WO2022180332A1 - Procédé d'anodisation en ligne de fils d'aluminium - Google Patents

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WO2022180332A1
WO2022180332A1 PCT/FR2022/050305 FR2022050305W WO2022180332A1 WO 2022180332 A1 WO2022180332 A1 WO 2022180332A1 FR 2022050305 W FR2022050305 W FR 2022050305W WO 2022180332 A1 WO2022180332 A1 WO 2022180332A1
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WO
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zone
anodizing
wire
anodization
line
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PCT/FR2022/050305
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Inventor
Rodrigue Sumera
Sophie DELATTRE
Laurent Keromnes
Original Assignee
Nexans
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    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
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    • C25D21/16—Regeneration of process solutions
    • C25D21/18—Regeneration of process solutions of electrolytes

Definitions

  • the present invention relates to the field of the preparation of wires based on anodized aluminum, useful in particular for the constitution of cables for the transport of electricity.
  • Anodized aluminum is a particular aluminum which has a particular surface layer, called anodization layer, based on alumina. Typically, it is a layer of hydrated alumina, preferably of boehmite with the formula AI2O3, nhteO with n between 1.5 and 2.5.
  • Anodized aluminum is obtained using a special technique, called aluminum anodization, which involves controlled and electrochemical oxidation of a conductive element based on aluminum or an aluminum alloy.
  • an "aluminum alloy”, within the meaning of the present description, is a metallic alloy comprising aluminum in association with other elements, which includes in particular the alloys defined in the Directive Aluminum Association of Washington DC 2086 or the alloys meeting European standard EN573. These standards define several classes of aluminum alloy with references ranging from 1000 to 8000.
  • the general principle of anodizing a conductor based on aluminum or an aluminum alloy is based on the electrolysis of water.
  • the conductor based on aluminum or aluminum alloy acts as an anode in an electrolytic system: this conductor is electrically connected to the positive terminal of a direct current generator and the conductor is placed in whole or in part in contact with an electrolyte in which is immersed a counter-electrode (cathode of the electrolytic system) connected to the negative terminal of said direct current generator.
  • the electrolyte used comprises an acid (preferably sulfuric acid, in which case we speak of "sulphuric anodization", but other acids are possible, such as phosphoric acid, chromic acid or even oxalic acid).
  • an acid preferably sulfuric acid, in which case we speak of "sulphuric anodization", but other acids are possible, such as phosphoric acid, chromic acid or even oxalic acid.
  • the anodization process depends on the ratio between the rate of dissolution, noted here Vdissoiution , and the rate of dissolution, noted here Voxidation , as follows: if Vdissoiution > Voxidation, pickling is obtained if Vdissoiution — Voxidation, electrolytic polishing is obtained if Vdissolution Voxidation, an anodization is obtained.
  • the oxide layer develops from the surface towards the heart of the metal, unlike electrolytic deposition.
  • the oxide layer obtained is therefore not strictly speaking a coating, but rather a surface layer forming one body with the rest of the conductor, which gives it a very good hold.
  • Anodization is advantageously followed by a sealing step.
  • the clogging allows the sealing or closing of the porosities existing in each cell of the oxide layer obtained following the electrolytic treatment.
  • This sealing is obtained by transformation of the alumina constituting the anodic layer, causing expansion and therefore gradual closing of the pores.
  • This sealing operation is typically carried out by immersing the layer resulting from the anodization in water heated to high temperature, typically at a temperature of at least 80° C. to promote the reaction kinetics.
  • the anhydrous alumina of the layer formed by anidization absorbs water molecules and then becomes a hydrated alumina.
  • the anodizing process is limited in terms of the dimensions of the aluminum or aluminum alloy element that it allows to treat.
  • Anodizing is typically carried out in batches (namely according to a so-called “batch” or “dipping” mode), by immersing each part to be treated in an electrolytic bath, the dimensions of which impose a maximum size for the parts which can be anodized.
  • An object of the present invention is to provide a method allowing the anodization of very long aluminum or aluminum alloy wires, having for example lengths greater than 3000 m, of the type of those necessary for the constitution of current carrying cables.
