FR2665910A1 - Procede et dispositif d'electrodeposition. - Google Patents

Abstract

Un procédé et appareil d'électrodéposition d'un matériau conducteur sur un substrat comprend les étapes consistant à monter de manière amovible le substrat dans un premier bain d'électrodéposition (10), liquide, conducteur qui contient le matériau conducteur, à déposer le matériau conducteur sur le substrat, à transférer périodiquement le substrat à un second bain liquide (50), ce second bain contenant un liquide ayant la même composition mais une concentration plus faible en ingrédients dissous que le premier bain, à peser le substrat lorsqu'il est immergé dans le second bain et à calculer à partir de cette pesée le poids dans l'air du matériau conducteur déposé, et à répéter ces étapes jusqu'à obtention du dépôt désiré.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif

d'électrodéposition, en particulier, pour

l'électroformage de l'orfèvrerie en or.

Dans un procédé d'électroformage connu de ce type, un ordinateur commande activement divers paramètres pendant l'électroformage et approximativement à toutes les heures la pièce est enlevée du bain, séchée et pesée pour estimer la quantité de l'alliage d'or présent Cela permet à l'opérateur de calculer le rendement du dépôt et celui-ci est utilisé pour reprogrammer l'ordinateur et employé pour remettre les divers paramètres à l'état initial Ce procédé souffre de l'inconvénient que chaque opération de séchage et de

pesée prend environ une demi-heure.

On a constaté que le procédé peut être rendu plus rapide et précis en transférant la pièce à un bain d'eau et en pesant la pièce alors qu'elle se trouve dans ce bain Cela permet de procéder aux calculs nécessaires alors que la pièce se trouve dans le bain d'eau sans

qu'il soit nécessaire de la sécher.

Selon la présente invention, un procédé pour l'électrodéposition d'un matériau conducteur sur un substrat, par exemple un râtelier ou un gabarit de pièces, comprend le montage amovible du substrat dans un premier bain d'électrodéposition liquide conducteur, de préférence aqueux, qui contient le matériau conducteur, de préférence une source d'un ou de plusieurs ions métalliques, le maintien à des conditions sensiblement constantes de la température et de la circulation du liquide dans le premier bain, le passage d'un courant électrique dans le substrat et le premier bain de manière à déposer le matériau conducteur sur le substrat, le transfert périodique du substrat à un second bain liquide, de préférence tout en maintenant la fourniture du courant au premier bain, le second bain contenant un liquide de la même composition ou à des concentrations plus faibles d'ingrédients dissous par rapport au premier bain, la pesée du substrat lorsqu'il est immergé dans le second bain et le calcul à partir de cette pesée du poids dans l'air du matériau conducteur déposé, le retour du substrat au premier bain, le calcul de la composition du dépôt nécessaire pour le stade suivant d'électrodéposition afin d'obtenir la valeur d'ensemble finale désirée pour le dépôt, et le réglage du courant d'électrodéposition afin de produire la composition désirée du matériau conducteur déposé dans le stade d'électrodéposition suivant qui peut être le

stade final ou non.

Le procédé d'électrodéposition est de préférence effectué dans quatre stades ou plus, par exemple, 4, 5 ou 6, et le bain d'électrodéposition est de préférence aqueux et le second bain liquide, ou le liquide de pesée est de préférence de l'eau sensiblement pure, contenant en option 0,00001 à 0,00005 % d'agent mouillant, de préférence celui utilisé dans le premier bain ou bain d'électrodéposition, et en option 0, 00001 à 0,00005 % d'un ou de plusieurs sels conducteurs employés

dans le bain d'électrodéposition.

Le liquide du bain de pesée est de préférence mis en circulation et le substrat est plongé une ou plusieurs fois, par exemple deux fois dans le liquide alors qu'il est en circulation, la circulation est alors stoppée et le substrat est pesé de façon répétée jusqu'à ce que la variation de la valeur mesurée soit stable dans les limites de précision du dispositif de mesure, lesquelles sont généralement de 0,01 gramme. Dans une variante préférée de réalisation du procédé, le second bain liquide ou bain de pesée a la même composition et la même concentration que le premier

bain ou bain d'électrodéposition.

L'invention s'étend également à un dispositif pour l'électrodéposition d'un matériau conducteur sur un substrat qui comprend un premier bain d'électrodéposition pour renfermer un liquide d'électrodéposition, un moyen pour monter de manière amovible un substrat dans le bain, un moyen pour maintenir à des conditions sensiblement constantes la température et la circulation du liquide dans le premier bain, un moyen pour faire passer un courant électrique à travers le substrat dans le premier bain de manière à déposer le matériau conducteur sur le substrat, un second bain pour contenir un liquide de pesée et un moyen pour peser le substrat lorsqu'il est immergé dans le liquide de pesée, un moyen pour transférer le substrat du premier bain au second bain, de préférence en maintenant la fourniture du courant au premier bain, et un moyen pour transférer le substrat du second bain

au premier bain.

Le moyen de transfert est de préférence

commandé hydrauliquement.

Dans une forme commode de l'invention, le moyen de transfert comprend un moyen élévateur vertical pour faire entrer le substrat dans le bain et l'en faire sortir et un moyen de déplacement transversal pour déplacer le moyen élévateur entre le dessus d'un bain et

le dessus de l'autre bain.

