FR3120236A1 - Procédé d’anodisation en ligne de fils d’aluminium - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d’anodisation en ligne d’un fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium, où ledit fil est mis continûment en circulation le long d’une ligne de traitement, qui comprend :- une zone de contact électrique, où le fil en circulation est connecté à la borne positive d’un générateur de courant continu ;- une zone d’anodisation, où le fil en circulation est immergé dans un milieu électrolyte acide, en contact avec au moins une électrode reliée à la borne négative dudit générateur, ce par quoi une couche d’anodisation poreuse se forme continûment sur le fil en circulation ; et- une zone de colmatage, située en aval de la zone d’anodisation, où le fil en circulation est soumis à des conditions induisant une obturation ou une fermeture des porosités présente dans la couche d’anodisation. Figure pour l’abrégé : Figure 1
Description
La présente invention a trait au domaine de la préparation de fils à base d’aluminium anodisé, utiles notamment pour la constitution de câbles pour le transport de l’électricité.
L’aluminium anodisé est un aluminium particulier qui présente en surface une couche particulière, dite couche d’anodisation, à base d’alumine. Typiquement, il s’agit d’une couche d’alumine hydratée, de préférence de boéhmite de formule Al203, nH2O avec n compris entre 1,5 et 2,5. L’aluminium anodisé est obtenu selon une technique particulière, dite d’anodisation de l’aluminium, qui met en œuvre une oxydation contrôlée et électrochimique d’un élément conducteur à base d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium.
Un "alliage d’aluminium", au sens de la présente description, est un alliage métallique comprenant de l’aluminium en association avec d’autres éléments, ce qui inclut notamment les alliages définis dans la Directive Aluminium Association de Washington DC 2086 ou les alliages répondant à la norme européenne EN573. Ces normes définissent plusieurs classes d’alliage d’aluminium présentant les références allant de 1000 à 8000.
L’emploi d’éléments conducteurs à base d’aluminium anodisé pour la constitution de câbles de transport d’électricité est connu. Des exemples d’application de l’aluminium anodisé dans ce cadre sont notamment décrits dans la demandes brevet EP 2 544 190 pour la constitution de câbles de transmission électrique à haute tension résistant à la corrosion, ou bien encore dans la demande de brevet FR 2 977 704 pour des câbles résistant à la chaleur.
Le principe général de l’anodisation d’un conducteur à base d’aluminium ou d’alliage d’aluminium est basé sur l’électrolyse de l’eau. Dans un procédé d’anodisation, le conducteur à base d’aluminium ou d’alliage d’aluminium joue le rôle d’anode dans un système électrolytique : ce conducteur est relié électriquement à la borne positive d’un générateur de courant continu et le conducteur est placé en tout ou partie en contact avec un électrolyte dans lequel plonge une contre-électrode (cathode du système électrolytique) reliée la borne négative dudit générateur de courant continu.
L’électrolyte employé comprend un acide (de préférence de l’acide sulfurique, auquel cas on parle d’une "anodisation sulfurique", mais d’autres acides sont envisageables, comme l’acide phosphorique, l’acide chromique ou encore l’acide oxalique).
Les réactions mises en jeu sont les suivantes :
- à la cathode :2H + + 2e - → H 2
- à l’anode :Al→ 3e - + Al 3 +, puis :2 Al 3+ + 3 H 2 O → Al 2 O 3 + 6 H +
- à la cathode :2H + + 2e - → H 2
- à l’anode :Al→ 3e - + Al 3 +, puis :2 Al 3+ + 3 H 2 O → Al 2 O 3 + 6 H +
Avec l’équation bilan :2 Al + 3 H 2 O → Al 2 O 3 + 3 H 2
Ces réactions provoquent la formation d’une couche isolante d’oxyde d'aluminium sur l’anode, qui serait propre à stopper le processus d’électrolyse en l’absence de l’acide présent dans l’électrolyte. L’acide dissout la couche formée et il en résulte, de façon connue, des sphères équipotentielles qui progressent en produisant des structures hexagonales poreuses.
Le processus d’anodisation dépend du rapport entre la vitesse de dissolution, notée ici Vdissolution ,et la vitesse de dissolution, notée ici Voxydation, comme suit :
si Vdissolution> Voxydation, on obtient un décapage
si Vdissolution= Voxydation, on obtient un polissage électrolytique
si Vdissolution< Voxydation, on obtient une anodisation.
Dans un procédé d’anodisation, on se place donc dans des conditions où Vdissolution< Voxydation .
