FR2551461A1 - Procede pour l'electrodeposition de revetements composites - Google Patents

Abstract

PROCEDE ET APPAREIL POUR REVETIR UN ARTICLE28 D'UNE COUCHE DE METAL CONTENANT DES PARTICULES. ON PLACE L'ARTICLE DANS UN TONNEAU 13 EN MEME TEMPS QUE LES PARTICULES ET ON PLACE LE TONNEAU DANS UN BAIN DE REVETEMENT2 ET ON L'Y FAIT TOURNER. LE TONNEAU COMPORTE UNE OUVERTURE FERMEE PAR UN COUVERCLE16 QUI EST PERMEABLE A LA SOLUTION, MAIS IMPERMEABLE AUX PARTICULES. L'ARTICLE EST AINSI SOUMIS A UN ECOULEMENT DE LA SOLUTION DANS LE TONNEAU QUI PEUT CONTENIR UNE FORTE PROPORTION DE PARTICULES, MAIS IL N'Y A PAS DE PARTICULES DANS LE BAIN A L'EXTERIEUR DU TONNEAU. LE DEPOT PEUT ETRE ELECTROLYTIQUE OU NON; DANS LE PREMIER CAS, L'ANODE EST DE PREFERENCE EXTERIEURE AU TONNEAU. APPLICATION: NOTAMMENT AUX REVETEMENTS ANTI-ABRASION.

Description

La présente invention concerne des procédés et un appareil pour l'électrodéposition de revêtements composites qui sont constitués d'une matrice de métal contenant des particules, les particules dans ces procédés étant déposées en mme temps que le métal à partir d'une solution dans laquelle les particules sont insolubles. L'invention concerne principalement ltélectrodéposition de revêtements contenant des particules de matière céramique, mais ce peuvent être des particules de cermet ou de métal.De tels revêtements peuvent être utilisés dans divers buts, notamment pour résistance à l'usure et à l'abrasion, pour résistance à la corrosion et à l'oxydation et pour amélioration du coefficent de frottement (onctuosité) et des propriétés anti-rongement et anti-érallure. Dans certains cas, les revêtements euxmêmes peuvent constituer le produit final, apres être enlevés de leur substrat. Le procédé comprend l'électrode'position dans un bain contenant des particules insolubles dispersées dans le bain, les particules étant déposées en même temps que le métal déposé à partir du bain. Le procédé et l'appareil de l'invention peuvent être utilisés pour un dépôt non électrique, mais s'appliquent tout particulièrement au dépOt électrolytique.

Dans le brevet britannique nO 860 291, il est proposé d'enlever de l'électrolyte contenant des particules du fond du bain et de réintroduire cet électrolyte en haut du bain de manière que les particules tombent par gravité à travers le bain ; on fait tourner autour d'un axe horizontal l'article que l'on veut revêtir et qui forme la cathode, de manière que les particules qui tombent se déposent sur les parties de l'article qui se trouvent sur le dessus à l'instant considéré. On a trouvé que ce système ne donne pas un revêtement uniforme, en particulier sur des pièces qui sont de forme irrégulière.Le brevet britannique nO 1 218 179 décrit un procédé dans lequel l'article est suspendu sans mouvement dans un bain et on maintient les particules en suspension dans le bain en faisant circuler la solution, un gaz étant introduit dans le récipient de manière à produire un courant généralement ascendant de solution et de gaz au voisinage de la surface sur laquelle le dépôt s'effectue. Une autre construction est decrite dans le brevet britannique n 1 329 081, où la solution est agitée par un mouvement généralement vers le haut et vers le bas dun agitateur perforé généralement horizontal dans la solution au-dessous de l'article à revêtir.Ces arrangements se sont révélés tous deux extrêmement satisfaisants à 1'usage, mais tous deux exigent des volumes importants de solution et de particules et cela est motteux. De plus, une énergie considérable est nécessaire pour maintenir homogène le grand volume de bain,
Selon un aspect de la présente invention, un procédé pour revêtir un article d'une couche de métal contenant des particules comprend l'immersion de 11 article dans une solution de revêtement contenant les particules, l'agitation de la solution et le dépôt conJoint de métal et de particules sur l'article et est caractérisé en ce que l'article et les particules sont placés dans un tonneau creux comportant une paroi dont au moins une partie est impermeable aux particules, mais perméable à la solution, le tonneau est placé dans un bain de la solution ne contenant pas de particules et durant le dépôt on fait tourner le tonneau autour d'un axe horizontal ou d'un axe qui est incliné par rapport à ltlorizontale.