  • the subject of the present invention is a process for the in-line anodization of an aluminum or aluminum alloy wire, where said wire is continuously circulated along a processing line, from an input of said line to an output of said line, and where said line comprises at least the following zones, between this input and this output:
  • anodizing zone in which the wire in circulation is immersed in a acid electrolyte medium, said electrolyte medium being furthermore in contact with at least one electrode connected to the negative terminal of said generator, whereby a porous anodizing layer is continuously formed on the wire in circulation;
  • a clogging zone located downstream of the anodization zone, within which the wire in circulation is subjected to conditions inducing a blocking or a closing of the porosities present in the anodization layer obtained upstream in the zone of anodizing.
  • the subject of the present invention is the processing line used in the context of the aforementioned method, which comprises:
  • an anodizing zone comprising means for immersing the wire in circulation in an acid electrolyte medium, said electrolyte medium being in contact with at least one electrode connected to the negative terminal of said generator;
  • a clogging zone located downstream of the anodizing zone, provided with means ensuring conditions inducing a blocking or closing of the porosities present in the anodizing layer.
  • aluminum or aluminum alloy wire is meant, within the meaning of the present description, an elongated cylindrical conductive element, comprising, at least on the surface, aluminum or an aluminum alloy, in particular of the aforementioned type. Typically the wire is totally made of aluminum or an aluminum alloy, from the surface to the core.
  • wire is understood here in its most usual meaning and refers to conductive elements typically resulting from a wire-drawing operation having a substantially isotropic section, as opposed to strips or ribbons, typically resulting from a rolling operation, and whose section is very strongly anisotropic.
  • An aluminum wire treated according to the invention typically has a substantially circular cross-section, which is a preferred geometry in the anodizing process of the invention, such a circular cross-section in fact allowing particularly efficient and homogeneous anodizing, in particular because of inhibition of spike effects seen with other geometries.
  • upstream and downstream as used in the present description are made in reference to the circulation of the wire, which is done from the entry of the line towards its exit.
  • a first zone A of the line is said to be “downstream” of a second zone B if said first zone A is located between the second zone B and the exit.
  • the first zone A is said to be "upstream” of the second zone B if this first zone A is located between the entrance and the second zone B.
  • the process of the invention does not induce limitation of this type.
  • the treatment line has a total length less than the total length of the wire which is put into circulation therein, and, in particular, the anodization zone has a length which is typically less than that of the thread processed there.
  • the dimensions of the treatment line do not limit the length of the wire to be treated, which can therefore be as long as desired.
  • the method of the invention therefore proves to be particularly well suited for the manufacture of wires anodized over their entire length, useful in particular for the constitution of electricity transmission cables.
  • the long anodized wires which can be obtained according to the invention which have among other advantages the fact of having sizes much greater than those which can be obtained according to the "dipping" techniques, constitute another object of the present invention.
  • These anodized wires typically have dimensions greater than or equal to 50 m, and generally much greater, for example between 3000 and 10000 m.
  • the process of the invention makes it possible to obtain, including over very long lengths, particularly homogeneous anodizing layers, and this with control of the thickness of the layer formed.
  • the thickness of the anodizing layer can be modulated very easily: this thickness is in fact proportional to the length of the anodizing zone and to the intensity of the current used during the anodizing and inversely proportional to the speed of yarn flow.
  • the thickness can be modulated by increasing or reducing the intensity of the current (or if necessary by increasing or reducing the speed of circulation of the wire).
  • the dimensioning of the anodizing zone will advantageously be carried out taking into account the direct current generators available, the target circulation speed and the thicknesses desired for the layer. anodizing.
  • the method of the invention makes it possible to modulate to a very large extent the thickness obtained for the anodizing layer
  • the method is in practice most often implemented to form anodizing layers of greater thickness or equal to 5 miti, preferentially greater than or equal to 6 miti, and even more advantageously greater than or equal to 8 ⁇ m.
  • the layer thickness it is generally not necessary for the layer thickness to exceed 20 ⁇ m.
  • the method of the invention can for example be used to prepare cables covered with an anodizing layer having a thickness ranging from 6 to 15 ⁇ m, and in particular from 8 to 12 ⁇ m (terminals included).