Lors de l’anodisation, la couche d’oxyde s’élabore à partir de la surface vers le cœur du métal, contrairement à un dépôt électrolytique. La couche d’oxyde obtenue n’est donc pas à proprement parler un revêtement, mais plutôt une couche de surface faisant corps avec le reste du conducteur, ce qui lui confère une très bonne tenue.
Une anodisation est avantageusement suivie par une étape de colmatage. Le colmatage permet l’obturation ou la fermeture des porosités existant dans chaque cellule de la couche d’oxyde obtenue suite au traitement électrolytique. Cette obturation est obtenue par transformation de l’alumine constituant la couche anodique, entraînant une dilatation et donc une fermeture progressive des pores. Cette opération de colmatage est typiquement réalisée en immergeant la couche issue de l’anodisation dans l’eau portée à haute température, typiquement à une température d’au moins 80°C pour favoriser la cinétique de réaction. L’alumine anhydre de la couche formée par anidisation absorbe des molécules d’eau et devient alors une alumine hydratée.
Bien qu’intéressant dans l’absolu, le procédé d’anodisation s’avère limité quant aux dimensions de l’élément en aluminium ou en alliage d’aluminium qu’il permet de traiter.
L’anodisation est typiquement conduite par lot (à savoir selon un mode dit « batch », ou « au trempé »), en immergeant chaque pièce à traiter dans un bain électrolytique dont les dimensions imposent une taille maximale pour les pièces qui peuvent y être anodisées.
Il existe peu de procédés permettant de traiter des pièces de dimension plus importantes que celles du bain électrolytique. Il a été développé des procédés d’anodisation en ligne de rubans ou de bandes d’aluminium, qui emploient typiquement plusieurs bains électrolytiques successifs. Ces procédés, adaptés aux rubans, impliquent des conditions spécifiques qui ne sont pas transposables à d’autres géométries.
Un but de la présente invention est de fournir une méthode permettant l’anodisation de fils d’aluminium ou d’alliage d’aluminium de grande longueur, ayant par exemple des longueurs supérieures à 3000 m, du type de ceux nécessaires pour la constitution de câbles de transport de courant.
A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention a pour objet un procédé d’anodisation en ligne d’un fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium, où ledit fil est mis continûment en circulation le long d’une ligne de traitement, depuis une entrée de ladite ligne vers une sortie de ladite ligne, et où ladite ligne comprend au moins les zones suivantes, entre cette entrée et cette sortie :
-une zone de contact électrique, où le fil en circulation est relié électriquement à la borne positive d’un générateur de courant continu ;
-une zone d’anodisation, dans laquelle le fil en circulation est immergé dans un milieu électrolyte acide, ledit milieu électrolyte étant par ailleurs en contact avec au moins une électrode reliée à la borne négative dudit générateur, ce par quoi une couche d’anodisation poreuse se forme continûment sur le fil en circulation ; et
-un e zone de colmatage, située en aval de la zone d’anodisation, au sein duquel le fil en circulation est soumis à des conditions induisant une obturation ou une fermeture des porosités présente dans la couche d’anodisation obtenue en amont dans la zone d’anodisation.
-une zone de contact électrique, où le fil en circulation est relié électriquement à la borne positive d’un générateur de courant continu ;
-une zone d’anodisation, dans laquelle le fil en circulation est immergé dans un milieu électrolyte acide, ledit milieu électrolyte étant par ailleurs en contact avec au moins une électrode reliée à la borne négative dudit générateur, ce par quoi une couche d’anodisation poreuse se forme continûment sur le fil en circulation ; et
-un e zone de colmatage, située en aval de la zone d’anodisation, au sein duquel le fil en circulation est soumis à des conditions induisant une obturation ou une fermeture des porosités présente dans la couche d’anodisation obtenue en amont dans la zone d’anodisation.
Selon un autre aspect, la présente invention a pour objet la ligne de traitement employée dans le cadre du procédé précité, qui comprend :
- une entrée permettant l’introduction d’un fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium, typiquement depuis une bobine ou un dispositif de stockage similaire ; et
- une sortie permettant de récupérer le fil après son traitement d’anodisation (typiquement en vue d’être enroulé sur une bobine ou un dispositif de stockage similaire, ou bien alternativement pour être employé directement sur le site de traitement pour la constitution d’un câble) ;
et, entre cette entrée et cette sortie, au moins les zones suivantes :
- une zone de contact électrique munies de moyens permettant de relier électriquement le fil en circulation à la borne positive d’un générateur de courant continu ;
- une zone d’anodisation, comprenant des moyens d’immersion du fil en circulation dans un milieu électrolyte acide, ledit milieu électrolyte étant en contact avec au moins une électrode reliée à la borne négative dudit générateur; et
- une zone de colmatage, située en aval de la zone d’anodisation, munie de moyens assurant des conditions induisant une obturation ou une fermeture des porosités présente dans la couche d’anodisation.