Le moyen élévateur vertical comprend de préférence un cylindre avec un alésage ayant une section transversale non cylindrique, dans lequel est disposé un piston ayant une section transversale appariée qui supporte un moyen élévateur pour le substrat; cela évite

la torsion du piston dans l'alésage.

Le moyen de déplacement transversal comprend de préférence un piston dans un cylindre qui permet une surface d'appui pour le moyen élévateur vertical, ce moyen élévateur étant destiné à se déplacer le long dudit cylindre, le piston transversal et le moyen élévateur vertical étant accouplés magnétiquement pour que le mouvement du piston transversal dans le cylindre provoque un mouvement transversal correspondant du moyen

élévateur vertical.

Une forme préférée du dispositif est conçue pour l'électrodéposition entièrement automatique

4 2665910

d'orfèvrerie en or L'équipement est constitué de deux cuves, l'une pour renfermer l'électrolyte de revêtement en or et l'autre pour contenir la solution de finition

d'or qui est utilisée comme cuve de pesée.

Un dispositif de transfert est prévu de manière à déplacer le râtelier d'électrodéposition à partir de la cuve d'électrodéposition Le dispositif de transfert préféré est un engin de levage hydraulique qui utilise l'eau domestique comme fluide hydraulique L'eau est utilisée pour assurer un transfert régulier entre la

crémaillère et une balance.

Une balance de précision est située au centre de la cuve de finition et permet à une broche sur laquelle le gabarit est placé de peser le gabarit d'électrodéposition, complet avec les pièces, dans la solution de finition L'ordinateur intègre le poids de la solution avec les forces d'Archimède pour obtenir le

poids vrai dans l'air.

Un module de commande renferme les redresseurs, les appareils de mesure des ampères par minute, les commandes pour les éléments chauffants, les commandes pour les pompes de filtrage, les commandes pour les dispositifs de mise à niveau des solutions et

l'ordinateur qui commande l'ensemble du système.

Une cabine est prévue pour enfermer complètement les réservoirs et les mécanismes de transfert de façon que l'atmosphère entourant les réservoirs puisse être évacuée vers l'extérieur de l'usine. Un clavier d'ordinateur, un moniteur et une imprimante sont prévus pour permettre à l'opérateur d'entrer des informations dans le système de commande informatique. Le système de commande informatique maintient de préférence la température des solutions à + 0,10 C et commande et ajuste le courant d'électrodéposition L'ordinateur calcule aussi les quantités des matières consommées et ajoute

2665910

automatiquement les quantités requises au bain d'électrodéposition afin de maintenir les concentrations requises L'ordinateur pèse automatiquement les pièces avant et après l'électrodéposition, afin de donner des poids précis de la quantité du métal qui a été déposée. L'ordinateur ajuste le courant d'électrodéposition et ainsi la densité du courant pour qu'il y ait un contrôle précis de la valeur en carats de l'alliage d'or qui est déposé. L'équipement fournit un dispositif qui procèdera à l'électroformage d'un alliage d'or d'une

valeur donnée en carats avec une précision plus grande.

Le dispositif est différent de la technique antérieure en ce sens que le gabarit des pièces est placé dans la machine et est alors manipulé automatiquement jusqu'à l'achèvement du cycle d'électrodéposition Dans la technique antérieure, le gabarit des pièces était pesé manuellement, séché manuellement et l'information était introduite

manuellement dans le système de commande informatique.

Le nouveau dispositif pèse le gabarit et les composants dans une solution de finition ayant une densité constante et non dans l'air Cela signifie que les pièces n'ont pas à être séchées avant d'être pesées, ce qui élimine les erreurs de pesée dues à un séchage incomplet L'élimination des erreurs de pesée empêche les erreurs dans les mesures de l'efficacité de la solution, ce qui donne un plus grand contrôle de la

valeur en carats de l'alliage déposé.

La présente invention sera bien comprise

lors de la description suivante faite en liaison avec

les dessins ci-joints, dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en élévation avant d'un mode de réalisation préféré du dispositif de la présente invention; et La figure 2 est une vue d'une partie de la

figure 1, représentant une variante d'agencement.

Le dispositif comprend deux cuves de dimensions et de construction similaires ou identiques, une cuve 10 fournissant un bain d'électrodéposition, et l'autre cuve 50 un bain de pesée avec un gabarit 60 (représenté en figure 1 dans la position d'électrodéposition dans le bain 10) et un mécanisme 90 de transfert de gabarit La cuve 10 comporte un mécanisme 120 d'alimentation en liquide d'appoint et la

cuve 50 un dispositif de pesée ou balance 56.

Le fonctionnement du dispositif est sous la commande d'un microordinateur classique (non représenté) auquel sont connectés de la manière classique divers capteurs, soupapes, éléments chauffants, alimentations et moteurs incorporés dans le

dispositif.

La cuve 10 comporte une enveloppe extérieure 11 en acier inoxydable de forme carrée en plan et rectangulaire en élévation comprenant une chemise d'eau 12 qui entoure son tiers supérieur Celle-ci est maintenue remplie d'eau distillée, qui s'échauffe par conduction jusqu'à la température du bain d'électrodéposition Cette eau distillée chauffée est utilisée pour remplir le bain d'électrodéposition afin de compenser l'évaporation Le bain d'électrodéposition comporte des éléments chauffants et des capteurs (non représentés) qui sont connectés fonctionnellement à l'ordinateur de sorte qu'une température désirée (généralement 65 à 70 'C pour un dépôt d'or, de cuivre, de cadmium) peut être maintenue dans la chemise La cuve présente une partie intérieure circulaire 13 qui renferme un mécanisme d'entraînement 14 et une

alimentation électrique 20 pour le gabarit 60.

