LU85358A1 - Dispositif pour le traitement electrolytique de rubans metalliques - Google Patents

Description

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DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT ELECTROLYTIQUE DE RUBANS

METALLIQUES.

La présente invention concerne un dispositif pour le traitement êlectrolytique de rubans métalliques et a 05 trait, plus précisément, à une cellule pour le traitement êlectrolytique et pour le dépôt sur des rubans métalliques, par exemple des rubans d'acier, de revêtements métalliques et/ou non métalliques.

Il existe une tendance universellement reconnue, 10 due essentiellement à la nécessité d'augmenter la vie utile de produits en ruban métallique, particulièrement en acier, de produire des rubans revêtus sur une surface ou sur les deux surfaces au moyen de métaux, d'alliages ou de composés de métaux afin de protéger le ruban - et 15 donc le produit à partir duquel il est fabriqué - contre la corrosion. Ces revêtements peuvent être produits essentiellement de deux manières, à savoir par immersion du ruban dans un bain de métal ou d'alliage en fusion ou par voie êlectrolytique.

20 Chacune de ces techniques de revêtement présente des avantages et des inconvénients. Le placage électrolytique (galvanoplastie), en particulier, permet de produire des revêtements qu'il n'est pas possible d'obtenir autrement, par exemple ceux consistant en alliages dont 25 les composantes ont des points de fusion très écartés l'un de l'autre ou ceux consistant en oxydes ou en d'autres composés qui fondent difficilement ou qui se décomposent à chaud, mais par ailleurs il ne permet pas en > général d'obtenir des revêtements de forte épaisseur à 30 des vitesses industriellement acceptables. Cela provient du fait que les gaz qui se dégagent au cours du procédé êlectrolytique, de l'oxygène aux anodes et de l'hydrogène aux cathodes, adhèrent aux électrodes en donnant lieu à des défauts physiques dans le revêtement et en 35 provoquant une chute du courant de traitement. Pour minimiser ces effets, il est nécessaire de travailler avec une densité de courant relativement basse en obte-

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ft 2 b nant un revêtement d'épaisseur limitée/ à moins de travailler avec des temps de traitement très longs, ce qui n'est pas économique à l'échelle industrielle.

Néanmoins, le dépôt par voie êlectrochimique prê-05 sente des avantages si nombreux que l'on a fait beaucoup d'efforts pour surmonter les inconvénients précités.

Récemment, on a proposé et utilisé une méthode très simple qui consiste à éliminer lesdits gaz en faisant circuler de force 1'electrolyte, à une vitesse dé-10 terminée, en contre-courant par rapport au ruban à traiter. En réalité, ce qui est important consiste à réaliser une certaine vitesse relative entre le ruban et l'électrolyte, tous deux en mouvement, de façon à assurer simultanément l'élimination des gaz des électrodes 15 et un renouvellement suffisant de l'électrolyte sur le ruban afin de garantir sur toute la longueur de la cellule d'êlectroplacage l'obtention de la concentration optimale de l'élément ou des éléments à déposer.

Au départ de ces considérations on a mis au 20 point, suivant la présente invention, une cellule verticale de traitement électrolytique et d'électroplacage à haute densité de courant qui présente, par rapport aux cellules horizontales connues, les avantages d'un meilleur entraînement des gaz et d'un moindre encombrement I 25 horizontal.

1 Suivant la présente invention, la cellule verti cale élémentaire de traitement est constituée par un récipient dans lequel sont disposés deux conduits verti-

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eaux à section retangulaire, qui constituent les cellu-v 30 les de traitement électrolytique, dans lesquelles = l'électrolyte est refoulé dans le sens vertical.

Cela est rendu possible par le fait que ledit récipient est divisé, dans le sens vertical, en ou moins deux chambres. L'électrolyte est refoulé d'une chambre à 35 l'autre par lesdits conduits verticaux à section rectan-! gulaire.

Jy Suivant un premier exemple de réalisation, le ré- k 3 » cipient présente une chambre supérieure, de volume relativement petit, et une chambre inférieure, plus grande.

~ Ces chambres, supérieure et inférieure, sont mises en communication par lesdits conduits verticaux à section 05 rectangulaire qui font saillie par le haut à une certaine hauteur dans la chambre supérieure et s’étendent vers le bas jusqu'à au moins la moitié de la hauteur de la chambre inférieure. L'électrolyte est pompé dans la chambre supérieure, en passant par un ou plusieurs 10 réservoirs d'accueil ou de réglage de la concentration des éléments à déposer. Dans la chambre inférieure, l'électrolyte est maintenu à un certain niveau, au-dessus du bord inférieur des conduits verticaux. L'électrolyte tombe de la chambre supérieure dans la 15 chambre inférieure par les conduits verticaux à section rectangulaire qui constituent les cellules de traitement êlectrolytique. La différence de niveau entre l'électrolyte de la chambre supérieure et celui de la chambre inférieure détermine le débit de celui-ci dans lesdites 20 cellules de traitement. Le ruban à traiter traverse la première cellule de haut en bas et puis, en passant sur un rouleau de renvoi, traverse la deuxième de bas en haut. En réglant adéquatement la différence de niveau de l'électrolyte dans les chambres supérieure et inférieure 25 par rapport à la vitesse de circulation du ruban on obtient, aussi bien dans la première cellule où le ruban et l'électrolyte circulent en courants parallèles que, à —*pius forte raison, dans la deuxième cellule, une vitesse "" relative entre le ruban et l'électrolyte qui est suffi- 30 santé pour éliminer les gaz et pour maintenir la concentration de l'électrolyte dans l'intervalle optimal.