- une entrée permettant l’introduction d’un fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium, typiquement depuis une bobine ou un dispositif de stockage similaire ; et
- une sortie permettant de récupérer le fil après son traitement d’anodisation (typiquement en vue d’être enroulé sur une bobine ou un dispositif de stockage similaire, ou bien alternativement pour être employé directement sur le site de traitement pour la constitution d’un câble) ;
et, entre cette entrée et cette sortie, au moins les zones suivantes :
- une zone de contact électrique munies de moyens permettant de relier électriquement le fil en circulation à la borne positive d’un générateur de courant continu ;
- une zone d’anodisation, comprenant des moyens d’immersion du fil en circulation dans un milieu électrolyte acide, ledit milieu électrolyte étant en contact avec au moins une électrode reliée à la borne négative dudit générateur; et
- une zone de colmatage, située en aval de la zone d’anodisation, munie de moyens assurant des conditions induisant une obturation ou une fermeture des porosités présente dans la couche d’anodisation.
Par « fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium », on entend, au sens de la présente description, un élément conducteur cylindrique allongé, comprenant, au moins en surface, de l’aluminium ou un alliage d’aluminium, notamment du type précité. Typiquement le fil est totalement constitué par de l’aluminium ou un alliage d’aluminium, de la surface jusqu’au cœur. La notion de « fil » s’entend ici dans son acception la plus usuelle et vise des éléments conducteurs typiquement issus d’opération de tréfilage ayant une section sensiblement isotrope, par opposition aux bandes où rubans, typiquement issus d’opération de laminage, et dont la section est très fortement anisotrope. Un fil d’aluminium traité selon l’invention a typiquement une section sensiblement circulaire, qui est une géométrie privilégiée dans le procédé d’anodisation de l’invention, une telle section circulaire permettant en effet une anodisation particulièrement efficace et homogène, notamment de par l’inhibition des effets de pointes observés avec d’autres géométrie.
Les expressions « en amont » et « en aval » telles qu’employées dans la présente description sont faites en référence à la circulation du fil, qui se fait depuis l’entrée de la ligne vers sa sortie. Une première zone A de la ligne est dite « en aval » d’une seconde zone B si ladite première zone A se situe entre la seconde zone B et la sortie. A l’inverse, la première zone A est dite « en amont » de la seconde zone B si cette première zone A se situe entre l’entrée et la seconde zone B.
Contrairement aux procédés de type « au trempé » (« batch ») précités, qui ne permettent que l’anodisation de pièces de dimensions inférieures à celles du bain d’électrolyse qu’elles emploient, le procédé de l’invention n’induit pas de limitation de ce type. Au contraire, selon l’invention, la ligne de traitement a une longueur totale inférieure à la longueur totale du fil qui y est mis en circulation, et, en particulier, la zone d’anodisation a une longueur qui est typiquement inférieure à celle du fil qui y est traité. En d’autres termes, selon l’invention, les dimensions de la ligne de traitement ne limitent pas la longueur du fil à traiter, qui peut donc être aussi long que souhaité. Le procédé de l’invention s’avère dès lors particulièrement bien adapté pour la fabrication de fils anodisés sur toute leur longueur utiles en particulier pour la constitutions de câbles de transport d’électricité.
Les fils anodisés de grande longueur qu’on peut obtenir selon l’invention, qui présentent entre autres avantage le fait d’avoir des tailles bien supérieures à celles qu’on peut obtenir selon les techniques « au trempé » constituent un autre objet de la présente invention. Ces fils anodisés ont typiquement des dimensions supérieures ou égales à 50 m, et généralement bien supérieures par exemple comprises entre 3000 et 10000 m.
Le procédé de l’invention permet d’obtenir, y compris sur de très grandes longueurs des couches d’anodisation particulièrement homogènes, et ce avec un contrôle de l’épaisseur de la couche formée.
L’épaisseur de la couche d’anodisation peut être modulée très aisément : cette épaisseur est en effet proportionnelle à la longueur de la zone d’anodisation et à l’intensité du courant employé lors de l’anodisation et inversement proportionnelle à la vitesse de circulation du fil. Ainsi, sur une ligne donnée, l’épaisseur pourra être modulée en augmentant ou en réduisant l’intensité du courant (ou au besoin en augmentant ou en réduisant la vitesse de circulation du fil). Au contraire au moment de la conception d’une ligne d’anodisation, le dimensionnement de la zone d’anodisation sera avantageusement opéré en tenant compte des générateurs de courant continu à disposition, de la vitesse de circulation visée et des épaisseurs souhaitées pour la couche d’anodisation.
