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PROCEDE E:T DISPOSITIF POUR DEPOSI~R ELECTROLYTIQIIEM}~NT AU DEFILI~
UN FIIM CONTIlIU DE NICKI~L SUI~ DlJ FIL M13T~LLIQUI~ A IISAGE ELI~CTRIQl~!
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour déposer
électrol~tiquement, au défilé, un film continu de nickel sous forme
de globules de taille réglable sur du fil métallique à usage électrique.
Le brevet français n 2 526 052, appartenant à la demanderesse, enseigne
un procédé et un disposltif pour revêtir une grande longueur de métal
d'une couche métallique. Il s'applique notamment au nickelage direct,
c'est-à-dire sans l'application de couches intermédiaires, de conducteurs
électriques en aluminium ou en un de ses alliages, de diamètre compris
entre 1,5 et 3 mm et utilisés à des fins soit industrielles, soit
domestiques.
Le procédé consiste à faire passer le fil, préalablement débarrassé
des résidus de lubrification, d'abord à travers une prise de courant
liquide qu'on appellera ci-après bain d'activation où, par passage d'un
courant électrique continu ou pulsé, il se charge positivement et acquiert
sous l'action de composés acides et/ou salins contenus dans le bain
une surface dite active convenant parfaitement à un revêtement ultérieur;
puis, à travers un bain de nickelage où, par passage du même courant,
il se charge négativement et se recouvre progressivement de nickel jusqu'à
former un film continu. Ce procédé a permis dlobtenir sur des fLls
défilant à près de 300 m/minute un film de nickel d'une épaisseur de
quelques microns présentant notamment une bonne adhérence et une
résistance de contact faible et non évolutive, propriétés indispensables
pour réaliser des conducteurs électriques fiables. Cette adhérence était
telle que le fil pouvait ensuite être tréfilé jusqu'au diamètre 0978
mm sans qu'on constate ni décollement, ni arrachement du revêtement
de nickel.
Le brevet précité enseigne également un dispositif compact dans lequel
les cuves dlactivation et de nickelage ont chacune une longueur voisine
de 5 mètres et sont équipées ch cune d'une électrode plane q'allongeant
parallèlement au fil sur tout son parcours dans le bain.
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La demanderesse ayant maintenant pour but de fabriquer des câbles
électriques à partir de torons constitués d'un certain nombre de fils
d'aluminium nickelé d'un diamètre inférieur à 1 mm avait envisagé
d'utiliser le procédé ci-dessus en le complétant par une gamme
supplémentaire d'opérations de tréfilage destinées à amener les fils
au diamètre voulu. Mais, elle a alors rencontré certaines difficultés
en ce qui concerne la tenue du revêtement de nickel qui, pour des
réductions de section importantes, se dégradait et conduisait à une
évolution défavorable de la résistance de contact du fil obtenu.
C'est pourquoi elle a essayé dlappliquer son procédé au revêtement de
fils fins afin de pouvoir le toronner directement et d'éviter ainsi
toute opération de tréfilage. Mais, de nouveaux inconvénients sont apparus
tels que la formation de dépôts pulvérulents ou de films discontinus.
Clest dans le but de proposer une solution à ce problème, solution
d'ailleurs transposable aux fils de toutes dimensions, que la demanderesse
a mis au point selon l'invention un procédé pour déposer
électrolytiquement, au défilé, un film continu de nickel sous forme
de globules de taille réglable sur du fil métallique à usage electrique
dans lequel, après dégraissage, on soumet le fil à une densita de courant
qui le charge positivement en le passant à travers un bain dlactivation
sous tension puis, après rincage, à une densité de courant qui le charge
négativement en le passant à travers un bain acide de nickelage sous
tension et enfin à un rin,cage et à un séchage et qui est caractérisé
en ce que dans le but de moduler la densité de courant le long du parcours
du fil,on réduit la densité de courant dans la partie amont du bain
de nickelage et/ou aval du bain d'activation et règle l'acidité du bain
de nickelage à une valeur de pH comprise entre 1 et 5.