Sinsi, en plus de la turbulence causée par la rotatif; du tonneau, i y aura aussi une circulation des particules qui tomberont par gravité et seront entraînées de nouveau vers le haut par la rotation du tonneau. Avec cette construc tn, il est possible d'utIliser une petite quantité de particules et on obtient un taux plus élevé d'inclusion de particules. Le besoin moindre de particules est particerneat avantageux iorsqu'il sfagit de particules de valeur, telles que le diamant. Pour améliorer la circulation des particules, il est préférable que le tonneau contienne des ailettes tournant avec lui, une forme avantageuse étant celle de nervures qui s'étendent axialement sur la surface interne du tonneau.Dans la plupart des cas, l'article à revêtir sera supporté rigidement par le tonneau et à l'intérieur de lmis mais on-peut obtenir des avantages dans certains cas en supportant l'article séparément du tonneau de manière que ltarticle soit maintenu immobile ou'tourne autour de l'axe de rotation du tonneau ou d'un autre axe à une vitesse différente de la vitesse de rotation du tonneau. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, la surface intérieure du tonneau est conductrice et est connectée dans le circuit d'électrodéposition et l'article ou les articles à revêtir sont libres dans le tonneau de manière qu'ils culbutent quand le tonneau tourne.

Lorsque le procédé est utilisé pour un dépôt non électrique ou non électrolytique, la solution est de composition appropriée ; on met par exemple dans le tonneau une solution de dépôt non électrolytique à base de nidceletdephoslcse qui contient des particules de diamant. Lorsque le procédé est utilisé pour un dépôt électrolytique, la solution est de composit on appropriée ; on met par exemple dans le tonneau une solution de dépôt au cobalt qui contient des particules de carbure de chrome, et le procédé comprend ltopération consistant à faire passer un courant entre une anode placée dans la solution et l'article.

Ce procédé permet d'amener un courant de solution fortement chargée en particules à s'écouler doucement sur )a surface à plaquer (recevant le dépôt), sans qu'intervienne aucune stagnation. La forte charge est réalisée dans une zone restreinte, dans le tonneau, tandis qu'il existe un volume plus grand de solution dont les caractéristiques, telles que la température, la concentration et l'homogénéite, peuvent être maintenues constantes plus facilement que sur un volume plus faible. L'espace extérieur au tonneau peut être utilisé pour des organes tels que des réchauffeurs, des agitateurs, et, dans le cas d'un dépot électrolytique pour aes anodes qui dans les procédés antérieurs devaient être placées dans la solution chargée en particules.

Selon un deuxième aspect de l'invention, un apparei utilisable pour revêtir électrolytiquement un article d'une couche de métal contenant des particules comprend un: réservoir contenant une solution de revêtement électrolytique, une anode dans le réservoir et des moyens électriques pour appliquer une tension entre l'anode et l'article, et est caractérisé par un tonneau creux supporté de manière rotative dans la solution, le tonneau comportant une paroi dont au moins une partie est imperméable aux particules, mais perméable à la solution, des moyens pour faire tourner le tonneau et des moyens pour supporter dans le tonneau un article à revêtir.

L'invention peut être mise en oeuvre de diverses manières, mais une forme d'appareil et un mode de mise en oeuvre du procédé utilisant l'appareil et selon la présente invention vont maintenant être décrits à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, et de plus deux exemples particuliers du procédé utilisant l'appareil vont maintenant être décrits.

Sur les dessins
la Figure 1 est une vue en élévation latérale un peu schématique d'un appareil utilisable pour la ase en oeuvre d'un procédé d'électrodéposition de revêtements composites, une partie de la paroi du réservoir étant arrachée pour montrer l'intérieur de l'appareil
la Figure 2 est une vue en élévation latérale du tonneau de l'appareil représenté sur la Figure 1, à une échelle légèrement plus grande
la Figure 3 est une vue en bout du tonneau représenté sur la Figure 2 ; et
la Figure 4 est une vue éclatée d'un panneau de fermeture composite pour le tonneau.

L'appareil représenté sur les Figures comprend un réservoir 1 contenant un bain d'électrolyte 2. Un bâti 3 comprenant des montants 4 et une barre horizontale 5 s'étend sur le bain de manière à supporter au moyen de crochets en S désignés par la référence 6 un cadre 7 qui est suspendu dans le bain 2 et porte des paliers 8 dans lesquels tournent des tourillons 9 et 10. Les tourillons sont fixés aux parois latérales opposées 11, 12 d'un tonneau creux hexagonal 13 comprenant six parois 14 dont chacune contient une ouverture rectangulaire 15 fermée par un couvercle composite 16 dont la construction est montrée plus en détail sur la Figure 4.

