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~ a pr~sente invention se rapporte à l'utilisation de
l'aluminium et de ses alliages comme conducteur électrique de
faible section, telle que celle9 qu'on utilise dans les instal-
lations de petite puissance (logements par exemp~e) ou pour
constituer des c~bles. Dans ce qui suit le mot "all~minium"
devra etre compris comme englobant l'aluminium lui-même et ceux
de se~ alliages dont la résistivité électrique permet l'emploi
¢omme conducteur électrigue. Sous le nom de fil il faut com-
prendre tout produit de faible section~ guelle que soit la
forme géom~trique de cette section.
; Si l'on a pu classer l'aluminium-et ses alliages en
fonction de leur résistivité et déterminer des méthodes de
traitement de9 fils qui dim;nuent cette résistivité~ l'utilisa-
tion de ces alliage9 dan9 le9 installations domestiques s'est
heurtée au fait que leurs portions dénudées, par exemple à
la jonction avec les appareils tels que bo~tes de jonction,
interrupteurs, etc... gue comportent ces installations, se
recouvrent au cours du temps d'une couche i901ante d'oxyde
gui fait augmenter trè9 fortement la résistance du contact. Ce
phénomène de détérioration d'un contact n'est pas limité au cas
d'~n contact aluminium-cuivre ou aluminium-aluminium, car il
a été aussi constaté sur des contacts cuivre-cuivre, bien que
la couche superficielle d'oxyde-de cuivre soit plus lente à se
former et reste de-très faible épaisseur; mais il prend avec
les alliages d'all~;nium une importance telle que l'on hésite
et qu'en général on renonce à employer des fils d'aluminium,
surtout en liaison avec des appareillages en cuivre, pour
constituer tout ou partie d'une installation de faible puis-
sance .
Pour permettre l'emploi de l'aluminium d~ns de telles
! installations on a proposé de le recouvrir d'une mince couche
dlun m~tal non oxydable tel gue cuivre, étain, plomb, nickel9
- ~
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déposé par des moyens chimique9 ou électrochi m; ques. Dans
certains des procédés proposés la couche extérieure de pro-
tection n'adhère que grâce ~ la présence d'un film mince d'un
autre métal préalablement mi9 en place. Le prix de tels dé-
pôts et la dimension des appareils nécessaires pour les réaliser
en continu ont constitué des handicaps sérieux pour l'utilisa-
tion de fils ainsi revêtus.
On écartait très généralement l'idée que la formation
dtune couche d'oxyde puis~e résoudre le problème posé car on
estimait jusgu~à présent que~ l'oxyde d'aluminium étant par
lui-même un isolant électrique~ une couche d'~paisseur suffi-
sante pour assurer la protection du métal contre les agents
atmosphériques entraine une résistance de contact électrique
prohibitive. On a d'ailleurs constaté qu'une couche d'oxyde
de 10 à 15 micron9 entra~ne une résistance de contact telle
qu'on est obligé de la mesurer par la tension de claquage qui
est au moins de 500 à 2.000 volts pour ce9 épaisseursO Il
était inattendu que l'on puisse obtenir une couche d'oxyde qui
ait la double propriété de permettre une faible résistance de
contact qui se ~aintient à de très faibles valeurs dans des
conditions sévares d'essai et d'assurer une protection suffi-
sante du métal, ce qui est d'ailleurs nécessaire pour que cette
résistance n'évolue pas notablement dans le temps.
~ a de_anderesse a constaté, avec surprise, que,
contrairement ~ l'opinion généralement a~m;se, une techn;que
connue en elle-même pour développer sur une surface d'alumi-
nium une couche d'oxyde dont l'épaisseur m;n;mum considérée
généralement comme nécessaire pour protéger le métal contre les
agents atmosphériques est voisine de 15 microns peut être
~0 utilisée dans des conditions particulières pour constituer une
couche mince d'o~yde qui permet une faible r~sistance de con-
tact entre un fil ainsi traité et un autre conducteur, et qui
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assure une protectiOn 9uffisante pour que cette qualité ~e
conserve remarquablement dan9 le temps et/ou dans les condi-
tions d'essais accélérés prévus par différentes normes, en
particulier dans les conditions d'essais prévus par Electricité
de ~rance.