Suivant un deuxième exemple de réalisation, le récipient est divisé en trois chambres dont la supérieure et 1'inférieure contiennent 1'électrolyte tandis que 35 la centrale est vide.

! Ce dispositif est préférable, mais non indispen- J sable, parce qu'il limite la quantité d'électrolyte pré- <3 t » 4 sente dans le dispositif.

Les chambres supérieure et inférieure sont mises en communication par lesdites cellules êlectrolytiques et l'électrolyte est pompé, à travers ces cellules, du 05 bas vers le haut.

Cette deuxième forme d'exécution implique la nécessité de construire un récipient à pression mais elle permet, par ailleurs, en faisant varier le débit de la pompe, d'obtenir une assez grande gamme de vitesses re-10 latives entre le ruban et l'électrolyte, ce qui permet d'adapter simplement une même ligne à diverses conditions de production.

Dans les deux formes de réalisation prposées, les parois latérales les plus grandes des cellules électro-15 lytiques constituent les électrodes fixes entre lesquel-5 les circule, à équidistance, le ruban à traiter qui constitue l'électrode de polarité opposée.

; On va à présent décrire la présente invention de j manière plus détaillée, à simple titre d'exemple non li- 20 mitatif, en se référant aux planches de dessin annexées dans lesquelles î - la fig.l est une vue en élévation latérale du dispositif suivant la première forme de réalisation de la cellule élémentaire et 25 - la fig.2 est une vue en élévation latérale du disposi tif suivant la deuxième forme de réalisation de la cellule élémentaire.

Si on se réfère à la fig.l, on voit que le réci-

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pient est divisé par la cloison 8 en une chambre supé-30 rieure 2 et une chambre inférieure 3 reliées l'une à l'autre au moyen de deux cellules électrolytiques 9 et 10 à section rectangulaire dont les faces internes les plus grandes sont constituées par les électrodes 14 et 15.

35 Le ruban 4, guidé par les rouleaux 5, 6 et 7, entre dans le récipient par la cellule 9 de haut en bas,

Il est dévié et puis traverse la cellule 10 de bas en haut.

k 5 » L'électrolyte, introduit dans la chambre 2 par la tubulure 12, atteint un niveau 17 et se déverse dans les cellules 9 et 10, traverse celles-ci et arrive à la chambre inférieure 3 d'où il est pompé par la tubulure 05 11 de manière que son niveau 16 reste toujours au-dessus du bord inférieur des cellules 9 et 10. La différence de niveau entre les surfaces de liquide 17 et 16 règle la vitesse de passage de l'électrolyte dans les cellules 9 et 10.

* 10 Le dispositif de la fig.2 est analogue à celui de f la fig.l, sauf que le récipient 1 est divisé en trois chambres superposées délimitées par les cloisons 8 et 13. La chambre centrale est vide. Dans ce cas, l'électrolyte est pompé du bas vers le haut à travers les cel-15 Iules 9 et 10.

Pour le placage électrolytique, les électrodes fixes peuvent être en un matériau soluble ou insoluble.

Dans le cas d'un placage électrolytique sur une seule face du ruban métallique, deux électrodes fixes 20 homologues, de préférence 14' et 15', sont remplacées par des plaques de matériau isolant qui s'étendent à l'intérieur des chambres de traitement jusqu'où elles sont en contact avec la surface du ruban qui ne doit pas être revêtu, de façon à la protéger, spécialement sur 25 les bords latéraux, contre les dispersions de courant autour de ces bords.

Comme on l'a indiqué précédemment, la présente invention se prête à un grand nombre de possibilités de ' traitements électrolytiques et de placage électrolytique 30 de métaux, d'alliages et de composés. En combinant adéquatement un nombre déterminé de cellules, toutes identiques, il est possible d'effectuer des traitements de nettoyage et de décapage du ruban ainsi que des placages en une ou plusieurs couches de métaux et de composés di-35 vers.

*i Certaines de ces possibilités sont décrites dans JJ les exemples suivants.

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Exemple 1.

Le dispositif suivant la présente invention est employé pour le décapage électrolytique neutre de rubans laminés à chaud soumis à un traitement mécanique brise-05 écaille par des méthodes connues.

Pour cette application, les électrodes fixes sont en acier doux pour les cellules anodiques et en plomb ou en acier plombé pour les cellules cathodiques. Le ruban à traiter a été soumis à 20 cycles alternés de polarité 10 cathodique et anodique.

On a donc employé dans le dispositif 20 cellules élémentaires conformes à 11 invention dans lesquelles le ruban fonctionne alternativement comme anode et comme cathode.