Autour de la partie centrale 13 est fixée, sous forme annulaire, une cuve annulaire 30 en matériau non conducteur, par exemple en matériau dit Perspex La base 31 de la cuve est distante de la base 15 de l'enveloppe extérieure 11 La paroi latérale 32 de la cuve 30 s'arrête à un bord supérieur 33 en-deçà du bord supérieur 16 des parois extérieures de l'enveloppe et également en-deçà du bord supérieur 17 de la partie

centrale intérieure 13 de l'enveloppe extérieure 11.

Le bord 33 forme un déversoir et peut avoir une configuration à gradin de façon à être plus bas, par exemple, d'environ 1 cm, à l'arrière de la cuve par rapport à l'avant de la cuve Cela facilite le mélange alors que le liquide déborde de préférence depuis l'arrière de la cuve 30 et peut aider à la dissolution des solides qui peuvent être ajoutés au cours du procédé à la partie arrière de la cuve pour rétablir les

concentrations des ingrédients d'électrodéposition.

L'alimentation 20 du gabarit forme une branche du circuit d'électrodéposition et applique un courant au gabarit comme cathode (négative) via un logement 21 à contact coulissant qui électrifie une broche d'entraînement 22 sur laquelle le gabarit est monté de manière motrice mais amovible La broche 22 est entraînée de manière appropriée par un arbre 23 provenant d'un moteur réversible 24 à vitesse variable, là encore sous la commande de l'ordinateur quant à la vitesse, le sens de rotation, le nombre de rotations dans un sens donné et les temps de repos entre

changements de sens.

Le circuit d'électrodéposition est complété par une alimentation 40 qui alimente deux électrodes annulaires, 41 et 42, disposées autour de la moitié supérieure de la cuve annulaire 30 L'électrode 41, est située contre la paroi latérale 32 juste au-dessous du sommet 33 de la paroi, et l'autre électrode 42, contre la partie centrale 13 au même niveau La partie centrale 13 est rendue étanche à son sommet 17 par une plaque isolante 18 dont dépend le logement 21 à contact coulissant et par l'intermédiaire de laquelle passe la

broche d'entraînement 22.

Les deux électrodes sont reliées en série comme des anodes (positives) par une bande 43, qui passe sur le bord 33 de la cuve 30, descend à l'arrière de

8 2665910

l'électrode 41, longe la paroi extérieure 32, la base 31 et va jusqu'à la partie centrale 13 et jusqu'à l'autre

électrode 42.

Les électrodes sont de préférence en tamis en titane platiné et la bande 43 est également de

préférence en titane platiné.

Le circuit d'électrodéposition est également sous la commande de l'ordinateur, grâce auquel il peut être fermé ou ouvert, et sa tension et son courant peuvent être modifiés L'ordinateur est agencé de manière à compter le temps pendant lequel le courant circule et la valeur du courant en ampères de sorte qu'il peut détecter le moment o une certaine valeur en

ampèreminutes a été atteinte.

Les électrodes sont dimensionnées de manière à s'étendre au-dessus et audessous du niveau des pièces qui seront fixées, lors de l'utilisation, au gabarit, et seront radialement équidistantes, par exemple de 7 à 8

cm des pièces.

Le gabarit 60 comporte un bossage central 61 qui conduit le courant, par exemple en bronze, à partir duquel s'étendent, par exemple, horizontalement, six bras 62 en acier inoxydable; à chacun des bras est solidaire, de préférence verticalement, une branche 63 qui est recouverte d'un revêtement isolant de manière à éviter l'électrodéposition sur son dessus, les bras plongeant dans le bain pendant l'électrodéposition Les parties inférieures des branches 63 sont reliées par un anneau 64 de support de pièce A celui-ci sont connectées de manière conductrice les pièces 65 qui doivent être revêtues, par exemple par une soudure en plomb-étain si le modèle est en plomb-étain En figure 1, les pièces sont des boucles d'oreille représentées de façon schématiquement, et pour simplifier, au nombre de quatre, deux au-dessus de l'anneau (sens dessus dessous)

et deux au-dessous de l'anneau 64 En pratique, celles-

ci sont espacées étroitement les unes des autres autour de l'anneau, leur nombre étant généralement d'une centaine et sont soumises à une électrodéposition simultanée. Les pièces sont des articles métalliques conducteurs, moulés ou façonnés, par exemple en zinc, aluminium ou bronze. Le gabarit 60 comporte un élément élévateur 66 en matériau non conducteur, par exemple en polyproylène Celui-ci est constitué d'un pied ou plaque 67 fixé à la partie supérieure du bossage 61 à partir duquel s'élève une tige 68 qui est évasée à la partie supérieure pour former un cône 69 Le cône peut recevoir un crochet de levage 91 du mécanisme de transfert sans

passage du courant.

Le bossage présente un profil interne qui épouse étroitement celui de la broche 22 ou bien ils doivent être en mesure d'être élevés facilement et régulièrement à partir de la broche Les structures à contact coulissant du type classique, par exemple du type à anneau élastique fendu, sont commodément

utilisées.

