La présente invention concerne une installation pour la fabrication e continu d'une feuille métallique extra-mince par dépôt électrolytique

Ls technique du dépôt électrolytiαue est connue et utilisée depui longtemps pour former des revêtements métalliques de faible épaisseu sur des substrats présentant les formes les plus diverses. Le dépôt e continu s'adresse particulièrement aux produits allongés, de grand longueur, tels que les bandes ou les fils, qui peuvent défiler à tra vers le dispositif de dépôt.Cette technique permet de réaliser de revêtements adhérents, qui demeurent en permanence à la surface du sub strat, ou des revêtements non adhérents, qui peuvent être détachés d

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substrat et constituer ainsi des produits indépendants.

Au sens de la présente invention, il faut comprendre que l'expression "fabrication d'une feuille extra-mince" désigne la formation d'un revê- tement non adhérent sur un substrat mobile suivie du décollement de ce revêtement sous la forme d'une feuille extra-mince qui constitue un produit indépendant.

Il a déjà été proposé d'utiliser un substrat mobile constitué par un tambour rotatif qui forme la cathode du système d'électrolyse et qui tourne en face d'une anode de forme appropriée. Dans l'espace étroit ménagé entre l'anode et la cathode, on fait circuler 1'électrolyte à grande vitesse et tangentiellement à la cathode. Grâce à cette dis¬ position, il est possible d'atteindre des densités de courant de l'or- dre de 30 A/dm ² .

Par le brevet LU-A-86.119 du même demandeur, on connaît un dispositif permettant de déposer un revêtement électrolytique, notamment non adhé¬ rent, sur une cathode rotative. Ce dispositif comprend une anode qui est conçue de façon à assurer une turbulence élevée de 1'électrolyte dans l'espace compris entre l'anode et la cathode, en pratiquant une alimentation en électrolyte perpendiculairement au plan de la cathode et sans faire appel à des pression motrices excessives.

Ce dispositif ne permet cependant pas d'atteindre le niveau de produc¬ tion élevé que requiert une exploitation industrielle.

La réalisation d'une installation capable d'assurer une production éle¬ vée pose des problèmes découlant notamment du caractère continu et de la haute technicité du procédé qui \ est mis en oeuvre.

L'épaisseur moyenne et la largeur de la feuille .extra-mince à réaliser sont déterminées en fonction des besoins des utilisateurs et varient dès lors, pour une installation donnée, dans des limites relativement é- troites.

Il en résulte que l'augmentation de la production implique un accrois sement de la vitesse du substrat qui entraîne à son tour une augmen tation de la longueur, et donc de l'encombrement, du dispositif de dé pôt, afin de conserver une même durée de dépôt.

L'encombrement du dispositif de dépôt peut, dans une certaine mesure être minimisé en recourant à quelques précautions particulières, telle que l'emploi d'une anode permettant d'opérer avec des densités de cou rant élevées et la mise en oeuvre d'un débit d 'électrolyte et d'un densité de courant aussi élevés que possible. Il reste néanmoins néces saire d'augmenter la longueur nette de dépôt, c'est-à-dire la longueu de la zone où les électrodes se trouvent effectivement en face l'une d 1 ' autre.

Cette augmentation s'obtient par une augmentation simultanée de la lon gueur de l'anode et de la cathode dans le sens de défilement du substrat.

La longueur de l'anode peut être accrue aisément en juxtaposant plu sieurs dispositifs tels que ceux qui sont décrits dans le breve LU-A-86.119 déjà cité.

En ce qui concerne la cathode à tambour rotatif rappelée plus haut l'augmentation désirée de la longueur nette de dépôt implique un augmentation sensible du diamètre du tambour, laquelle est limitée, e pratique, pour des raisons de fabrication, de montage et d'encom brement.