~ a résistance de contact a été appréciée en dispo-
sant deu~ fils en croix sous une pression de 1 kilogramme~
en fai~ant passer un courant continu d'un fil ~ l'autre par
la ~one de contact et en mesurant la rési9tance de contact r
comme étant le qu~tient de la ten9ion appliquée par l'intensité
du courant.
Selon l'invention on soumet le fil, éventuellement
décapé, à l'action d'un courant alternatif dans une solution
aqueuse contenant de l'acide phosphorique à raison de 50 à
400 ~ l de H3P04 et au moins un additif tensioactif exerçant
en milieu acide une action détergente et émulsionnante sans
mousser, pendant une durée comprise entre 3 et lO secondes.
Comme additif on peùt choisir des mélanges acides
contenant des produits tensioactifs et des produits détergents.
~es produits tensioactifs utilisables peuvent 8tre ou non
ioniques, anioniques et/ou amphotériques; parmi eux on peut
citer des dérivés organiques polyfluorés comportant une cha;ne
perfluorée linéaire ou ramifiée ayant de 4 à 20 atomes de
carbone, des alcools gras polyéthoxylés, des phénols substitués,
les alkylsulfonates, dont la chaine alkyle contient par exemple
8 ou 9 atomes de carbone. A titre d'éléments détergents on
peut employer des glycols, des polyéthylèneglycols. ~es-addi-
tifs utilisés doivent abaisser fortement la tension superfi-
cielle du milieu où ils sont introduits sans provoquer la for-
mation de mousse ou d'une couche huileuse à leur surface; ilest préféré que l'additif abaisse la tension superficielle d'une
solution aqueuse d'acide phosphorique à 100 ~ l de H3P04 ~ 70C
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à une valeur voisine de 30 dynes/cm lorsqu~il est ajouté ~
raison de 30 ~ l. Au fur et à mesure de l'~lectrolyse, l~élec-
trolyte acquiert un aspect laiteux~ indice de la formation
d'une émulsion tr~s fine qui ne gêne pas le fonctionnement du
bain.
Les agents tensioactifs contenus dans les additifs
peuvent y être en très faible quantité~ par exemple moins de
~ pour les dérivé9 fluorés cités ci-dessus~ de l~ordre de 5
à 1~ pour les alcools gras éthoyylé~ de l~ordre de quelgues
~ pour les alkylsulfonates ou les phénols substitués. ~es
polyéthylaneglycol9 ou les glycols peuvent etre présents a
raison de quelques %~ par exemple 2 à 5%. ~a guantité d~addi-
tif utilis~e est généralement comprise entre 0,5 et 30 ~ l;
la guantité optimum doit être déterminée en fonction de la
composition du mélange additif utilisé.
Si la nature du oonstituant de base de l~lectrolyte
et la présence de l'additif sont indispensables, les autres
conditions d~électrolyse ne aont pas criti~ues. Par exemple
la ten~ion dépend~ comme usuellement~ des caractéristiques du
bain~ de la forme de l~appareillage et de la densité de courant
qui est le paramatre électrigue le plus important du procédé.
~ a densité de courant, comprise entre 2 et 20 ~am~
de préférence entre 6 et 12 A/dm2 pour un bain sans circula-
tion forcée, peut être fortement augment~e si l~on assure une
circulation forcée du bain. ~a tension est génëralement com-
- prise entre 4 et 45 volts; elle augmente lentement lors de
l~utilisation d~un bain. De même la température n9e~t pas
ciitique; elle est déterminée principalement par la nature des
matériaux utilis~s pour l~appareillage et par les caractéris-
tiques de l~agent tensioactif utilisé. ~lautre électrode est
constituée~ de préférence, en une matiare inerte vis-a-vis du
bain~ par e~emple en graphite, en plomb ~ventuellement allié~
- 4 -
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tel que plomb antimonié.