L'entraînement positif en rotation est assuré entre le bossage et la broche, par exemple, en ménageant une fente transversale dans la partie supérieure de la broche et en ayant une tige placée en coopération dans le bossage, destinée à se monter avec

jeu dans la fente.

L'électrolyte pendant l'électrodéposition doit être maintenu à une température constante et dans des conditions d'agitation constantes L'enveloppe 1 l renferme donc aussi des éléments chauffants (non représentés) sous la commande de l'ordinateur ainsi qu'un mécanisme pour la mise en circulation de l'électrolyte Celui-ci est constitué de deux conduites de sortie 70 et 71 ou plus, entraînant l'électrolyte à partir de la base 31 de la partie centrale de l'enveloppe extérieure jusqu'à un endroit proche de la partie centrale 13 et en l'introduisant via des filtres 72, 73 et des pompes 74, 75 dans un anneau de distribution 76 monté dans la cuve 30 qui comporte un cercle de trous de sortie 77 dirigés vers le haut et vers l'extérieur et 78 dirigés vers le haut et vers l'intérieur. Les pompes 74 et 75 sont sous la commande de l'ordinateur de sorte qu'on peut faire varier la circulation Les filtres sont de préférence en filé de polypropylène enroulé de manière à éliminer toutes les

particules d'un diamètre supérieur à 1 micromètre.

Pendant l'électrodéposition, le bain s'appauvrira en ingrédients déposés sur les pièces Par

conséquent, le mécanisme d'appoint 120 est prévu Celi-

ci est constitué, par exemple, de deux système d'alimentation séparés et par conséquent est en mesure de faire l'appoint de deux ingrédients ou de deux lots d'ingrédients. Chaque système d'alimentation comporte un réservoir 121 qui procède à une alimentation par gravité par l'intermédiaire d'une conduite 122 débouchant dans

un logement 130 de soupape, contenant une soupape 123.

Celui-ci est relié via une conduite 124 dirigée vers le haut à un cylindre 125 renfermant un piston 127, flottant sur une tige 128 et soumis à l'effet de la gravité Le cylindre 125 est placé entre le réservoir

121 et le logement 130.

Une conduite 131 va du cylindre 125 jusqu'au logement 130 et une seconde soupape 132 alimente une conduite 133 descendant jusqu'à l'enveloppe 11 à

l'extérieur de la cuve 30.

L'ouverture de la soupape 123 permet au liquide de s'écouler sous l'effet de la pesanteur à partir du réservoir pour entrer dans le cylindre 125, entraînant le piston vers le haut La quantité du liquide introduit dans le réservoir dépend de la durée

d'ouverture de la soupape 123.

La soupape 123 est alors fermée et la soupape 132 ouverte Le liquide sort alors du cylindre sous 11 effet du poids du piston 127 par l'intermédiaire des conduites 131 et 133 et de la soupape 132 Là encore, la quantité qui s'écoule dépend du temps pendant lequel la soupape 132 est ouverte Les

deux soupapes sont sous la commande de l'ordinateur.

Le mécanisme 90 de transfert de gabarit comporte un cylindre horizontal 92 ayant un profil externe carré qui contient un piston 93 flottant librement Le cylindre est alimenté via un système de soupape (non représenté) avec l'eau du réseau (par exemple à une pression de 4 bars) (de préférence muni d'un régulateur de pression de manière à égaliser toutes les fluctuations) jusqu'à des orifices d'entrée 95 et 96 à l'une et l'autre extrémité du cylindre Le mécanisme à soupape, sous la commande de l'ordinateur, peut admettre de l'eau dans un orifice, par exemple l'orifice 95, tout en ventilant l'autre orifice 96 de manière à entraîner

le piston 93 vers la cuve 50 et vice-versa.

Le mécanisme de transfert de gabarit comporte également un mécanisme élévateur Celui-ci est constitué d'un cylindre vertical 100 ayant un alésage non cylindrique, par exemple oval, dans lequel un piston apparié (non représenté) est placé La forme non cylindrique donne l'assurance que le piston ne peut se tordre ou tourner dans le cylindre Le piston porte une tige de levage 101 (qui est réglable en longueur au moyen d'une structure à filet 102 et écrou 103) (La tige 101 est représentée interrompue de manière à économiser la place dans la figure) La tige 101 porte un crochet de levage 91 à son extrémité inférieure Ce crochet est une plaque horizontale avec une découpe plus large que la tige 68 de l'élément élévateur 66 mais plus étroite que le cône 69 La découpe s'élargit pour donner

une aire circulaire qui est plus petite que le cône 69.

Cela fournit un support sûr pour le gabarit pendant le transfert entre les cuves mais un désengagement facile

pendant l'électroformage ou la pesée du gabarit.

Le cylindre 100 est monté sur un logement qui se déplace le long de la partie supérieure plate

12 2665910

du cylindre 92, par exemple, sur des roues ou une surface d'appui (non représentée) Le logement 105 est, ou comprend, un aimant (ou peut être aimanté

électriquement) sous la commande de l'ordinateur.

L'attraction magnétique entre le logement 105 et le piston 93 du cylindre 92 est telle qu'elle est suffisante pour que le mouvement du cylindre 92 provoque l'entraînement du mécanisme élévateur portant le gabarit

le long du cylindre 92.