Ainsi retrouve-t-on dans ce procédé les moyens utilisés dans le brevat
précité mais auxquels s'ajoutent des moyens particuliers qui permettent
dans le bain de nickelage, d'une part de développer un dépôt de nickel
sous une forme particulière de globules adhérant parfaitement au fil
et d'éviter ainsi tout dépôt pulvérulent et, d'autre part de maitriser
la taille et la répartition de ces globules de facon à assurer un
revêtement continu du fil. Quant au bain d~'activation, on constatQ que
ces moyens particuliers ont un effet bénéfique sur la préparation de
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la surface du fil en développant notamment des centres d'accrochage
pour le nickel.
Ces moyens sont constitués, d'une part, par une réduction de la densité
de courant dans la partie amont du bain de nickelage ou aval du bain
d'activation. En effet, on a constaté que dans l'art antérieur où il
y a une seule électrode ou même plusieurs électrodes réparties
régulièrement le long du bain et parallèles au fil, la densité de courant
était très élevée dans la partie amont du bain de nickelage et ce,
d'autant plus que l'intensité de courant admise était granda; ce qui
pouvait nuire à la qualité du dépôt.
La demanderesse a trouvé qu'il Eallait réduire la densité de courant
dans la partie amont du bain de nickelage pour voir apparatre une couche
de nickel sous forme de globules adhérant et couvrant mieux le substrat
et qui confère une résistance de contact faible.
Cette amélioration a été accentuée en substituant au profil de la densité
de courant inhérent au procédé antérieur, à savoir une courbe décroissante
de l'entrée à la sortie du bain, un profil dans lequel à une croissance
régulière succède une décroissance lente et, en particulier, en situant
la densité maximum en un endroit du bain situé entre le tiers de la
longueur à partir de l'entrée et le milieu tout en réduisant au mieux
l'écart entre cette densité maximum et la densité minimum.
Dans ces conditions, on observe une réduction de la taille des globules
qui conduit à un plus grand taux de recouvrement du fil et par suite
à une résistance de contact nettement meil]eure.
30 Les moyens de l'invention consistent, d'autre part, en un réglage de
l'acidité du bain de nickelage à une valeur de pH comprise entre 1 et
5 car dans cette fourchette, la demanderesse a constaté qu'on pouvait
également réduire la taille des globules de nickel avec les avantages
cités plus haut et ce d'autant plus que l'acidité augmente. Ces résultats
sont particulièrement nets pour des valeurs de pH comprises entre 2,5
et 3,5.
Cette acidité peut etre accrue, par exemple, en augmentant la quantité
d'acide sulfamique du bain de nickelage qui, comme il est décrit dans
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le brevet précité contient en outre du chlorure de nickel et de l'acide
orthoborique tandis que dans le bain d'activation, on retrouve les même8
constituants décrits dans ledit brevet.
Le procédé de l'invention peut être appliqué à tout fil métallique tel
que le fil de cuivre par exemple. Mais, il trouve un intérêt particuller
dans le nickelage de fils en aluminium ou en un de ses alliages à usage
électrique car il permet, en raison de sa masse spécifique relativement
faible et de l'allègement qui en résulte, une économie substantiellP
d'énergie lorsqu'on le substitue au cuivre pour la confection de câbles
destinés à équiper, par exemple, des engins de transport terrestres
ou aériens.
Ce procédé s'adapte particulièrement bien au nickelage de brins de faible
section (inférieure à 1 mm) car il donne un revêtement très adhérent
qui le rend apte à la confection de torons et de câbles qu'on peut obtenir
en nickelant simultanément plusieurs brins placés en nappe verticale
dans un même bain.
L'invention concerne également un dispositif d'application du procédé
décrit ci-dessus.
Ce dispositif comporte, comme dans le brevet précité, dans le sens de
défilement du fil, une première cuve contenant le bain d'activation,
un compartiment de rincage, une deuxième cuve contenant le bain de
nickelage, les deux cuves étant équipées chacune d'au moins deux paires
d'électrodes planes, chaque paire étant formée d'électrodes placées
de part et d'autre du ou des fils et immergée au moins partiellement
dans leur bain respectif, les paires du bain d'activation étant reliées
à une source de courant négative et celles du bain de nickelage étant
reliées à une source de courant positive. Maisg il est caractérisé en
ce que les électrodes d'au moins une desdites paires sont amovibles,
placées à une distanceréglable par rapport a au moins une paire voisine
et par rapport au fil et qu'on interpose entre chacune desdites électrodes
et le fil au moins un écran amovible en matériau isolant de l'électricité.
