnée du dépôt.

Donc, la durée t 1 du cycle est directement proportionnel à la valsur moyenne du grain du dépôt. La durée #3 du cycle permet de ramener le système à son état de départ. L'enlèvexent du métal déposé de l'électrode auxiliaire 13 est obligatoire, car dans le cas contraire la forme de l'électrode auxiliaire 13 se modifierait à la suite du dépôt, ce qui pourrait provoquer un court-cirewit dans l'espacement h entre les électrodes et rendre impossible l'exécution ultérieure du dépôt du métal.

Du fait que l'électrode auxiliaire 13 est fabriquée
en un matériau sujet à la passivation pendant la polarisation anodique dans l'électrolyte considéré, par exemple en titane, la pellicule passive se formant sur l'électrode auxiliaire 13 pendant la période anodique après la dissolution du métal possède une haute résistance ohmique, ce qui empêche le passage du courant à travers cette électrode pendant la durée #3 du cycle sprès que le métal déposé sur celle-ci pendant la durée #2 du cycle ait été dissout totalement. L'interruption du courant pendant la durée t
3 du cycle sert de signal pour le passage du régime caractérisé par la durée #1 du cycle.

L'invention revendiquée a été réalisée lors de l'utilisation d'une maquette d'une source spéciale d'alimentation en courant technoligique, ce qui a permis d'effectuer les essais dans une large plage de durées et d'amplitudes d'impulsions. Le dépôt de cuivre sur un modèle (plat et façonné) en acier inoxydable a été effectué dans un électrolyte de composition suivante : H2SO4 - 50 g/l; CuSO4.5H2O - 250 g/l en régime accéléré, à des densités de courant sur le modèle 2 allant jusqu'à 350 A/dm2 et à des nombres de Rynolds allant jusqu'à R e = 60000. L'électrode auxiliaire 13 a été fabriquée en titane, et l'électrode principale, en cuivre.

Les durées #1, #2, #3 et leurs amplitudes étaient enregistrées par un appareil enregistreur rapide. La durée #1 = 25 s du cycle est choisie conformément aux conditions dudit régime de vitesse de dépôt du cuivre.

Les résulats des expériences sont résumés dans le tableau 1.

Tableau 1

<tb> <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> dépôt <SEP> Présence <SEP> de
<tb> <SEP> minimale, <SEP> dendrites <SEP> et <SEP> de
<tb> Nos <SEP> #1 <SEP> #2 <SEP> #3 <SEP> <SEP> H, <SEP> h, <SEP> microns/heure <SEP> courts-circuits
<tb> d'or- <SEP> s <SEP> s <SEP> s <SEP> mm <SEP> mm
<tb> dre <SEP> sur <SEP> un <SEP> sur <SEP> un <SEP> sur <SEP> un <SEP> sur <SEP> un
<tb> <SEP> modèle <SEP> modèle <SEP> modèle <SEP> modèle
<tb> <SEP> plat <SEP> de <SEP> forme <SEP> plat <SEP> de <SEP> forme
<tb> 1 <SEP> 25 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2 <SEP> 45 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> - <SEP> court- <SEP> court
<tb> <SEP> circuit <SEP> circuit
<tb> 2 <SEP> 25 <SEP> 0,25 <SEP> 0,25 <SEP> 40 <SEP> 5 <SEP> 800 <SEP> - <SEP> néant <SEP> court
<tb> <SEP> circuit
<tb> 3 <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> 5 <SEP> 350 <SEP> 250 <SEP> néant <SEP> néant
<tb> 4 <SEP> 25 <SEP> 2,5 <SEP> 2,5 <SEP> 40 <SEP> 5 <SEP> 180 <SEP> 180 <SEP> néant <SEP> néant
<tb> 5 <SEP> 25 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 40 <SEP> 5 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> néant <SEP> néant <SEP>
<tb> 6 <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> 3 <SEP> - <SEP> - <SEP> court- <SEP> court
<tb> <SEP> circuit <SEP> circuit
<tb> 7 <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> 4 <SEP> 350 <SEP> - <SEP> néant <SEP> court
<tb> <SEP> circuit
<tb> 8 <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> 12 <SEP> 350 <SEP> 200 <SEP> néant <SEP> néant
<tb> 9 <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 40 <SEP> 15 <SEP> 350 <SEP> - <SEP> néant <SEP> court
<tb> <SEP> circuit <SEP>
<tb>
Comme il ressort du tableau ci-dessus, l'intervalle optimal des durées #2 du cycle est égal à 0,25 - 2,5 s, ce qui constitue 0,01 à 0,1 de la durée #1 du cycle (Tableau 1, N 1, 2, 3, 4) Quand @2 > 0,1.@1 (N 5), il se produit une dissolution anodique intensive du métal non seulement sur les parties saillantes, mais aussi une diminution notable de la vitesse moyenne de précipitation, et quand #2 < 0,01 #1 (N 1), les centres de formation des dendrites ne réussissent pas à se dissoudre, ce qui entraîne un court-circuit et une interruption de l'électrolyse. La plage optimale de distances h est comprise entre 4 et 12 mm (N 7, 3, 8), ce qui constitue 0,1 à 0,3 de la distance H entre l'électrode principale 12 et le modèle 2.Si l'espacement entre l'électrode auxiliaire 13 et le modèle 2 est inférieur à 0,1 (N- 6) de la distance
H, il se produit des court -circuits et l'interruption de l'électrolyse, ce qui peut être expliqué par l'intensité irrégulière du champ électrique entre l'électrode auxiliaire 13 et le modèle 2, qui baisse l'efficacité de son utilisation.