Bien que le procédé de l’invention permette de moduler en une très grande mesure l’épaisseur obtenue pour la couche d’anodisation, le procédé est en pratique le plus souvent mis en œuvre pour former des couches d’anodisation d’épaisseur supérieure ou égale à 5 µm, préférentiellement supérieure ou égale à 6 µm, et plus avantageusement encore supérieure ou égale à 8 µm. Notamment pour des raisons de coûts, il n’est généralement pas nécessaire que l’épaisseur de la couche excède 20 µm. Ainsi, selon des modes de réalisations intéressants, le procédé de l’invention peut par exemple être utilisé pour préparer des câbles recouverts par une couche d’anodisation ayant une épaisseur allant de de 6 à 15 µm, et en particulier de 8 à 12 µm (bornes incluses).
L’épaisseur de la couche d’anodisation à laquelle il est fait référence ci-dessus peut notamment être mesurée en coupe transversale et observée par microscopie optique selon la méthode décrite dans la norme ISO 1436.
Par rapport aux procédés « au trempé », le procédé de l’invention présente par ailleurs l’intérêt de nécessiter une durée d’anodisation plus courte, notamment du fait de la mise en circulation du fil. L’obtention de fil de longueurs très importante est de ce fait envisageable à des vitesses de défilement élevées et avec des compacités acceptables, ce qui autorise une mise en œuvre industrielle dans des conditions de rentabilité intéressante.
Le procédé présente par ailleurs un autre intérêt, à savoir qu’il ne nécessite qu’une seule zone d’anodisation dans la ligne de traitement, et non une succession de plusieurs zones d’anodisation, comme c’est généralement le cas pour les procédés en lignes d’anodisation en ligne de ruban. Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux (notamment en termes de compacité de l’installation), la ligne de traitement comporte une seule zone d’anodisation (et non plusieurs zones d’anodisation successives).
De préférence, le fil soumis à l’anodisation selon l’invention présente un état de surface optimisant son anodisation. A cet effet, il est préférable que, préalablement à l’anodisation conduite dans la zone d’anodisation, le fil soit soumis à un prétraitement de surface. De ce fait, selon un mode de réalisation particulier, la ligne de traitement employée selon l’invention comporte avantageusement, en plus des zones précitées, une zone de prétraitement de la surface du fil située en amont de la zone d’anodisation.
Cette zone de prétraitement comporte de préférence :
- une zone Z1 de dégraissage-décapage ;
- de préférence une zone de premier rinçage Z2, située en aval de la zone de dégraissage Z1;
- une zone Z3 de neutralisation de la surface du fil, située en aval de la zone de dégraissage Z1 et le cas échéant en aval de la première zone de rinçage Z2;
- de préférence une zone de deuxième rinçage Z4, située en aval de la zone Z3 de neutralisation de la surface du fil.
- une zone Z1 de dégraissage-décapage ;
- de préférence une zone de premier rinçage Z2, située en aval de la zone de dégraissage Z1;
- une zone Z3 de neutralisation de la surface du fil, située en aval de la zone de dégraissage Z1 et le cas échéant en aval de la première zone de rinçage Z2;
- de préférence une zone de deuxième rinçage Z4, située en aval de la zone Z3 de neutralisation de la surface du fil.
Par ailleurs, il est préférable que la ligne de traitement comprenne, entre les étapes d’anodisation et de colmatage, une zone Z5 de troisième rinçage, assurant le rinçage de la surface du fil à l’issue de l’anodisation.
De même, il est préférable que la ligne de traitement comprenne, en aval de la zone de colmatage, une zone Z6 de quatrième rinçage de la surface du fil à l’issue du processus de colmatage.