  • the thickness of the anodization layer referred to above can in particular be measured in cross section and observed by optical microscopy according to the method described in the ISO 1436 standard.
  • the process of the invention also has the advantage of requiring a shorter anodizing time, in particular due to the circulation of the wire. Obtaining wire of very long lengths is therefore possible at high running speeds and with acceptable compactness, which allows industrial implementation under attractive profitability conditions.
  • the method also has another advantage, namely that it only requires a single anodizing zone in the treatment line, and not a succession of several anodizing zones, as is generally the case for processes in sliver line anodizing lines.
  • the treatment line comprises a single anodization zone (and not several successive anodization zones).
  • the wire subjected to anodization according to the invention has a surface condition optimizing its anodization.
  • the wire is subjected to a surface pretreatment. Therefore, according to a particular embodiment, the treatment line used according to the invention advantageously comprises, in addition to the aforementioned zones, a pretreatment zone for the surface of the wire located upstream of the anodizing zone.
  • This pre-treatment zone preferably comprises:
  • zone Z3 for neutralizing the surface of the yarn, located downstream of the degreasing zone Z1 and, where appropriate, downstream of the first rinsing zone Z2;
  • a second rinsing zone Z4 located downstream of the zone Z3 for neutralizing the surface of the wire.
  • the treatment line includes, between the anodizing and sealing steps, a third rinsing zone Z5, ensuring the rinsing of the surface of the wire at the end of the anodizing.
  • the treatment line prefferably includes, downstream of the clogging zone, a zone Z6 for fourth rinsing of the surface of the wire at the end of the clogging process.
  • the useful processing line typically comprises, between the input and the output:
  • the wire in circulation must be electrically connected to the positive terminal of a direct current generator.
  • the processing line comprises, at the level of at least one zone called the “electrical contact zone”, means allowing the electrical contacting of the wire with the positive terminal of the direct current generator.
  • the processing line comprises at least one contacting zone upstream of the anodizing zone, for example immediately upstream of the anodizing zone.
  • the treatment line may prove preferable for the treatment line to comprise several electrical contacting zones (which may be both upstream and downstream of the zone of anodizing, preferably with at least one electrical contacting zone upstream).
  • the electrical contacting of the wire and the positive terminal of the direct current generator can be carried out by any means known per se.
  • contacting can in particular be carried out by connecting the positive terminal of the generator to the metal axis of a metal pulley or a metal wheel in contact with the wire.
  • any other type of device providing electrical contact between the positive terminal of the generator and the wire may alternatively be used in the electrical contact zone (or where appropriate in each of the electrical contact zones, the means of electrical contacting which may then possibly differ according to the zone).
  • the anodizing zone is an area where the circulating wire (electrically connected to the negative terminal of the DC generator via the electrical contacting zone) is used as an anode within an anodizing process .
  • the wire is immersed in an electrolyte in contact with a counter-electrode (cathode) electrically connected to the negative terminal of the direct current generator.
  • the anodizing zone is typically a module comprising an elongated container containing the electrolyte provided with an inlet and an outlet for the wire.
  • the anodizing zone can comprise a chute (or a cylindrical pipe) fitted with a cable gland at each of its two ends, and in which an electrolyte bath is placed, the wire entering through one of the cable glands and coming out by the other by bathing intermediately in the electrolyte.
  • the electrolyte used in the anodizing zone is constantly renewed.
  • the anodization zone can typically be provided with an overflow device: the electrolyte can typically be introduced continuously into the anodization zone from a tank fitted with a pump injecting the electrolyte into the anodizing zone (typically in the trunking or the pipe) provided with an overflow system making it possible to evacuate the overflow of electrolyte from the anodizing zone (this overflow being typically recycled towards the electrolyte tank ).
  • This embodiment makes it possible to permanently preserve the same volume of electrolyte and a substantially constant composition of the electrolyte within the anodization zone, which again optimizes the homogeneity of the anodization layer. Thanks to the overflow device, a substantially constant electrolyte proportion is maintained in the anodizing zone, and in particular allows an electrolyte proportion maintained at plus or minus 2% around a target electrolyte proportion.