~ e temps de traitement est~ comme il a été dit, très
court, généralement compri9 entre 3 et 10 seconde3. Cela per-
met de traiter le fil en continu en le faisant défiler dans
le bain, par exemple selon une technique connue dite "à prise
de courant liquide" à de9 vitesses aussi élevées que 100 matres
par minute pour une cuve de 5 mètres de long.
~ e prooédé selon l'invention peut etre appligué direc-
tement à un fil non oxydé tel gu'un fil sortant tras récemment
de tréfilage dont la surface peut 8tre considérée comme recou-
verte uniguement d'un film plus ou moins continu du lubrifiant
utilisé. Si le fil présente des traces d'oxydation irréguliare
telles gue celles qui résultent d'un stockage prolongé, il est
préféré de le soumettre préalablement à un décapage selon l'une
des techniques connues à cet effet.
Dans une variante du procédé selon l'invention, le
fil rev~etu de la mince couche dloxyde comme il vient d'etre
décrit peut 8tre soumis à un passage rapide dans un bain d'élec-
trolyse contenant au moin5 un ~el métalligue~ par exemple au
moins un sel de métaux tels gue Ni~ Co, Cu, Ag, Sn, In, Cd, Sb,
Pb, Au~ selon un procédé connu en soi; le métal ainsi déposé
améliore encore la résistance de contaçt et, pour la plupart,
son maintien dans le temps.
~es résistances de contact obtenues par le procédé qui
vient d'etre décrit ont été comparées aux résistances de contac~
entre deux fils de cuivre et aux résistances de contact entre
deux fils d'un alliage d'alllm;nium à usage électrique. ~es
résultats obtenus pour des fils de comparaison sont indiqués
dans le tableau I.
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~A~IEAU I
Nature du fil Résistance de contact en microhms.
après 6 se- Iapras 8 ~ours apras ex-
1 ~maines de à l'étuve ~ ~osition
nltla e vieillisse- humide au brouil
ment natu- à lard sali~
rel. 53-57C à 5% et
_
auivre 0~3 ~ 0~4 1 à 2,9 0~4 A 15après 50 h
de
tréfilage 2~7 à 9 isolant
Fil Al ~
dégraissé 1 à 8 id.
Fil A1
décapé 0,6 ~ 15 13 à 49 id.
Fil dé¢a- 1~8 (mo- 1,8 (mo- 30 (moyen- id.
pé en AGS~ yenne) yenne) ne)
Fil en 0,23 0,23 bonne
alliage (moyenne) (moyenne) 0,7 à 1~8 ;tenue
- 20 AGS~ re- apr~s
vêtu 100 h.
d'une cou-
cuivre, --
puis d'une
couche
d'~tain
~ es fils revêtus selon le procédé de la demande
peuvent être enduits d'un revêtement isolant usuel tel que
polychlorure de vinyle ou polypropylène, et les qualit~s de
contact citées ci-dessus sont conservées et retrouvées lorsqu'on
~0 dénude une portion du ~il en vue de le raccorder par pres9ion
un autre él~ment métall;que, par exemple en cuivre. Ils peu-
vent aussi être asæemblés pour constituer des c~bles.
-- 6 --
, ~ 1061281
EXE~PIE 1 - On disposait d'un bain con-tenant 100 ~ 1 de H3P04
et, à titre d'additlf~ 30 ~ 1 du produit vendu en France 90US
la marque de commerce "Defetter H 1 par les Etablissements
Chevert. Ce bain était maintenu a 70C environ.
On disposait d'autre part d'un fil brut à usage élec-
trique de diamètre 2~3 mm~ en alliage AGS~ ou 6101-01, conte-
nant 0~70% de Mg et 0,60% de Si comme éléments principaux d'ad-
dition.