Le cylindre vertical 100 est alimenté via un système à soupape avec l'eau du réseau de la même manière que le cylindre 92 via des orifices 106 et 107, le mécanisme à soupape étant sous la commande de

l'ordinateur comme on l'a déjà décrit.

La cuve de pesée 50 présente une structure similaire à celle de la cuve 10 comportant un récipient extérieur 51 et un récipient intérieur 52, mais celui-ci est constitué d'acier inoxydable La partie centrale intérieure 53 du récipient extérieur est dans ce cas fermée par un chapeau isolant 54 Une balance de précision 55, précise de préférence à 0,01 gramme près, est logée dans la partie centrale à proximité de son extrémité supérieure La balance comporte des câbles de sortie 57 et 58 connectés à l'ordinateur La balance comprend une broche de pesée 56, de la même forme que la broche 22, mais sans le ressort de contact électrique,

qui s'étend à travers le chapeau.

La relation entre la partie supérieure de la broche 56 et le bord supérieur 59 du récipient 52 est la même qu'entre la partie supérieure de la broche 22 et le bord supérieur 33 de la cuve 30 Cela assure que le gabarit est immergé à la même profondeur dans chaque réservoir De manière à faciliter ce contrôle du niveau (ainsi que le contrôle de la vitesse de circulation et le contrôle de sécurité pour les pompes de circulation afin d'arrêter leur fonctionnement à l'état sec), chaque cuve 10 et 50 comporte un capteur 140 et 141 de niveau de liquide ayant deux électrodes qui plongent dans le

13 2665910

liquide entre les cuves extérieure et intérieure La cuve 30 comporte aussi un capteur de température 145

placé à proximité de la partie supérieure de la cuve.

Les capteurs 140, 141 et 145 fournissent des signaux à l'ordinateur qui commandent les éléments chauffants et les pompes dans le but de maintenir les valeurs désirées pour la température et la circulation

du liquide.

La circulation dans la cuve 50 est seulement nécessaire pour assurer qu'il ne s'établit aucune

variation soit de l'intensité soit de la température.

Cela est obtenu en extrayant du liquide de la base de la cuve extérieure via une conduite 150 et en l'introduisant via un filtre 151, une pompe 152 et une conduite 153 pour le ramener régulièrement dans la partie supérieure de la cuve 52 à proximité de son bord 59 Cela assure que le liquide de pesée est maintenu exempt d'impuretés solides La vitesse de circulation

est telle qu'elle ne gène pas la pesée.

La cuve 51 comporte aussi une chemise d'eau , identique à la chemise 12 entourant la cuve 10 Les deux chemises 12 et 155 sont interconnectées comme cela est indiqué en 156 La cuve 50 peut également comporter des éléments chauffants, placés entre l'enveloppe extérieure 51 et la cuve intérieure 52, sous la commande de l'ordinateur, de façon que la température dans la cuve 52 puisse être maintenue identique à celle du

réservoir 30, le cas échéant.

La cuve 10 comporte une couverture 160 en matériau plastique à ouverture, par exemple en matériau dit perspex, présentant un trou circulaire indiqué par les lignes en tirets d'un diamètre légèrement supérieur à celui du gabarit Cela aide à réduire les pertes par évaporation dans la cuve, tout en permettant

l'introduction et la sortie du gabarit.

On décrira maintenant le mode d'utilisation

du dispositif.

Le gabarit étant enlevé, la composition désirée pour l'électrodéposition est placée dans la cuve , les éléments chauffants et les pompes sont mis en marche, et les valeurs désirées pour la température du bain et la vitesse de circulation sont établies dans l'ordinateur qui amène alors le dispositif auxdites

valeurs et les maintient.

Les solutions appropriées d'appoint sont placées dans le réservoir 121 et les calculs nécessaires effectués quant aux volumes d'appoint (et donc quant aux temps d'ouverture des soupapes) et aux fréquences d'addition, et ces valeurs sont entrées dans l'ordinateur. Les valeurs désirées pour la densité du courant destiné aux pièces et la composition devant être déposée sont calculées et les réglages appropriés

du courant sont entrés dans l'ordinateur.

Le degré d'agitation requis et donc la vitesse de rotation du gabarit, les durées de rotation et les laps de temps entre changements du sens de rotation sont décidés et les valeurs entrées dans l'ordinateur. Les pièces sont attachées de manière conductrice au gabarit dans l'orientation appropriée de manière à faciliter le degré nécessaire de l'agitation

dans le bain comme cela est connu dans la technique.

L'aire de la surface des pièces est déduite par une analyse relative à des formes ayant des aires connues pour les surfaces, et l'augmentation de l'aire de la surface pour une épaisseur donnée du dépôt est calculée. Un premier gabarit de pièces ayant l'aire de la surface ainsi déduite et une pièce de référence ayant une aire mesurable avec précision peuvent alors être comparés par électrodéposition dans le même bain Le gabarit de pièces est tout d'abord pesé dans l'air sans la pièce de référence, laquelle est pesée dans l'air et est alors fixée, et le gabarit est de nouveau pesé Le gabarit est alors soumis au revêtement, puis est alors pesé La pièce de référence ayant une aire connue est alors détachée et pesée dans l'air et son poids est de

nouveau calculé comme s'il était mesuré dans le liquide.