Ainsi, la ligne de traitement utile selon comprend typiquement, entre l’entrée et la sortie :
- au moins une zone de mise en contact électrique ; et
- les zones suivantes, dans cet ordre en allant de la zone la plus en amont à la zone la plus en aval :
- une zone Z1 de dégraissage-décapage (optionnelle mais recommandée) ; puis
- une zone Z2 de premier rinçage (optionnelle mais recommandée); puis
- une zone Z3 de neutralisation (optionnelle mais fortement recommandée) ; puis
- une zone Z4 de deuxième rinçage (optionnelle mais recommandée)
- la zone d’anodisation, de préférence à titre d’unique zone d’anodisation
- sous courant en milieu électrolytique acide, de préférence dans un milieu à base d’acide sulfurique,
- une zone Z5 de troisième rinçage (fortement recommandée)
- la zone de colmatage
- une zone Z6 de quatrième rinçage (optionnel mais recommandé)
- au moins une zone de mise en contact électrique ; et
- les zones suivantes, dans cet ordre en allant de la zone la plus en amont à la zone la plus en aval :
- une zone Z1 de dégraissage-décapage (optionnelle mais recommandée) ; puis
- une zone Z2 de premier rinçage (optionnelle mais recommandée); puis
- une zone Z3 de neutralisation (optionnelle mais fortement recommandée) ; puis
- une zone Z4 de deuxième rinçage (optionnelle mais recommandée)
- la zone d’anodisation, de préférence à titre d’unique zone d’anodisation
- sous courant en milieu électrolytique acide, de préférence dans un milieu à base d’acide sulfurique,
- une zone Z5 de troisième rinçage (fortement recommandée)
- la zone de colmatage
- une zone Z6 de quatrième rinçage (optionnel mais recommandé)
Différents aspects et modes de réalisations possible de l’invention sont décrits plus en détails ci-après.
La zone de contact
électrique
Pour pouvoir réalisation l’anodisation dans la zone d’anodisation, le fil en circulation doit être relié électriquement à la borne positive d’un générateur de courant continu. A cet effet, la ligne de traitement comporte, au niveau d’au moins une zone dite « zone de contact électrique » des moyens permettant la mise en contact électrique du fil avec la borne positive du générateur de courant continu. Typiquement, la ligne de traitement comprend au moins une zone de mise en contact en amont de la zone d’anodisation, par exemple immédiatement en amont de la zone d’anodisation. Notamment pour des applications où le fil est mis en circulation à vitesse élevée, il peut s’avérer préférable que la ligne de traitement comporte plusieurs zones de mise en contact électrique (qui peuvent être à la fois en amont en en aval de la zone d’anodisation, avec de préférence au moins une zone de mise ne contact électrique en amont).
La mise en contact électrique du fil et de la borne positive du générateur de courant continu peut être effectuée selon tout moyen connu en soi. A titre d’exemple, la mise en contact peut notamment être effectuée en reliant à la borne positive du générateur à l’axe métallique d’une poulie métallique ou d’une roue métallique en contact avec le fil.
Tout autre type de dispositif assurant un contact électrique entre la borne positive du générateur et le fil peut être alternativement employé dans la zone de contact électrique (ou le cas échéant dans chacune des zones de contact électriques, les moyens de mise en contact électrique pouvant alors éventuellement différer selon la zone).
La zone d’anodisation
La zone d’anodisation est une zone où le fil en circulation (reliée électriquement à la borne négative du générateur de courant continu via la zone de mise en contact électrique) est employé à titre d’anode au sein d’un processus d’anodisation. A cet effet, dans la zone d’anodisation, le fil est immergé dans un électrolyte en contact avec une contre-électrode (cathode) reliée électriquement à la borne négative du générateur de courant continu.
La zone d’anodisation est typiquement un module comprenant un récipient allongé contenant l’électrolyte muni d’une entrée et d’une sortie du fil. Typiquement la zone d’anodisation peut comprendre une goulotte (ou une canalisation cylindrique) munie d’un presse étoupe à chacune de ses deux extrémités, et dans laquelle est placée un bain d’électrolyte, le fil rentrant par un des presse étoupes et ressortant par l’autre en baignant intermédiairement dans l’électrolyte.
Avantageusement l’électrolyte employé dans la zone d’anodisation est renouvelé en permanence. A cet effet, la zone d’anodisation peut typiquement être munie d’un dispositif de trop plein : l’électrolyte peut typiquement être introduit en continu dans la zone d’anodisation depuis un réservoir muni d’une pompe injectant l’électrolyte dans la zone d’anodisation (typiquement dans la goulotte ou la canalisation) munie d’un système de débordement permettant d’évacuer le trop plein d’électrolyte hors de la zone d’anodisation (ce trop plein étant typiquement recyclé vers le réservoir d’électrolyte). Ce mode de réalisation permet de conserver en permanence le même volume d’électrolyte et une composition sensiblement constante de l’électrolyte au sein de la zone d’anodisation, ce qui là encore optimise l’homogénéité de la couche d’anodisation.
L’électrolyte de la zone d’anodisation comprend un acide, de préférence de l’acide sulfurique ce qui correspond à une anodisation dite "anodisation sulfurique" (bien que d’autres acides soient envisageables, comme l’acide phosphorique, l’acide chromique ou encore l’acide oxalique).