Ce fil ~tait plong~ sans d~capage oU autre prépara-
~ion de ~urface, dans ce bain ; la scconde clectrode était en
graphite. ~a tension entre le fil et cette électrode éta~t de
4 volts pour un bain neuf. La durée du traitement était de
5 secondes. ~a densité de courant était de 6 A/dm2
~a résistance de contact entre deux brins de fil ainsi
, .
traités, mesurée sur plusieurs échantillons, était :
- après traitement~ comprise entre 0,8 et 1,1 microhm~
~ avec une moyennede l;
;; - après six semaines de vieillissement naturel,
oomprise entre 1~2 ct 1~4 mi¢rohm~ aveo une moyenne de 1~35 ;
- apras traitement à 1~0C pendant une minute, com-
prise entre 0,2 et 0,6 microhm, avec une moyenne de 0,4 ;
- après traitement de 8 jours en atmosphère humide
saturée à 95% (norme EDF CCTU Ol.Ol), comprise entre 0,9 et
2,7 microhms, avec une moyenne de 1,6.
Après exposition de 100 heures au brouillard salin le
fil ne présentait que quelques piqûres superficielles.
~; EXE~IE 2 - On disposait du même fil que dans l'exemple 1, mais
ce fil a été décapé dans~un bain alcalin et a subi une neutra-
lisation en solution nitrique avant d'être traité comme décrit
dans l'exemple 1, sauf que la durée de l'électrolyse était de
3 secondes.
~a résistance de contact entre brins de fil ainsi
~ 7 -
.
. ``i- 1061Z81
traités, mesurée sur plusieurs echantillons et exprimée en
microhms, était : ~
après traitement, comprise entre 0,9 et 1,4, avec
~; une moyenne de l,l ;
- après six semaines de vieillissement naturel, com-
prise entre l,9 et 2,4, avec une moyenne de 2,1 ;
- après traitement d'une minute à 180C~ comprise en-
tre 0,18 et 0~65, avec une moyenne de 0,42 ;
- apr~s traitement de 8 jours ~ l'étuve humide
53-57C, comprise~entre 1~2 et 3,2, avec une moyenne de 2.
Après expositlon de lOO heures au brouillard salin il
n'apparaissait que quelques amorces de piq~res.
EXEMPIE 3 - On disposait du même fil que dans l'exemple l et
on l'a décapé comme dans l'exemple 2. On l'a traité dans un
bain contenant 100 g/l de H3P04 et lO ~ l d'un produit liguide
fourni par la Sooiété PRODUITS CHIMIQUES UGINE KUHIMANN et donné
:~ comme oontenant, ~ titre de oonstituants principaux, outre une
~: : solution agueuse d'aoide sulfurique~ un tensioa¢tif fluoré vendu
sous le nom de FORA~Aa*par la Société PRODUI'~S aHIMIQuEs UGI~E
K~ILMANN et de formule C6F13-(CH2)2 ~ 2 2 P
étant compris entre 10 et 16, des alcools gras polyéthoxylés
vendus SOU9 le nom d'UKA~I~*par la Société PRODUITS CHIMIQUES
UGINE KUHIMANN, et notamment l'UKAMI~ 87*qui est un produit
résultant de la condensation d'oxyde d'éthylène (environ 70~0
en poids) sur un alcool gras ayant de 13 à 15 atomes de carbone,
un polyéthylèneglycol de masse voisine de 400, et notamment
l'EMKAPO~ 400*vendu par la Société PRODUITS CHIMIQUES UGINE
KUHL~.~N~.
~a résistance de contact entre deux brins de fil
ainsi traités était de 0,45 microhm sur plusieurs échantillons ;
au bout de huit jours d'exposition ~ l'étuve humide (suivant
norme Electricitc de ~rance CCq'U 01.01) elle ne s'élevait qu'~
1,3 microhm (valeur moyenne)~
* Marque de commerce