  • the electrolyte of the anodization zone comprises an acid, preferably sulfuric acid, which corresponds to an anodization called “sulphuric anodization” (although that other acids are possible, such as phosphoric acid, chromic acid or even oxalic acid).
  • the cathode is in contact with the electrolyte but not in direct contact with the wire which circulates there.
  • This cathode can in particular be made of lead (inert in the middle), or else alternatively of aluminum or stainless steel.
  • the wire be ideally placed at an equal distance from all the points of the surface of the cathode. To do this, one can use flat cathodes parallel to the axis of the wire, or, according to an interesting mode, flat cathodes folded in the shape of a U, by circulating the wire between the bars of the U at equidistance from the bottom of the U and side plates.
  • the temperature is typically between 25 and 35°C, better still between 30 and 35°C. Note that this temperature is higher than the temperatures usually recommended, particularly in the context of "dip" anodizing processes, where it is known that maintaining lower temperatures is required, typically below 20°C, or even 15°C. This difference in temperature conditions constitutes another advantage of the method of the invention.
  • a cooling means is provided in the bottom of the elongated container, so as not to risk coming into contact with the wire.
  • This means of cooling makes it possible to maintain the temperature of the anodizing bath between 25 and 35°C.
  • the cooling means is for example a pipe immersed in the anodizing bath, this pipe being supplied with a fluid at a temperature of the order of 15° C., for example supplied with water between 5° and 20°.
  • These cooling means have an external surface temperature of between 15° C. and 25° C. in order to allow heat exchange with the bath during anodizing, and thus allow the maintenance of an anodizing bath temperature between 25° C. and 35°C, better between 30° and 35°C.
  • the temperature of the anodizing zone is thus maintained around a target value during anodizing, at plus or minus 2°C, or better still plus or minus 1°C.
  • the length of the anodization zone depends on the desired thickness for the anodization layer. Typically, it is of the order of 15 m for a cable travel speed of 12 m/min and a desired thickness for the layer of 8 to 12 microns. More particularly, thanks to the invention, it has been demonstrated that the temperature regulation of the anodizing bath made it possible to guarantee a dimensioning of the thickness of the anodizing layer on the wire, and its resistance to corrosion, while improving the productivity of the anodizing step. In the tests whose results are provided in the table below, different samples were tested for a treatment time of 30 minutes, these samples having been subjected to different current densities, cross conditions with different scroll speeds in the area anodizing, as well as different regulation temperatures, and different voltages. A model made it possible to highlight a correlation between a current density, which can be transposed to any type of wire diameter, and the thickness of the anodization layer observed on the wire, the running speed and the temperature of the bath.
  • the current density is determined in the anodizing zone so as to provide a current density between 10 and 30 A/dm 2 for cables with a diameter of between 1 mm and 20 mm.
  • the clogging carried out in the clogging zone allows the sealing or closing of the porosities existing in each cell of the oxide layer. This sealing is obtained by transformation of the alumina constituting the anodic layer, causing expansion and therefore gradual closing of the pores.
  • This sealing operation is typically carried out by immersing the wire resulting from the anodization in water heated to high temperature, typically at least 80°C (typically reverse osmosis water having a temperature greater than 80°C) to promote reaction kinetics.
  • the anhydrous alumina of the layer formed in step (E) absorbs water molecules and becomes a hydrated alumina, typically of the boehmite type.
  • the clogging zone can typically be a module similar to that described above for the anodizing zone and which differs from it by the absence of a counter-electrode.
  • This module typically comprises an elongated container containing the water heated to high temperature, provided with an inlet and an outlet for the wire.
  • a module suitable as a clogging zone comprises a chute (or a cylindrical pipe) provided with a stuffing box at each of its two ends, and in which the high temperature water is placed (the module is advantageously provided with heating means and/or is supplied by a reservoir of water brought to a high temperature), the wire entering through one of the cable glands and emerging through the other, bathing intermediately in the water brought to a high temperature.
  • the residence time of the wire in the clogging zone is substantially the same as the residence time of the wire in the anodizing zone.
  • the anodization zone and the sealing zone typically have the same lengths. The process differs in this again from the processes described for the anodization of tape, for which a longer clogging time than the anodization time is recommended.