Chaque couvercle comprend un cadre rectangulaire 17 comportant une multiplicité de trous 18 dans lesquels peuvent passer des goujons 19 fixés à la paroi correspondante 14 du tonneau. Le cadre emprisonne entre lui-même et la paroi 14 une structure en sandwich constituée de deux couches extérieures 20 de néoprène poreux et d'une couche intérieure 21 formé de papier-filtre. Les couches de néoprène, qui ont 3 millimètres d'épaisseur, ont une grosseur nominale de pores de 10 microns tandis que le papier-filtre a une grosseur nominale de pores de 2 r.

Le tonneau peut être entraîné en rotation par un moteur électrique 22 supporté par la barre horizontale supérieure du cadre 7 et relié au tourillon 10 par une roue dentée 23 sur l'arbre de sortie du moteur, un pignon fou 24 monté sur une barre verticale du cadre 7 et une roue dentée 25 montée sur le tourillon 10. Le tonneau contient des ailettes 30.

Comme on peut le voir sur la Figure 2, 11 extrémité intérieure du tourillon 9 s'étend axialement dans le tonneau et se termine par un bout mâle fileté 26 sur lequel peut être vissé un dispositif de montage portant une pièce 28 à revêtir, dans ce cas une aube de stator de turbine ayant des p)ate-formes à chaque extrémité.

L'appareil comprend un souffleur d'air 31 relié par un tuyau flexible 32 à un tuyau de sortie horizontal 33 dans la base du réservoir 1, le tuyau de sortie 33 ayant un certain nombre d'ouvertures dans sa surface supérieure de manière que quand le souffleur 31 est en marche, l'air puisse barboter dans la solution.

Exemple I : en utilisant L'appareil décrit, on applique sur un panneau inoxydable de 5,08 cm x 2,54 cm x 3,175 mm un revêtement composite comprenant une matrice de cobalt contenant des particules de carbure de chrome. Le réservoir est rempli d'une solution comprenant, par litre, 450 g de sulfate de cobalt, 30 g d'acide borique et 12,5g de chEorure de sodium. A 125 litres de cette solution contenus dans le réservoir, on ajoute 10 cm3 de liquide anti-piqûres de Canning et on supporte dans le bain quatre anodes 34 comprenant des copeaux de cobalt contenus dans des paniers en titane entourés par des sacs d'anode.

Le panneau à revêtir est soumis à un traitement préalable comprenant l'immersion dans un appareil de nettoyage au cyanure pendant deux minutes suivie d'un rinçage à l'eau, d'un décapage par immersion pendant 30 secondes dans de l'acide sulfurique à 5 % suivi d'un rinçage à l'eau et d'un amorçage au nickeler revêtement électrolytique dans un bain de nickel pendant 3 minutes à une densité de courant de 3,9 A/dm2. Le panneau est fixé dans le tonneau d'électrodé position de la manière décrite pour l'aube de stator 28 représentée sur la Figure 2 et le panneau est connecté à un contact de cathode.On ajoute dans le tonneau une quantité suffisante de poudre de carbure de chrome d'une grosseur moyenne de particules de 2 à 5 X pour qu'il y en ait 2500 grammes par litre de capacité du tonneau et l'ouverture du tonneau par laquelle on a introduit le panneau à revêtir et la poudre est fermée par fixation d'un couvercle 16. Le tonneau est ensuite complètement plongé dans la solution dans le réservoir et on le fait tourner à trois tours par minute tandis que l'électrodéposition du revêtement composite s'effectue à une tension comprise entre 2,5 et 3 vous avec une densité de courant d'environ 2,7 A/dm2. La température de la solution est maintenue à 500C et la solution a un pH compris entre 4,5 et 5.Quand l'opération s'est déroulée pendant un temps suffisant pour fournir une épaisseur de revêtement de 0,05 mm, on interrompt l'opération et on examine le panneau.

On trouve que le panneau porte un revêtement tenace ayant une distribution des particules avec une teneur en particules d'environ 28,9 % en poids et 32,5 % en volume. La capacité du tonneau est de 6 litre.