15 L'électrolyte était constitué par une solution aqueuse de sulfate de sodium de concentration égale à 200g/l, à une température de 85°C, avec une pH égal à 7,0.

On a essayé, dans ces solutions, des vitesses de 20 passage du ruban comprises entre 120 et 160 m/min, avec des densités de courant comprises entre 75 et 100 A/dm2.

Dans tous les cas, on a obtenu un ruban parfaitement décapé, ayant une surface propre brillante, notablement résistante aux phénomènes de corrosion pendant 25 la période de stockage.

Dans les mêmes conditions, mais avec un plus petit nombre de cellules (4 cellules élémentaires anodi-ques-cathodiques), on a réalisé la préparation superficielle avant le revêtement-léger décapage et activation 30 de la surface-de rubans laminés à froid en acier doux, en aciers micro-alliés et en alliages faibles. Le traitement a eu une durée comprise entre 0,25 s et 4 s. Pour cette application également, les résultats obtenus ont été excellents en ce qui concerne la propreté et la 35 qualité superficielle du ruban.

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Exemple 2.

Des rubans laminés à froid, à l'état recuit et écroui superficiellement, de préférence prétraités comme à l'exemple précédent, ont été soumis à la galvanoplas-05 tie de zinc. La solution de traitement contenait de 60 à 80 g/l d'ions zinc en solution acide aqueuse à un pH compris entre 0 et 2, à une température de 40 à 60°C.

On a effectué de nombreux essais dans la gamme de conditions susmentionnée. Dans ce cas, le ruban fonc-10 tionnait toujours comme cathode, tandis que les anodes étaient soit insolubles, en alliage de zinc, soit solubles, en zinc.

L'installation consistait en 12 cellules élémentaires en série.

15 Avec toutes les conditions d'essai, en utilisant une vitesse de circulation du ruban fixée à 90m/min et des densités de courant de 100, 120, 135 A/dm^, on a obtenu des revêtements de zinc uniformes et compacts, épais respectivement d'environ 7, 8,5 et 9,5 cor- 20 respondant à environ 50, 60 et 70 g/m^.

On voit, d'après les résultats obtenus, que grâce au renouvellement rapide de la solution dans les cellules de galvanoplastie, l'influence des variations de concentration et de température de l'électrolyte est 25 maintenue dans des limites réduites.

Exemple 3,

Un ruban d'acier galvanisé, de préférence traité comme à l'exemple précédent, a été soumis-confornément à 1'invention-à un traitement ultérieur de revêtement au 30 moyen de couches successives de chrome métallique et d'oxydes de chrome.

Le procédé de revêtement est effectué en deux étapes successives qui requièrent respectivement une B 35 cellule élémentaire et deux cellules élémentaires en sé- I , rie. Les anodes de ces cellules sont toutes du type in- I fl soluble, en alliage de plomb.

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Les conditions opératoires de la cellule de la première étape étaient les suivantes; la composition de l'électrolyte était CrC>3 115 g/l, NaF 1,73 g/l, H2SO4 0,5 ml/l, HBF4 0,5 ml/l; le pH était inférieur à 0,8; la 05 température était de 45°C; la densité de courant était de 85 A/dm^.

Dans ces conditions, avec une vitesse de circulation de ruban égale à 50 m/min, on a déposé 0,45 g/m^ de chrome métallique.

10 Les conditions opératoires des cellules de la deuxième étape étaient les suivantes ; la composition de l'électrolyte était CrC>3 40 g/l, NaF 1,73 g/l, HBF4 0,5 ml/l; le pH était égal à 3; la température était de 30°C; la densité de courant était de 40 A/dm^.

15 Avec une vitesse de circulation du ruban de 50 - m/min, on a déposé 0,05 g/m^ de chrome^à^l/^_____ a,

Claims (4)

1. Dispositif pour le traitement électrolytique - en continu de rubans métalliques caractérisé en ce qu'il est constitué par un récipient divisé en au moins deux 05 chambres superposées et communiquant entre elles au moyen de deux conduits verticaux à section rectangulaire dont les parois les plus grandes sont constituées par des électrodes fixes, à travers lesquels l'électrolyte est refoulé dans le sens vertical.

2. Dispositif suivant la revendication 1 caracté risé en ce que lesdits conduits verticaux s'étendent en haut dans la chambre supérieure et en bas dans la chambre inférieure jusqu'à au moins la moitié de la hauteur de la chambre inférieure.

3. Dispositif suivant la revendication 2 caracté risé en ce que la partie desdits conduits qui fait saillie par le haut dans la chambre supérieure constitue un déversoir pour l'électrolyte contenu dans cette chambre supérieure, ledit électrolyte s'écoulant dans la chambre y 20 inférieure en passant par lesdits conduits dont le bord inférieur est immergé dans l'électrolyte contenu dans la chambre inférieure.

4. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit récipient est divisé par deux cloi-25 sons en trois chambres superposées, la chambre supérieure et la chambre inférieure contenant l'électrolyte et ce dernier étant refoulé de la chambre inférieure à la chambre supérieure à travers lesdits conduits verticaux. à