  • This zone is most often desirable because, for the most part, the wires that can be used as neutral conductors are marketed with a film of grease on their surface, generally linked to their drawing preparation process.
  • the degreasing and stripping of zone Z1 can in particular be carried out by chemical, possibly electrolytically assisted.
  • the purpose of degreasing operations is to eliminate the various bodies and particles contained in the greases, while the pickling operation serves to eliminate the oxides present on the surface.
  • pickling methods chemical, electrolytic or mechanical, well known to those skilled in the art.
  • Chemical pickling consists in eliminating the oxides by dissolving, or even bursting the layer, without attacking the underlying metal.
  • the solution is essentially composed of soda (about 30g/L to 45ml/L) and surfactants.
  • the degreasing-stripping zone can be a module of the same type as that described in particular for the clogging zone, namely comprising a chute (or a cylindrical pipe) provided with a cable gland at each of its two ends, the wire entering through one of the cable glands and emerging through the other, bathing intermediately in a medium of the aforementioned type, ensuring the degreasing-stripping.
  • the neutralization operated on the wire operated in the zone Z3 makes it possible not to pollute the bath of the anodizing zone.
  • neutralization removes some traces of residual oxides that could otherwise interfere with anodizing.
  • This step is generally carried out in a bath comprising an acid (of the nitric or sulfuric acid type for example), and advantageously in a medium similar or identical to the anodizing bath but without a counter-electrode.
  • a solution of sulfuric acid H2SO4 at 200g/L at room temperature typically eliminates any soda residues associated with degreasing.
  • Neutralization advantageously makes it possible to bring the surface of the aluminum to the same pH as the anode bath.
  • the neutralization zone can also be a module of the same type as that described in particular for the clogging zone, namely comprising a chute (or a cylindrical pipe) provided with a cable gland at each of its two ends, the wire entering through one of the cable glands and emerging through the other, bathing intermediately in a medium of the aforementioned type, ensuring neutralization.
  • a chute or a cylindrical pipe
  • Each of the rinsing zones Z2, Z4, Z5 and Z6, when present, can be cascade rinsing modules, which can typically use reverse osmosis water. Cascade rinsing enables particularly fast and efficient in-line rinsing and limits water consumption.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a processing line according to the invention, consisting of a succession of modules as presented above in this description
  • Figure 2 is a schematic view, in partial transparency, of a module that can be used according to the invention for the zones Z1, Z3 and for the clogging zone
  • Figure 3 is a schematic view, in partial transparency, of a module that can be used according to the invention for the anodizing zone
  • FIG. 1 shows a processing line 1 according to the invention, allowing the processing of a wire 2 which is an aluminum or aluminum alloy wire.
  • This line includes an inlet 10, through which the wire 2, unwound from a reel 15, is introduced into the processing line.
  • the yarn is then circulated along said processing line. It first passes through a first degreasing-stripping module 20, then, downstream of this first module, a first cascade rinsing device 25, and then a neutralization module 30, then a second cascade rinsing device 35, before reaching an anodizing zone 40.
  • the anodized wire then continues its journey along the treatment line by crossing a third rinsing device 45, then it reaches a clogging module 50 at the end of which it joins a fourth and last cascade rinsing device 55, before exiting the line through exit 60 to be wound up in the form of a spool 65.
  • the module 20 corresponds to a degreasing-stripping zone Z1 according to the invention.
  • Module 30 corresponds to a neutralization zone Z3 according to the invention.
  • the module 40 corresponds to an anodizing zone according to the invention. It is unique on the processing line shown, which corresponds to a preferred embodiment of the invention.
  • the module 50 corresponds to a clogging zone according to the invention.
  • Devices 25, 35, 45 and 55 correspond respectively to rinsing zones Z2, Z4, Z5 and Z6 according to the invention.
  • the electrical contacting zone is not shown in Figure 1, it is preferably upstream of the module 40, typically between the device 35 and the module 40.
  • the line may include several other contacting zones, in upstream and/or downstream of the module 40.
  • FIG. 1 also illustrates the possibilities of compactness linked to the use of successive modules authorized by the invention.