Ainsi, à la différence de l'art antérieur, au lieu de comporter une
ou plusieurs électrodes réparties regulièrement le long des cuves et
à égale distance du fil, le dispositif selon l'invention est constitué
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d'une part par des paires d'électrodes qu'on peut déplacex soit suivant
la longueur de la cuve pour les rapprocher ou les éloigner les unes
des autres ou laisser des espace~ libres notamment à l'une des extrémités
des cuves, soit suivant l'autre dimension de la cuve pour les rapprocher
plus ou moins du ou des fils à revêtir. De cette facon, on peut moduler
le profil de densité de courant le long du fil sachant que l'absence
d'électrodes diminue cette densité et que le rapprochement des électrodes
du fil l'augmente.
En particulier, le profil défini plus haut peut être obtenu soit enlaissant un espace libre dans la partie amont de la cuve de nickslage
et/ou aval de la cuve d'activation, soit en rapprochant les électrodes
du fil dans la partie opposée à la partie précitée.
Quant aux moyens spécifiques pour déplacer les électrodes, ils peuvent
être réalisés à partir des connaissances de l'homme de l'art.
Le dispositif de l'invention est constitué également par la présence
d'au moins un écran amovible entre chacune des électrodes d'au moins
une paire et le fil. Ces écrans sont réalisés en un matériau isolant
2~ de l'électricité et ont de préférence une bonne tenue au bain dlactivation
ou de nickelage. Ces écrans sont placés plus ou moins loin du fil et
masquent au moins partiellement les électrodes de sorte qu'ils
interrompent ou dévient les lignes de courant circulant dans les bains
et permettent donc de réduire la densité de courant en des endroits
précis du bain.
Afin de réaliser le profil décrit plus haut, ces ecrans sont placés
dans la partie amont de la cuve et/ou aval de la cuve d'activation.
Mais, on agit encore mieux sur ce profil en utilisant des écrans munis
de trous de diamètre variable. De préférence, on fait varier le nombre
de trous en fonction de la position de l'écran dans la cuve et, notamment,
on fait cro~tre leur nombre dans le sens de défilement du fil. Ainsi,
on peut associer des écrans pleins et des écrans percés.
Le dispositif ainsi concu est adapté au traitement d'un ou de plusieursfils en prévoyant dans les parois des cuves situées en bout des ouvertures
convenables situées les unes à côté des autres et équipées de joints
d'étanchéité. De préférence, pour Favoriser les échanges entre le fil
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et les bains, on peut assurer une circula-tion de ces
derniers au moyen de pompes. Le dispositif est aussi
heureusement complété par un compartiment de rinçage destiné
à éliminer au moyen d'eau déminéralisée le bain qui a pu
être entraîné hors de la cuve de nickelage, l'eau qui
mouille le fil étant ensuite évaporée dans un compartiment
de séchage.
~ 'ensemble des cuves et des compartiments de rinçage est
1~ con~u sous forme d'éléments modulaires, de longueur et de
secîion adaptables au problème de revêtement posé et
facilement associables entre eux.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins
ci-joints sur lesquels:
- la figure 1 représente une vue en perspective d'une cuve
de nickelage coupée dans le sens de la longueur suivant un
plan vertical placé un peu en avant du plan de symétrie
médian,
- la figure 2 représente les brins obtenus par le procédé au
grossissement 3000,
On distingue la cuve 1 de forme parallélepipédi~ue dont les
petites faces 2 sont percées chacune de trois trous 3 au
travers desquels passent trois brins métalliques 4 qui
défilent dans le sens de la flèche 5 dans le bain 6 de
nickelage. Dans cette cuve, on voit quatre des huit
électrodes 7 placées verticalement de part et d'autre de la
nappe et se rapprochant de cette dernière dans le sens de
déEilement des brins. Ces électrodes sont reliées à une
source de courant positive non représentée tandis que les
brins 4 sont chargés négativement.