On peut également envisager d'utiliser plusieurs dispositifs de dépôt successifs. Cette disposition présente cependant plusieur inconvénients graves. La feuille quittant un dispositif intermédiair présente une épaisseur plus faible que la feuille extra-mince finale et sa manipulation augmente les risques de déchirure du produit. En outre, de telles feuilles ne peuvent d'ailleurs pas être détachées en-deçà d'une "épaisseur décollable minimum" limitant la vitesse de défilement. Enfin, la multiplication des dispositifs de dépôt augmente fortement le

coût et la complexité de l'installation.

Il est également connu d'utiliser une cathode mobile constituée par une courroie métallique tournant autour de deux rouleaux parallèles. Une telle courroie peut avoir une longueur suffisante pour que le dépôt soit effectué complètement sur une seule courroie, quelle que soit la vitesse de celle-ci. Elle permet de remédier aux inconvénients précités des cathodes à tambour rotatif, mais elle donne lieu à d'autres dif¬ ficultés liées notamment à la longueur et à la vitesse de la courroie. En particulier, on peut mentionner la difficulté de guider une courroie de grande longueur et la nécessité de compenser la déformation en chaî¬ nette, qui sont encore compliquées par le caractère agressif du milieu ambiant. Une telle installation se heurte également à des problèmes d'étanchéité et de freinage de la courroie liés à 1 ^r alimentation élec- trique de la courroie par des balais.

La présente invention a pour objet de proposer une installation pour la fabrication en continu d'une feuille métallique extra-mince par dépôt électrolytique d'un revêtement non adhérent sur un substrat mobile suivi du décollement de ce revêtement, installation qui permet d'éviter les divers inconvénients précités etd'assurer une production élevée de feuille extra-mince.

L'installation qui fait l'objet de la présente invention est basée sur l'utilisation d'anodes du type décrit dans le brevet LU-A-86.119 précité et d'une cathode mobile se déplaçant en face de ces anodes.

A cet effet, l'installation qui fait l'objet de la présente invention, pour la fabrication d^ne feuille métallique extra-mince par dépôt électrolytique sur une cathode mobile et séparation ultérieure du dépôt et de la cathode, qui comporte au moins une anode comprenant une plaque percée d'une première série d'orifices raccordés à des moyens d'alimen¬ tation en électrolyte et d'une seconde série d'orifices raccordés à des moyens d'évacuation de 1 'électrolyte, est caractérisée en ce que : a, la cathode mobile est constituée par une courroie métallique tendue entre deux rouleaux parallèles, de préférence horizontaux;

(b) au moins un desdits rouleaux est motorisé afin de mettre la courroie en rotation autour des deux rouleaux:

(c) une première pluralité desdites anodes est disposée en face d'une portion de la longueur d'un premier brin de ladite courroie; (d) des moyens de raccordement électrique de la plaque de chacune des anodes de ladite première pluralité d'anodes à la borne positive d'une source de courant électrique continu;

(e) des moyens de raccordement électrique de la dite courroie métal¬ lique à la borne négative de ladite source de courant électrique continu;

(f) des moyens de réglage de la vitesse de ladite courroie métallique, des débits d'alimentation et d'évacuation de 1 'électrolyte. ainsi que de l'intensité du courant électrique.

Selon d'autres caractéristiques pouvant être combinées, le dispositif de l'invention comprend des moyens de rinçage de la feuille extra- mince, respectivement des moyens de séchage de cette feuille extra- mince, qui sont situés avant l'appareil de séparation de ladite feuille et de ta cathode mobile: le dispositif peut également compor¬ ter une installation pour soumettre la feuille à un traitement provo- quant une augmentation de sa teneur en carbone.

Conformément à l'invention, ladite cathode est constituée par une courroie en titane, de préférence poli. L'état de surface de la ca¬ thode influence fortement l'aptitude au décollement et la qualité de la feuille extra-mince produite, et il est avantageux, à cet égard, que la cathode présente une surface active aussi polie que possible. Au sens de la présente demande, la surface active de la courroie est celle qui reçoit le dépôt électrol}tique.

Il s'est en outre avéré avantageux que le second desdits rouleaux de préférence horizontaux soit également équipé d'un moteur d'entraî¬ nement.