  • FIG. 2 shows a module 100 which can be used in particular as modules 20, 30 and 50 on the processing line of Figure 1, and more generally for the zones Z1, Z3 and for the clogging zone according to the invention .
  • This module includes an entry 110 for wire 2 via a cable gland 120, which allows the wire to reach within a trunking 130 whose cable gland closes off a first end (the trunking 130 is artificially represented transparent in the diagram to allow to see inside). The wire then passes through a second cable gland 140 closing the other end of the trunking to exit the module through outlet 150.
  • the chute is filled with liquid (typically with a continuous supply by means of an overflow device, not shown, which ensures a constant volume and composition) where the wire is immersed.
  • liquid typically with a continuous supply by means of an overflow device, not shown, which ensures a constant volume and composition
  • FIG 3 is an anodizing module 200 that can be used according to the invention, in particular as module 40 in the processing line of Figure 1.
  • This module includes an entry 210 for wire 2 via a cable gland 220, which allows the wire to reach within a trunking 230 whose cable gland closes off a first end (the trunking 230 is here again artificially represented transparent in the diagram to see inside). The wire then passes through a second cable gland 240 closing the other end of the trunking to exit the module through outlet 250.
  • the module 200 further comprises electrodes 260 having the form of U-folded plates (three in the figure, which, placed end to end, cover the entire bottom of the trough 230, in the middle of which the wire circulates.
  • the chute is filled with acid electrolyte (typically with a continuous supply by means of an overflow device not shown which ensures a constant volume and composition) where the wire is immersed which allows its anodization.

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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 maintenu à une température entre 25 et 35°C, 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.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé d’anodisation en ligne de fils d’aluminium
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 AI2O3, nhteO 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 2544 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 2977704 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_ H2
- à l’anode : Al 3e' + Al3+, puis : 2 Al3+ + 3 H2O AI2O3 + 6 H+
Avec l’équation bilan : 2 Al + 3 H2O AI2O3 + 3 H2
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 Vdissoiution , et la vitesse de dissolution, notée ici Voxydation , comme suit : si Vdissoiution > Voxydation, on obtient un décapage si Vdissoiution — Voxydation, on obtient un polissage électrolytique si Vdissoiution Voxydation, on obtient une anodisation.
Dans un procédé d’anodisation, on se place donc dans des conditions où Vdissoiution <
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
- une 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.
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 miti, préférentiellement supérieure ou égale à 6 miti, et plus avantageusement encore supérieure ou égale à 8 pm. Notamment pour des raisons de coûts, il n’est généralement pas nécessaire que l’épaisseur de la couche excède 20 pm. 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 pm, et en particulier de 8 à 12 pm (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.
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)
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. Grâce au dispositif de trop plein, une proportion sensiblement constante en électrolyte est maintenue dans la zone d’anodisation, et permet notamment une proportion en électrolyte maintenue à plus ou moins 2% autour d’une proportion cible en électrolyte.
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 25 et 35°C, mieux entre 30 et 35°C. A noter que cette température est plus élevée que les températures habituellement préconisées notamment dans le cadre des procédés 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.
Pour maintenir cette température, un moyen de refroidissement est prévu dans le fond du récipient allongé, pour ne pas risquer de venir au contact du fil. Ce moyen de refroidissement permet de maintenir la température du bain d’anodisation entre 25 et 35°C. Le moyen de refroidissement est par exemple une conduite immergée dans le bain d’anodisation, cette conduite étant alimentée par un fluide à une température de l’ordre de 15°C, par exemple alimenté par une eau entre 5° et 20°. Ces moyens de refroidissement présentent une température extérieure de surface comprise entre 15°C et 25°C afin de permettre un échange thermique avec le bain pendant l’anodisation, et ainsi permettre le maintien d’une température de bain d’anodisation entre 25° et 35°C, mieux entre 30° et 35°C. La température de la zone d’anodisation est ainsi maintenue autour d’une valeur cible pendant l’anodisation, à plus ou moins 2°C, voir mieux plus ou moins 1°C.