On voit également entre les électrodes et la nappe ~uatre
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des huit ecrans 8 places para~lèlement à la nappe et à égale
distance entre eux dont les deux premiers, dans le sens de
défilement, sont pleins, le txoisième est percé de six trous
9 et le dernier de douze trous.
Les électrodes et les écrans sont suspendus dans le bain à
l'aide de moyens non représentés qui permettent de les
déplacer longitudinalement et transversalement dans la cuve.
Le bain est animé d'un mouvement de circulation de bas en
haut au moyen d'une pompe, non représentée, alimentée par
l'~coulement des surverses 10 et ~ui reEoule ledit bain dans
la rampe de distribution 11.
Une telle représentation est valable ~galement pour la cuve
d'activation.
L'invention peut ~tre illustrée à l'aide des exemples
d'application suivants:
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Exemple 1
Dans un dispositif comportant successivement :
- un premier compartiment de rinçage de dimensions intérieures 1000
x 120 x 120 mm contenant 9 litres de solution à 70C pompée à partir
d'un bac de reserve de 80 litres
- un compartiment de rinçage
- une cuve d'activation de dimensions intérieures 1000 x 120 x 120 mm
garnie d'électrodes de dimensions 100 x 80 x 80 mm reliées à une source
de courant négatif pouvant débiter 2000 A sous 40 Volts et d'écrans
de dimensions 120 x 40 x 5 mm en polypropylène disposéR de manière
à obtenir une répartition de la densité de courant judicieusement
choisie,ladite cuve renfermant une solution à 45C contenant 1~5 g~l
de chlorure de nickel à 6 H20, 12,5 g/l d'acide orthoborique, et 6 cm3
/1 d'aclde fluorhydrique et circulant de bas en haut à raison de 6 m3/h
- un deuxième compartiment de rincage
- une cuve de nickelage de dimensions intérieure9 1000 x 120 x 120 mm
garnie d'électrodes reliées au pole positlf de la même source de courant
qui alimente la cuve d'activation et d'écrans de memes dimensions que
ceux de la cuve d'activation, l'ensemble étant disposé suivant la figure
~ l; cette cuve de nickelage renfermant une solution à 65C contenant
300 g/l de sulfamate de nickel, 30 g/l de chlorure de nickel, 30 g/l
d'acide orthoborique ayant un pH de 3,2 e~ circulant de bas en haut
à raison de 6 m3/h
~~ - un troisième compartiment de rincage
-25 - un four de séchage.
On a passé simultanément 5 brins en aluminium du type 1310.50 suivant
les normes de l'Aluminium Association de diamètre 0,51 mm défilant à
une vitesse de SO m/min.
Les brins obtenus étaient recouverts chacun d'une épaisseur moyenne
de nickel de 1,5 lum sous forme de globules de diamètre 1,0 um dont on
a une représentation au grossissement 3000 sur la figure 2 et qu'on
peut comparer à la figure 3 correspondant à l'art antérieur et qui donnait
des globules beaucoup plus gros (3 ~m) et ne formant pas une couche
continue.
Ces brins ont pu être toronnés et ont donné au cours d'essais de
résistance de contact sous 500 g des valeurs comprises entre 1,5 et
2 m 1~ alors que dans l'art antérieur pour de tels brins, on obtenait
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des valeurs supérieures à 2 m Q .
Exemple 2
Sur le même dispositif, on a traité des nappes de 5 Eils de diamètre
inférieur à celui de l~Exemple 1, c'est-à-dire des fils de diamètre
0,32 - 0,30 - 0~25 - 0,20 et 0,15 mm à des vitesses de défilement
comprises entre 25 et 50 m/min et obtenu un dépôt de nickel de 1,0 /um
d'épaisseur moyenne, formé de globules de diamètre inférieur au micron,
présentant des résistances de contact inférieures au m_fL.
Ces fils nickelés ont été toronnés et câblés, puis isolés avec les
matériaux agréés par l'Aéronautique.
L'invention trouve son application dans le nickelage de fils métalliques
notamment en aluminium, de tout diamètre et, en particulier, inférieurs
à 1 mm et permet l~obtention par toronnage et cablage de conducteurs
électriques légers et fiables particulièrement intére3sants pour équiper
les engins de transport aeriens ou terrestres où l'économie d'énergie
par allègement des équipements est très appréciée.
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