Si l'espacement est supérieur à 0,3.H (N 9), l'efficacité de la dissolution sélective du métal des parties saillantes du modèle décrott fortement, ce qui ne supprime pas la croissance des dendrites et conduit à des court -cirouits.

Il convient de noter qu'en plus de la suppression de la croissance des dendrites (X 3), le procédé permet d'exercer sur le dépôt électrolytique une action égalisatrice (N04).

Il s'ensuit que le procédé revendiqué permet de réa- liser un dépbt rapide de métal sur des modèles de formes compliquées, élève le rendement du processus et la régu- larité du dépôt.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitées aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles- ci sont exécutées suivant son esprit et mises on oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse, du type consistant

- à placer le modèle et une électrode principale dans un électrolyte,

- à placer dans le mêie électrolyte entre le modèle et l'électrode principale, une électrode auxiliaire séparée du modèle par une distance excluant leur contact mutuel pendant le cycle de dépôt du métal sur le modèle,

- à relier la source d'alimentation électrique à chacune des électrodes et au modèle,

caractérisé en ce que la connexion de la source d'ali mentation électrique à chacune des électrodes et au modèle est réalisée dans l'ordre suivant de succession des durées du cycle #1 + #2 + #3 = T où #1 est la durée pendant laquelle le pôle positif de la source d'alimentation électrique est relié à ltélectrode principale, et son pble négatif au modèle, ce qui assure le dépôt du métal sur le modèle ;

#2 est la durée pendant laquelle le pôle positif de la source d'alimentation électrique est relié au modèle, et son pôle négatif, à l'électrode auxiliaire, ce qui assure la dissolution sélective du métal du modèle et le dépbt de métal sur l'électrode auxiliaire

#3 est la durée pendant laquelle le pôle positif de la source d'alimentation électrique est relié à l'électrode auxiliaire, et son pôle négatif, à l'électrode principale, et pendant laquelle le métal déposé sur l'électrode auxiliaire se dissout totalement et se dépose sur l'électrode principale, ladite électrode auxiliaire étant fabriquée en un matériau se passivant lors de la polarisation anodique du matériau.

2. Procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dissolution sélective du métal du modèle et le dépôt du métal sur l'électrode auxiliaire s'effectuent alors que cette dernière est séparée du modèle par une distance b d'environ 0,1 à environ 0,3 de la distance H entre le modèle et l'électrode principale.

3. Procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse, selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée du cycle est déterminée à l'aide de la relation suivante # k.a

I v où a est la dimension du grain du métal précipité (microns),

v, la vitesse de dépôt du métal sur le modèle (microns/

heure),

k, un coefficient empirique de proportionnalité tenant

compte des conditions du déroulement du processus de

dépôt du métal sur le modèle,

la durée #2 du cycla ét@@t choisie entre environ 0,01 et environ 0,1 de la durée #1, et la durée #3 du cycle étant déterminée d'après une brusque diminution du courant de la source d'alimentation électrique.

4. Procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse, selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on utilise du titane en tant que matériau sujet à la passivation pendant la polarisation anodique.

5. Procédé de dépôt de métal sur un modèle par électrolyse, selon l'une des revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on utilise une électrode auxiliaire sous forme d'une grille dont la surface est sensiblement conen- surable avec la surface du modèle sur laquelle s'effectue le dépôt de métal, et qui est disposée parallèlement au plan du modèle.

6. Procédé de dépôt de métal sur un modèle par électro lyse, selon la revendication 5, caractérisé en ce que la grille est disposée d'une manière équidistante relativement à la surface du modèle sur laquelle s'effectue le dépôt de métal.

7. Produit ou pièce, caractérisé en ce qu'il est traité conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 6.