Selon une caractéristique particulièrement intéressante, le dispo¬ sitif de l'invention comporte une seconde pluralité d'anodes disposée en face d'une portion de la longueur du second brin de ladite courroie, la plaque desdites anodes étant raccordée électriquement à la borne positive d'une source de courant électrique continu.

Dans une réalisation avantageuse du dispositif de l'invention, lesdites première et seconde pluralités d'anodes sont disposées en face de por¬ tions de longueur sensiblement égale des brins respectifs de ladite courroie, à partir d'un premier desdits rouleaux horizontaux, 1 'en- semble comprenant ledit premier rouleau, lesdites première et seconde pluralités d'anodes et les portions correspondantes des brins de la courroie est enveloppé par une enceinte étanche, le second desdits rou¬ leaux est situé à l'extérieur de ladite enceinte et ladite enceinte comprend des étanches aux liquides pour l'entrée et la sortie de ladite courroie.

Selon l'invention, au moins une anode est constituée par un caisson parallélépipédique dont la paroi située en face de la cathode est réa¬ lisée en un matériau conducteur de l'électricité, de préférence en gra- phite, les autres parois dudit caisson étant de préférence réalisées en un matériau électriquement isolant et chimiquement inerte vis-à-vis de 1'électrolyte.

Egalement selon l'invention, les moyens de raccordement électrique d'une anode comprennent des barres de cuivre raccordées à la plaque de ladite anode, de préférence des deux côtés de la largeur de ladite plaque.

Suivant encore une autre particularité du dispositif de l'invention, les moyens de raccordement électrique de ladite courroie métallique comprennent des balais, qui sont de préférence immergés dans l'électro¬ lyte.

Une autre caractéristique de l'installation conforme à l'invention réside dans le fait que les moyens de rinçage, respectivement de séchage, de la feuille métallique extra-mince comprennent des appareils de projection d'eau, respectivement d'air, en direction de ladite feuille.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont précisés dans la description qui va suivre, d'une réalisation particulière de l'installation, schématiquement illustrée par les dessins annexés dans

lesquels la Fig. 1 montre une vue générale de cette réalisation par¬ ticulière; la Fig. 2 illustre le circuit de 1 'électrolyte dans cette réalisation; et la Fig. 3 illustre une variante particulière de l'installation comportant un dispositif de cémentation.

Les éléments analogues qui apparaissent dans les figures sont affec¬ tés αεs mêmes repères numériques. En outre, on n'a pas représenté les parties de l'installation qui ne sont pas indispensables à la bonne compréhension de l'invention.

La figure 1 montre une vue générale, en long, d'une réalisation par¬ ticulière de l'installation de l'invention. Cette installation com¬ prend une cathode mobile sous la forme d'une courroie métallique (1, tendue entre deux rouleaux horizontaux parallèles (2,3). Les rives de la courroie (1) peuvent être masquées, côté anode, au moven d'un revêtement adéquat de manière à donner à la feuille extra-mince la largeur voulue. Les rouleaux sont mus en rotation par des moteurs, non représentés, et leur sens de rotation est indiqué par une flèche courbe. La courroie métallique (1) définit ainsi un brin supérieur (4) qui, comme on l'expliquera plus loin, est le brin d'entrée, et un brin inférieur (5) ou brin de sortie. L'installation comprend égale¬ ment des anodes du type décrit dans le brevet LU-A-86.119 précité, dans lesquelles la paroi percée de deux séries d'orifices est une plaque de graphite plane. Ces anodes sont divisées en deux groupes, à savoir un groupe supérieur (6) dans lequel les anodes sont position¬ nées de manière telle que leurs plaques de graphite respectives soient opposées et parallèles à la face extérieure du brin supérieur (4^ de la courroie, et un groupe inférieur (7) dans lequel les anodes sont positionnées de manière telle que leurs plaques de graphite respectives soient opoosees et parallèles à la face extérieure du brin inférieur ^N de la courroie.