Une série d'expérience en utilisant le procédé et l'appareil décrits dans le brevet britannique nO 1 218*179 mentionné ci-dessus, mais en utilisant par ailleurs les conditions de l'exemple décrit ci-dessus et avec une quantité de particules dans le bain augmentant progressivement a indiqué que la proportion de particules dans le revêtement augmente peu, ou même pas du tout, quand cette quantité dépasse 40Q grammes par litre, quantité pour laquelle on a trouvé que la proportion est d'environ 23 %.Dans une série d'expériences utilisant l'appareil représenté sur les Figures 1 à 4 et le mode opératoire décrit dans l'exemple ci-dessus, on a obtenu les résultats suivants

<tb> <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> particules <SEP> Inclusion <SEP> de
<tb> <SEP> danS <SEP> le <SEP> bain <SEP> particules
<tb> (par <SEP> litre <SEP> de <SEP> capacité <SEP> du <SEP> tonneau) <SEP> (% <SEP> en <SEP> poids)
<tb> <SEP> 400- <SEP> 17
<tb> <SEP> 500 <SEP> 20
<tb> <SEP> 600 <SEP> 22,6
<tb> <SEP> 700 <SEP> <SEP> 25,1 <SEP>
<tb> <SEP> 1000 <SEP> 24,9
<tb> <SEP> 1500 <SEP> 26,5
<tb> <SEP> 2500 <SEP> 28,9
<tb> <SEP> 3000 <SEP> 33,2
<tb>
On voit que la limite qui est atteinte avec le procédé décrit dans le brevet britannique n 1 218 179 n'est pas observée avec le procédé décrit dans la présente description.

Exemple I : l'appareil décrit a été utilisé pour effectuer un dépôt non électrolytique sur un panneau d'acier inoxydable de 50,8 mm par 25,4 mm, l'épaisseur de dépôt étant de 3,2 mm et le revêtement, composite, comprenant une matrice de nickels dephoshore-oentenant des particules de diamant. Le réservoir a été rempli a'une solution spéciale de dépôt non électrolytique au Nickel Phosphore connue sous la isi- gnation NIKLAD-794 et vendue par LEA i":ANUFACTURlNG LlMlTED,
Buxton, Derbys hire, Grande Bretagne. Le bain a été constitué de parties égales de 794A diluée à 80 millilitres par litre de 794B diluée à 150 millilitres/litre.

Le panneau à revêtir a subi le même traitement préalable que dans l'exemple I, et a été fixé de la même façon dans le tonneau. On a ajouté dans le tonneau une quanti suffisante de poudre de diamant pour arriver à une capacité de tonneau de 35 grammes par litre, ce qui est plus de quatre fois le contenu en nickel-phosphore de la même quantité de solution
Le tonneau a été ensuite fermé et immergé entièrement dans la solution du réservoir, puis soumis à une rotation de trois tours par minute. Pour faire démarrer le dépôt, une tension de 2 volts a été établie entre le panneau et les anodes pendant cinq à dix secondes, et supprimée ensuite. On a ensuite laissé le dépôt non électrolytique continuer pendant une heure. il a été observé que le panneau portait alors un un dépôt homogène et tenace, d'épaisseur 20 microns, contenant entre 20 et 25 en volume de poudre de diamant dans une matrice de nickel-p}ospbore.Ceci se compare aux 15 à 20 5o en volume de poudre de diamant contenus dans des dépôts effectués sous des conditions similaires, mais utilisant le procédé et l'appareil décrits dans le brevet britannique nO 1218179.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Un procédé pour le revêtement d'un article à l'aide d'une couche de métal contenant des particules, ce procédé consistant à préparer un bain d'une solution de dépôt, à mettre en place des particules à l'intérieur d'un récipient dans le bain, ce récipient possédant une paroi dont une partie au moins est imperméable pour les particules, mais perméable à la solution, à soutenir l'article à l'intérieur du récipient, à agiter la solution, caractérisé par le fait que la solution est une solution de dépôt non électrolytique, le récipient est un tonneau creux, que pendant la déposition, ce tonneau est soumis à rotation autour d'un axe horizontal ou d'un axe incliné sur l'horizontale à une vitesse au plus égale à 4 tours par minute, moyennant quoi un brouillard de particules est formé au fond du tonneau, et que ce brouillard est transporté vers le haut sur la paroi interne du tonneau par la rotation, pour tomber sur l'article en couche dense, et glisser ensuite en s'écartant de l'article.

2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tonneau comporte intérieurement des saillies.

3. Un procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les saillies sont en forme d'ailettes.