La cathode est en contact avec l’électrolyte mais non en contact direct avec le fil qui y circule. Cette cathode peut notamment être en plomb (inerte au milieu), ou bien alternativement en aluminium ou en acier inoxydable. Notamment de façon à obtenir une couche d’anodisation la plus homogène possible, il est préférable que le fil soit idéalement placé à équidistance de tous les points de la surface de la cathode. Pour ce faire, on peut utiliser des cathodes planes parallèles à l’axe du fil, ou bien, selon un mode intéressant, des cathodes planes repliées en forme de U, en faisant circuler le fil entre les barres du U à équidistance du fond du U et des plaques latérales.
Dans la zone d’anodisation, la température est typiquement comprise entre 30 et 35°C. A noter que cette température est plus élevée que les températures habituellement préconisées notamment dans le cadre des procédé d’anodisation « au trempé », où il est connu qu’un maintien de températures plus faibles est requis, typiquement inférieures à 20°C, voire 15°C. Cette différence de conditions de température constitue un autre avantage du procédé de l’invention, qui ne nécessite pas de moyens refroidissement de la zone d’anodisation.
La longueur de la zone d’anodisation dépend de l’épaisseur recherchée pour la couche d’anodisation. Typiquement, elle est de l’ordre de 15 m pour une vitesse de défilement du câble de 12 m/min et une épaisseur recherchée pour la couche de 8 à 12 microns.
La zone de colmatage
Le colmatage opéré dans la zone de colmatage permet l’obturation ou la fermeture, des porosités existant dans chaque cellule de la couche d’oxyde. Cette obturation est obtenue par transformation de l’alumine constituant la couche anodique, entraînant une dilatation et donc une fermeture progressive des pores.
Cette opération de colmatage est typiquement réalisée en immergeant le fil issue de l’anodisation dans de l’eau portée à haute température, typiquement au moins 80°C (typiquement de l’eau osmosée présentant une température supérieure à 80°C) pour favoriser la cinétique de réaction. L’alumine anhydre de la couche formée dans l’étape (E) absorbe des molécules d’eau et devient une alumine hydratée, typiquement de type boéhmite.
La zone de colmatage peut typiquement être un module similaire à celui décrit ci-dessus pour la zone d’anodisation et qui en diffère par l’absence de contre-électrode. Ce module comprenant typiquement un récipient allongé contenant l’eau portée à haute température, muni d’une entrée et d’une sortie du fil. Typiquement un module adapté à titre de zone de colmatage comprend une goulotte (ou une canalisation cylindrique) munie d’un presse étoupe à chacune de ses deux extrémités, et dans laquelle est placée l’eau à haute température (le module est avantageusement muni de moyens de chauffage et/ou est alimenté par un réservoir d’eau portée à haute température), le fil rentrant par un des presse étoupes et ressortant par l’autre en baignant intermédiairement dans l’eau portée à haute température.
Typiquement dans le procédé de l’invention, le temps de séjour du fil dans la zone de colmatage est sensiblement la même que le temps de séjour du fil dans la zone d’anodisation. En d’autres termes la zone d’anodisation et la zone de colmatage ont typiquement les mêmes longueurs. Le procédé diffère en cela à nouveau des procédés décrits pour l’anodisation de ruban, pour lesquels il est préconisé un temps de colmatage plus important que le temps d’anodisation.
La zone Z1 de dégraissage-décapage
Cette zone est le plus souvent souhaitable car, pour la plupart, les fils utilisables à titre de conducteur de neutre sont commercialisés avec un film de graisse sur leur surface, généralement lié à leur procédé de préparation de tréfilage.
Le dégraissage et le décapage de la zone Z1 peut notamment être effectuée par voie chimique, éventuellement assistée par voie électrolytique. Les opérations de dégraissage ont pour but d’éliminer les différents corps et particules contenus dans les graisses tandis que l’opération de décapage sert à éliminer les oxydes présents sur la surface. Il existe plusieurs méthodes de décapage : chimique, électrolytique ou mécanique, bien connues de l’homme du métier. Le décapage chimique consiste à éliminer les oxydes par dissolution, voir éclatement de la couche, sans attaquer le métal sous-jacent. Pour le dégraissage/décapage, il est possible par exemple d’utiliser une solution industrielle à 45ml/L de GARDOCLEAN® (disponible auprès de la Société CHEMETALL). La solution est essentiellement composée de soude (environ 30g/L à 45ml/L) et de tensio-actifs.
Là encore, la zone de dégraissage-décapage peut être un module du même type que celui décrit notamment pour la zone de colmatage, à savoir comprenant une goulotte (ou une canalisation cylindrique) munie d’un presse étoupe à chacune de ses deux extrémités, le fil rentrant par un des presse étoupes et ressortant par l’autre en baignant intermédiairement dans un milieu du type précité, assurant le dégraissage-décapage.