Le gabarit est alors pesé dans le liquide On connaît alors le poids du dépôt de densité connue et l'aire précise de la surface, et le poids du dépôt sur les pièces ayant une aire inconnue Les compositions du dépôt sont les mêmes et en supposant la même épaisseur dudit dépôt sur la référence et sur les pièces, on peut

calculer avec précision l'aire de la surface des pièces.

Lorsque des compositions d'alliage sont déposées, par exemple des dépôts connus d'or, de cuivre, de cadmium ou d'or, de cuivre, le technicien aural'expérience de la relation entre le rendement de l'électrodéposition et donc la valeur en carats et l'inverse de la densité de courant qui sera une droite pour la zone des faibles densités de courant plutôt que des densités élevées Le rendement est le poids du dépôt en milligrammes divisé par les ampèreminutes nécessaires pour produire le dépôt A partir de cette relation, on peut choisir une densité de courant appropriée pour la valeur désirée en carats Connaissant l'aire de la

surface, on peut alors sélectionner le courant.

Le rendement de l'électrodéposition pour de tels alliages dépend beaucoup de facteurs tels que la température et l'agitation Par conséquent, pour un montage nouveau ou pour des conditions différentes, l'électrodéposition est le mieux exécutée initialement avec des pièces ayant une aire connue et la densité du courant est modifiée de façon précise par étapes, de manière à produire des rendements différents, connus avec précision pour l'électrodéposition, à partir des valeurs du poids mesuré avec précision du dépôt et des ampèreminutes Le rendement peut alors être lié à la

composition du dépôt par l'analyse des dépôts.

L'utilisateur est donc dans la situation o il connaît la densité de courant qui sera nécessaire pour obtenir un rendement donné et donc la valeur en carats avec un montage donné de la configuration du bain, la composition de l'électrolyte et la température et connaîtra également avec précision l'aire de la surface des pièces et l'augmentation de l'aire de la surface pour une épaisseur donnée du dépôt Il peut ainsi établir avec précision la densité du courant à

chaque stade.

Lorsqu'on a besoin d'un dépôt ayant une épaisseur et une composition désirées, la pratique classique a consisté à revêtir les pièces dans un certain nombre de stades et de peser les pièces après séchage entre chaque stade L'opérateur entre aussi le nombre des étapes d'électrodéposition devant être utilisées Le rendement du courant et donc la valeur en carats sont calculés à partir de l'augmentation du poids du dépôt et des ampèreminutes totaux fournis au stade de l'électrodéposition L'ordinateur calcule aussi l'augmentation de l'aire de la surface à partir du poids déposé et l'augmentation de l'aire attendue pour une épaisseur donnée du dépôt L'ordinateur ajuste alors le courant pour obtenir la densité de courant nécessaire pour le stade suivant Le premier stade sera généralement effectué pour donner une valeur plus faible en carats que la valeur-cible, et le stade suivant sera alors exécuté pour donner une valeur supérieure à la valeur- cible A partir de ces deux valeurs, la ligne appropriée pour les conditions particulières de fonctionnement du jour peut être établie et les valeurs

en ampèreminutes, nécessaires pour atteindre la valeur-

cible en carats à la fin de toutes les étapes de dépôt, déduites. Chaque stade est commandé par l'ordinateur, comptant les ampèreminutes et lorsque la valeur nécessaire a été atteinte pour ce stade d'électrodéposition, actionnant le cylindre 100 du mécanisme de transfert de manière à sortir le gabarit du

bain, terminant ainsi le revêtement pour ce stade.

17 2665910

La précision de ce processus par itération dépend étroitement de la précision de la pesée Les pièces qu'on souhaite revêtir présentent souvent des formes qui absorbent l'humidité, rendant difficile leur séchage complet De plus, le processus de séchage nécessite plusieurs étapes de rinçage, par exemple le rinçage du bain de finition, le rinçage à l'eau, le rinçage à l'alcool, le séchage par projection d'air, qui chacune prennent du temps et produisent un effluent De plus, les pièces doivent être correctement humectées avant de recommencer l'électrodéposition et cela nécessite une immersion dans un bain d'agent mouillant, un rinçage à l'eau et un rinçage de finition avant la

nouvelle immersion dans le bain de revêtement.

On a réalisé que si la pesée peut être effectuée sans séchage, on peut obtenir un procédé plus précis et plus rapide Lorsqu'il y a des imprécisions dans la pesée, l'utilisateur ne peut être certain qu'il obtiendra une valeur donnée en carats et donc que ses produits passeront les contrôles avec succès Ainsi, par exemple, pour un produit annoncé comme ayant 18 carats, il doit viser à faire un revêtement à une valeur supérieure à 18 carats, d'o le gaspillage de l'or Plus le procédé est précis, plus il est en mesure d'établir le contenu de son dépôt cible à la valeur qu'il a

établie ou qu'il indique.