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. Plus particulièrement, grâce à l’invention, il a pu être démontré que la régulation de température du bain d’anodisation permettait de garantir un dimensionnement de l’épaisseur de la couche d’anodisation sur le fil, et sa résistance à la corrosion, tout en améliorant la productivité de l’étape d’anodisation. Dans les tests dont les résultats sont fournis dans la table ci-dessous, différents échantillons ont été testés pendant une durée de traitement de 30 minutes, ces échantillons ayant été soumis à différentes densités de courant, conditions croisées avec différentes vitesses de défilement dans la zone d’anodisation, ainsi que différentes températures de régulation, et différentes tensions. Un modèle a permis de mettre en évidence une corrélation entre une densité de courant, transposable à tout type de diamètre de fil et l’épaisseur de la couche d’anodisation observée sur le fil, la vitesse de défilement et la température du bain.
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La densité de courant est déterminée dans la zone d’anodisation de manière à prévoir une densité de courant entre 10 et 30 A/dm2 pour des câbles de diamètre compris entre 1 mm et 20 mm.
Il peut même être prévu d’anodiser plusieurs fils en même temps dans la zone d’anodisation. Dans ce cas, les diamètres des différents fils sont identiques dans la zone d’anodisation. Un maintien d’une tension d’anodisation entre 18 et 20 V permet alors un accroissement de la couche d’anodisation en croissance sur chacun des fils.
La zone de colmatage
Il 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 H2SO4 à 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 :
[Fig. 1] La Figure 1 est une représentation schématique d’une ligne de traitement selon l’invention, constituée d’une succession de modules tels que présentés plus haut dans la présente description
[Fig. 2] La Figure 2 est une vue schématique, en transparence partielle, d’un module utilisable selon l’invention pour les zones Z1 , Z3 et pour la zone de colmatage
[Fig. 3] La Figure 3 est une vue schématique, en transparence partielle, d’un module utilisable selon l’invention pour la zone d’anodisation
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 Figure 1 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 Figure 1, 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 figure 1 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 Figure 2 représente un module 100 qui peut être employé notamment à titre de modules 20, 30 et 50 sur la ligne de traitement de la figure 1 , 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 2 via un 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 Figure 3 est un module d’anodisation 200 utilisable selon l’invention, notamment à titre de module 40 dans la ligne de traitement de la figure 1. Ce module comprend une entrée 210 pour le fil 2 via un 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 Figure 2, 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

Revendications
[Revendication 1] 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, la température du milieu électrolyte acide étant refroidie par des moyens de refroidissement de la zone d’anodisation pour maintenir une température entre 25 et 35°C pendant l’anodisation, 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.
[Revendication 2] 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.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, où la ligne de traitement comporte une seule zone d’anodisation (40).
[Revendication 4] 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.
[Revendication 5] 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)
[Revendication 6] 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.
[Revendication 7] Procédé selon l’une des revendication 1 à 6, où la densité de courant est comprise entre 10 et 30 A/dm2 dans la zone d’anodisation.
[Revendication 8] Procédé selon l’une des revendication 1 à 7, où la tension d’anodisation est comprise entre 18 et 20 V.
[Revendication 9] Procédé selon l’une des revendication 1 à 8, où les moyens de refroidissement présentent une température extérieure de surface comprise entre 15°C et 25°C afin de maintenir la température dans la zone d’anodisation (40) autour d’une température cible pendant l’anodisation.
[Revendication 10] Procédé selon l’une des revendication 1 à 9, où la zone d’anodisation (40) et la zone de colmatage (50) ont les mêmes longueurs.
[Revendication 11] Procédé selon l’une des revendication 1 à 10, où le milieu électrolyte acide est renouvelé en continu pour fournir un bain d’anodisation avec une proportion sensiblement constante en électrolyte.
[Revendication 12] 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) et des moyens de refroidissement de la zone d’anodisation immergés au fond d’un bain d’anodisation de la zone d’anodisation, la 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 (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.
[Revendication 13] Fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium anodisé susceptible d’être obtenu selon le procédé de l’une des revendications 1 à 11. [Revendication 14] Fil d’aluminium ou d’alliage d’aluminium anodisé selon la revendication 13, de longueur supérieure à 50 m.
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