La zone Z3 de neutralisation
Lorsqu’elle est employée (ce qui est fortement préconisé), la neutralisation opérée du fil opérée dans la zone Z3 permet de ne pas polluer le bain de la zone d’anodisation. De plus, la neutralisation permet d’éliminer certaines traces d’oxydes résiduels qui pourraient sinon nuire à l’anodisation. Cette étape se fait généralement dans un bain comprenant un acide (de type acide nitrique ou sulfurique par exemple), et avantageusement dans un milieu similaire ou identique au bain d’anodisation mais dépourvu de contre-électrode. Une solution d’acide sulfurique H2SO4à 200g/L à température ambiante permet typiquement d’éliminer les éventuels résidus de soude liés au dégraissage. La neutralisation permet avantageusement de mettre la surface de l’aluminium au même pH que le bain anodique.
La zone de neutralisation peut elle aussi être un module du même type que celui décrit notamment pour la zone de colmatage, à savoir comprenant une goulotte (ou une canalisation cylindrique) munie d’un presse étoupe à chacune de ses deux extrémités, le fil rentrant par un des presse étoupes et ressortant par l’autre en baignant intermédiairement dans un milieu du type précité, assurant la neutralisation.
Les zones de rinçage
Chacune des zone de rinçage Z2, Z4, Z5 et Z6, lorsqu’elles sont présentes peuvent être des modules de rinçage en cascade, qui peut typiquement employer de l’eau osmosé. Le rinçage en cascade permet un rinçage en ligne particulièrement rapide et efficace et il permet de limiter la consommation d’eau.
Description des dessins
Les dessins annexés illustrent des modes de réalisation possible de l’invention :
Seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'exposé ont été représentés de manière schématique sur ces figures, sans respect de l'échelle.
Le schéma de la représente une ligne de traitement 1 selon l’invention, permettant le traitement d’un fil 2 qui est un fil en aluminium ou en alliage d’aluminium.
Cette ligne comprend une entrée 10, par laquelle le fil 2, dévidé à partir d’une bobine 15, est introduit dans la ligne de traitement. Le fil est ensuite mis en circulation le long de ladite ligne de traitement. Il traverse d’abord un premier module 20 de dégraissage-décapage, puis, en aval de ce premier module, un premier dispositif de rinçage en cascade 25, et ensuite un module de neutralisation 30, puis un deuxième dispositif de rinçage en cascade 35, avant de parvenir à une zone d’anodisation 40.
Le fil anodisé poursuit alors son cheminement le long de la ligne de traitement en traversant un troisième dispositif de rinçage 45, puis il parvient à un module de colmatage 50 à l’issue duquel il rejoint un quatrième et dernier dispositif de rinçage en cascade 55, avant de sortir de la ligne par la sortie 60 pour être enroulé sous la forme d’une bobine 65.
Le module 20 correspond à une zone Z1 de dégraissage-décapage selon l’invention.
Le module 30 correspond à une zone Z3 de neutralisation selon l’invention.
Le module 40 correspond à une zone d’anodisation selon l’invention. Elle est unique sur la ligne de traitement représentée, ce qui correspond à un mode de réalisation préférentiel de l’invention.
Le module 50 correspond à une zone de colmatage selon l’invention.
Les dispositifs 25, 35, 45 et 55 correspondent respectivement à des zone de rinçage Z2, Z4, Z5 et Z6 selon l’invention.
La zone de mise en contact électrique n’est pas représentée sur la , elle est de préférence en amont du module 40, typiquement entre le dispositif 35 et le module 40. La ligne peut comprendre plusieurs autres zone de mise en contact, en amont et/ou en aval du module 40.
Le schéma de la illustre par ailleurs les possibilités de compacité lié à l’emploi de modules successifs autorisé par l’invention. La ligne étant segmentée en modules successifs, il est possible d’en adapter le tracé, ici en introduisant un demi tour au moyen des roues 70 et 75.
La représente un module 100 qui peut être employé notamment à titre de modules 20, 30 et 50 sur la ligne de traitement de la , et plus généralement pour les zones Z1, Z3 et pour la zone de colmatage selon l’invention.
Ce module comprend une entrée 110 pour le fil 2viaun presse étoupe 120, qui permet au fil de parvenir au sein d’une goulotte 130 dont le presse étoupe obture une première extrémité (la goulotte 130 est artificiellement représentée transparente sur le schéma pour permettre d’en voir l’intérieur). Le fil passe ensuite à travers un second presse étoupe 140 obturant l’autre extrémité de la goulotte pour sortir du module par la sortie 150.