Cependant, comme on l'a indiqué ci-dessus, les conditions de l'électrodéposition sont très sensibles aux conditions physiques en plus des conditions chimiques Par conséquent, on minimise les perturbations dues aux conditions de température et d'agitation dans le bain de revêtement en les maintenant constantes dans la mesure du possible, c'est-à-dire en maintenant le chauffage et la circulation de l'électrolyte et son filtrage continuel Cela est obtenu en enlevant le gabarit de la cuve de revêtement et après une période d'égouttage, en le transférant à un bain de pesée dans lequel il est émergé exactement à la même

18 2665910

profondeur La composition du bain est de préférence de l'eau sensiblement pure (qui peut contenir de petites quantités, par exemple 1- 2 ml/75 litres ( 0,00001 à 0,00002 %) de l'agent mouillant utilisé dans le bain de revêtement et des petites quantités, par exemple 1-2 grammes/75 litres ( 0,00001-0,00002 %) du sel conducteur et du cyanure (à titre de biocide) utilisés dans le bain de revêtement) Celui-ci a une densité de 1 et cette valeur est celle qui est entrée dans l'ordinateur Les quantités de l'électrolyte d'électrodéposition entraînées sur le bain de pesée et l'eau ramenée du bain de pesée à l'électrolyte n'auront aucun effet important sur la composition ou la densité du liquide de pesée dans un cycle d'électrodéposition donné L'agent mouillant aide à empêcher la formation de bulles d'air

sur les pièces, ce qui aurait un effet sur la pesée.

L'utilisation d'eau essentiellement pure présente aussi l'avantage d'éviter le renvoi de sel, augmentant la concentration du bain d'électrodéposition comme cela pourrait se produire si un électrolyte de revêtement du

type liquide était utilisé dans le liquide de pesée.

Cela n'est pas pour exclure de tels liquides ou des liquides ayant une concentration intermédiaire en sels de leur utilisation comme liquide de pesée, mais on peut s'attendre à ce que ceux-ci aient un tel inconvénient, nécessitant un contrôle plus soigné de la composition du

bain d'électrodéposition.

Le gabarit est transféré de façon régulière et sans secousses de la cuve 10 à la cuve 50 par le mécanisme 90 de transfert hydraulique Un cycle typique de transfert est le suivant Le gabarit est soulevé verticalement pour être sorti de la cuve 10 et maintenu pour s'égoutter pendant 10-15 secondes Il est alors

transféré au-dessus de la cuve 50 et abaissé juste au-

dessus de la broche 56, la pompe de mise en circulation 152 fonctionnant L'immersion dure 1-2 secondes et est un premier rinçage Le gabarit est soulevé et abaissé alors pour une seconde immersion et un rinçage de 1-2 secondes, et est sorti de la cuve La pompe 152 est arrêtée et la balance 57 remise à zéro Le gabarit est alors abaissé sur la broche 22 et le crochet 91 abaissé au-dessous du cône 69 L'ordinateur vérifie le poids mesuré et continue à le faire jusqu'à ce que la valeur se trouve dans les limites de précision de la balance pendant 1 minute, c'est-à-dire qu'elle diffère de moins de 0,01 g L'ordinateur accepte alors la valeur mesurée pour le poids et calcule le poids dans l'air des pièces à partir de la valeur entrée de la densité du liquide de pesée, donc le poids du dépôt formé dans le cycle

d'électrodéposition précédent.

On a trouvé que ce mécanisme de transfert hydraulique est de loin plus efficace que son équivalent pneumatique Le gabarit peut être abaissé d'une façon beaucoup plus régulière et douce sur la broche 56 de la balance Cela présente les avantages de permettre l'utilisation d'une balance très sensible et d'employer la balance pour établir les lectures séquentielles dans les limites de sa précision d'une façon beaucoup plus

rapide, d'o le raccourcissement du temps du cycle.

L'emploi d'eau comme fluide pressurisé au lieu d'huile évite les problèmes de contamination dans le cas de fuites du mécanisme de transfert L'emploi d'eau à la place d'un bain d'électrolyte évite les problèmes de déposition auto-catalytique qui peuvent se produire dans certains systèmes tels que les systèmes pour l'or, le cuivre, le cadmium qu'on emploie pour les revêtements à 18 carats et au-dessus lorsque la pièce est immergée pendant une durée importante dans l'électrolyte

d'électrodéposition sans circulation de courant.

Comme modification du bain ayant moins la préférence, mais possible, le liquide du bain de pesée peut avoir la même composition que le bain d'électrodéposition Une valeur différente de la densité serait alors utilisée dans le calcul du poids réel du

dépôt dans l'air.

Dans ce cas, il serait probablement préférable de faire circuler les contenus de la cuve extérieure 51 pour les ramener à la cuve extérieure 11 via la conduite 165, la pompe 166 et la conduite 168 (comme représenté en figure 2) et alors pour les renvoyer de nouveau (cela n'est pas représenté) de manière à maintenir constantes la composition et la température sans perturber les conditions dans la cuve intérieure 52 pour la pesée ou la circulation dans la

cuve intérieure 10 pour le revêtement.

L'agencement de la figure 2 peut également être utilisé pour compléter le bain d'électrodéposition avec de l'eau provenant de la cuve 50 en faisant fonctionner la pompe 166 d'une façon appropriée Cela

peut être utilisé pour compenser l'évaporation.

On doit veiller à ne pas utiliser des compositions de bain dans ce mode de réalisation qui seraient à même d'introduire les problèmes du revêtement

auto-catalytique dont il a été question ci-dessus.

On peut utiliser le procédé avec des modèles métalliques pour la pièce comme on l'a mentionné et qui peuvent être, en alliage fusible, polis par vibration et ensuite revêtus de cuivre De tels modèles métalliques peuvent être ultérieurement dissous pour laisser des

formes creuses d'or ayant la valeur établie en carats.