En fonctionnement, la goulotte est remplie de liquide (typiquement avec une alimentation en continu au moyen d’un dispositif de débordement, non représenté, ce qui assure un volume et une composition constante) où le fil se retrouve immergé.
La est un module d’anodisation 200 utilisable selon l’invention, notamment à titre de module 40 dans la ligne de traitement de la .
Ce module comprend une entrée 210 pour le fil 2viaun presse étoupe 220, qui permet au fil de parvenir au sein d’une goulotte 230 dont le presse étoupe obture une première extrémité (la goulotte 230 est là encore artificiellement représentée transparente sur le schéma pour permettre d’en voir l’intérieur). Le fil passe ensuite à travers un second presse étoupe 240 obturant l’autre extrémité de la goulotte pour sortir du module par la sortie 250.
Par rapport au module 100 de la , le module 200 comporte en outre des électrodes 260 ayant la forme de plaques repliées en U (trois sur la figure, qui, mises bout à bout, couvre la totalité du fond de la goulotte 230, au milieu desquelles circule le fil. En fonctionnement la goulotte est remplie d’électrolyte acide (typiquement avec une alimentation en continu au moyen d’un dispositif de débordement non représenté ce qui assure un volume et une composition constante) où le fil se retrouve immergé ce qui permet son anodisation.
Claims (10)
- Procédé d’anodisation en ligne d’un fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium, où ledit fil est mis continûment en circulation le long d’une ligne de traitement (1) , depuis une entrée (10) de ladite ligne vers une sortie (60) de ladite ligne, et où ladite ligne comprend au moins les zones suivantes, entre cette entrée et cette sortie :
- une zone de contact électrique, où le fil en circulation est relié électriquement à la borne positive d’un générateur de courant continu ;
- une zone d’anodisation (40), dans laquelle le fil en circulation est immergé dans un milieu électrolyte acide, ledit milieu électrolyte étant par ailleurs en contact avec au moins une électrode reliée à la borne négative dudit générateur, ce par quoi une couche d’anodisation poreuse se forme continûment sur le fil en circulation ; et
- une zone de colmatage (50), située en aval de la zone d’anodisation, au sein duquel le fil en circulation est soumis à des conditions induisant une obturation ou une fermeture des porosités présente dans la couche d’anodisation obtenue en amont dans la zone d’anodisation. - Procédé selon la revendication 1 où la zone d’anodisation (40) a une longueur qui est inférieure à celle du fil qui y est traité.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, où la ligne de traitement comporte une seule zone d’anodisation (40).
- Procédé selon l’une des revendication 1 à 3, où la ligne de traitement comporte une zone de prétraitement (20, 25, 30, 35) de la surface du fil en amont de la zone d’anodisation.
- Procédé selon l’une des revendication 1 à 4, où la ligne de traitement comporte entre l’entrée et la sortie :
- au moins une zone de mise en contact électrique ; et
- les zones suivantes, dans cet ordre en allant de la zone la plus en amont à la zone la plus en aval :
- une zone Z1 de dégraissage-décapage (20) ; puis
- une zone Z2 de premier rinçage (25) ; puis
- une zone Z3 de neutralisation (30) ; puis
- une zone Z4 de deuxième rinçage (35)
- la zone d’anodisation (40)
- une zone Z5 de troisième rinçage (45)
- la zone de colmatage (50)
- une zone Z6 de quatrième rinçage (55) - Procédé selon l’une des revendication 1 à 5, où la température dans la zone d’anodisation (40) est comprise entre 30 et 35°C.
- Procédé selon l’une des revendication 1 à 6, où la zone d’anodisation (40) et la zone de colmatage (50) ont les mêmes longueurs
- Ligne de traitement adapté à la mise en œuvre du procédé des revendications précédentes, qui comprend :
- une entrée (10) permettant l’introduction d’un fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium ; et
- une sortie (60) permettant de récupérer le fil après son traitement d’anodisation;
et, entre cette entrée et cette sortie, au moins les zones suivantes :
- une zone de contact électrique munies de moyens permettant de relier électriquement le fil en circulation à la borne positive d’un générateur de courant continu ;
- une zone d’anodisation (40), comprenant des moyens d’immersion du fil en circulation dans un milieu électrolyte acide, ledit milieu électrolyte étant en contact avec au moins une électrode reliée à la borne négative dudit générateur; et
- une zone de colmatage (50), située en aval de la zone d’anodisation, munie de moyens assurant des conditions induisant une obturation ou une fermeture des porosités présente dans la couche d’anodisation. - Fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium anodisé susceptible d’être obtenu selon le procédé de l’une des revendications 1 à 6.
- Fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium anodisé selon la revendication 9, de longueur supérieure à 50 m.
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