Cependant, le procédé peut avoir aussi des avantages lorsqu'un substrat permanent doit être utilisé qui peut être métallique ou plastique avec une surface conductrice métallisée De plus, on peut utiliser des modèles en cire amovible qui ont reçu une surface métallisée, par exemple en argent, et alors ont été revêtus en métal de base par exemple en cuivre, à faible température, par exemple à 250 C Dès que la forme du cuivre est assez épaisse, on peut enlever la cire et on peut sceller la forme en cuivre Celle-ci peut recevoir

un revêtement en alliage d'or comme on l'a décrit ci-

dessus, et le cuivre peut alors être dissous, laissant

un produit ayant la valeur en carats établie.

21 2665910

Les systèmes à bain d'électrodéposition qui peuvent être utilisés dans le procédé et le dispositif de la présente invention comprennent ceux qui ont été

divulgués dans les brevets suisses nr 556916 et 542934.

Ceux-ci sont des bains de cyanure, de cadmium, de cuivre, d'or contenant des agents de brillantage en oxyalcool, à partir desquels on peut former des dépôts

d'or de 18 carats.

D'autres systèmes qui pourraient être utilisés comprennent l'or, l'argent et l'or, le cuivre,

l'argent et l'or, le cuivre, le zinc.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de

variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

22 2665910

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour l'électrodéposition d'un matériau conducteur sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: monter de manière amovible le substrat dans un premier bain liquide, conducteur, d'électrodéposition ( 10) qui contient le matériau conducteur, maintenir à des conditions sensiblement constantes la température et la circulation du liquide dans le premier bain, faire passer un courant électrique à travers le substrat et le premier bain de manière à déposer le matériau conducteur sur le substrat, transférer périodiquement le substrat à un second bain liquide ( 50), le second bain contenant un liquide de la même composition ou de concentrations inférieures d'ingrédients dissous par rapport au premier bain, peser le substrat lorsqu'il est immergé dans le second bain et calculer à partir de cette pesée le poids dans l'air du matériau conducteur déposé, ramener le substrat au premier bain, et poursuivre l'électrodéposition dans une série de stades d'électrodéposition, faire une pesée dans le liquide et faire une électrodéposition jusqu'à l'établissement du

dépôt désiré.

2 Procédé selon la revendication 1, lorsqu'il est appliqué au dépôt d'un alliage métallique, caractérisé en ce qu'après chaque pesée, il implique les étapes de calcul de la composition du dépôt nécessaire pour le stade d'électrodéposition suivant afin d'obtenir la valeur globale finale désirée pour le dépôt, et de réglage ldu courant d'électrodéposition afin de produire la composition désirée du matériau conducteur déposé lors du stade ultérieur

d'électrodéposition qui peut être le stade final ou non.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est exécuté dans quatre stades ou plus, et le bain d'électrodéposition est aqueux et le second bain liquide ou liquide de pesée est de l'eau sensiblement pure, contenant en option un agent mouillant, par exemple 0,00001 à 0,00005 %, de préférence celui utilisé dans le premier bain ou bain d'électrodéposition, et en option un ou plusieurs des sels conducteurs utilisés dans le bain d'électrodéposition, par exemple 0,00001 à 0,00005 %. 4 Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le liquide du bain de pesée est mis en circulation et le substrat est plongé une ou plusieurs fois dans le liquide alors qu'il est en circulation, la circulation est alors arrêtée et le substrat est pesé de façon répétée jusqu'à ce que la variation de la valeur mesurée soit stable dans les

limites de précision du dispositif de mesure.

Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second bain liquide ou bain de pesée a la même composition et la même concentration que

dans le premier bain ou bain d'électrodéposition.

6 Dispositif pour l'électrodéposition d'un matériau conducteur sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend un premier bain d'électrodéposition ( 10) pour contenir un liquide d'électrodéposition, un moyen ( 60) pour monter de manière amovible un substrat dans le bain, des moyens pour maintenir à des conditions sensiblement constantes la température et la circulation du liquide dans le premier bain, des moyens pour faire passer un courant électrique à travers le substrat dans le premier bain de façon à déposer le matériau conducteur sur le substrat, un second bain ( 50) pour contenir un liquide de pesée et un moyen pour peser le substrat lorsqu'il est immergé dans le liquide de pesée, des moyens ( 60; 90; 100) pour transférer le substrat du premier bain au second bain et pour transférer le

substrat du second bain au premier bain.

7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de transfert sont

entraînés hydrauliquement.

8 Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de transfert comprennent un moyen élévateur vertical ( 60) pour élever le substrat et le faire entrer dans le bain et l'en sortir et un moyen de déplacement transversal ( 90) pour déplacer le moyen élévateur vertical entre le dessus d'un bain et le dessus de l'autre bain. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen élévateur vertical comprend un cylindre avec un alésage ayant une section transversale non cylindrique, dans lequel un piston ayant une section transversale appariée est disposé qui

supporte le moyen élévateur pour le substrat.

Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de déplacement transversal comprend un piston ( 93) dans un cylindre ( 105) qui permet une surface d'appui pour le moyen élévateur vertical, ce moyen élévateur vertical étant destiné à se déplacer le long dudit cylindre, le piston transversal et le moyen élévateur vertical étant accouplés magnétiquement de sorte que le mouvement du piston transversal dans le cylindre provoque un mouvement transversal correspondant du moyen élévateur vertical.