Dans une telle disposition, la courroie métallique (1) n'est αue par¬ tiellement immergée dans 1 ' électrolvte et l'on peut donc considérer que l'installation de fabrication d'une feuille métallique extra- mince se compose de deux parties distinctes, malgré la continuité physique de la courroie (1).

La partie immergée de l'installation comprend : une portion de la courroie (1), ladite portion ayant une longueur constante, mais étant constamment renouvelée par suite du mouvement de la courroie; - les deux groupes d'anodes [ 6 , 7):

- le rouleau (3; ;

- les balais assurant l'alimentation électrique de la cathode, dont il sera question plus loin.

La partie non immergée ou aérienne de l'installation comprend :

- la portion restante de la courroie (1);

- le rouleau '2; :

- les movens d'essorage, de rinçage, de séchage et de décollement de la feuille extra-mince, qui seront décrits plus loin.

Dans la réalisation représentée dans la figure 1, la partie immergée de l'installation est enveloppée par une enceinte étanche (8), qui comporte des sas d'entrée et de sortie de la courroie.

En face de la portion de la courroie (1) se trouvant sur le rouleau im¬ mergé (3) est disposée une électrode de polarisation permettant d'éli¬ miner toute attaque chimique de la feuille extra-mince par l'électro¬ lyte lors du passage du groupe supérieur (6) au groupe inférieur (7) des anodes. Cette disposition permet en outre d'éviter la fabrication d'anodes cylindriques.

Ce rouleau immergé {3 ) doit avoir un diamètre suffisamment grand pour transmettre à la courroie le couple nécessaire à sa rotation et pour minimiser les risques de rupture de la courroie par fatigue.

L'alimentation tant en électrolyte qu'en courant électrique des anodes des deux groupes précités peut être réalisée soit individuellement soit par cellules regroupant un nombre quelconque d'anodes. Pour la clarté de l'exposé, les diverses alimentations seront décrites en faisant référence à une cellule, étant entendu qu'une telle cellule pourrait ne comporter qu'une seule anode.

L'alimentation électrique d'une cellule est assurée au mo\en d'un jeu de barres de cuivre, connues en soi, raccordées à la plaque d graphite, des deux côtés de la largeur de celle-ci: cette disposition a pour effet de réduire les pertes ohmiques dans la plaque de graphite et de minimiser ainsi les variations de la densité de courant susceptibles de provoquer des variations de l'épaisseur du dépôt suivant la largeur de la courroie.

L'alimentation électrique αe la cathode est réalisée par l'intermé- diaire de balais immergés dans 1 'électrolyte et répartis sur la surface "intérieure" de la courroie 1;, en face des groupes d'anodes.

Le fait que les balais soient immergés élimine la nécessité de prévoir des joints étanches entre des pièces fixes et des pièces mobiles. En outre, 1 'électrolyte joue le rôle de lubrifiant et réduit ainsi la forc de frottement appliquée à la courroie. Enfin, 1 'électrolyte diminue la résistance de contact entre la cathode et les balais et il contribue ainsi à améliorer le rendement électrique de l'installation.

Le circuit de 1 'électrolyte sera décrit plus loin, en faisant référence à la figure 2.

Le rouleau non immergé (2) présente un diamètre égal à celui du rouleau immergé (3). Il assure la transmission de la moitié du couple néces- saire à l'entraînement de la courroie, ainsi que le guidage de la cour¬ roie dans le sens transversal.

Dans l'installation conforme à l'invention, les moyens de rinçage et/ou αe séchage de la feuille métallique extra-mince sont situés avant l'ap- pareil αe séparation de ladite feuille et de la courroie ,1). Cette disposition permet d'exécuter les importantes et délicates opérations de rinçage et 'ou de séchage alors que la feuille extra-mince adhère toujours à la courroie: on réduit ainsi les risques de dégradation ou de déchirure de cette feuille.

Les dispositifs utilisés à cet effet sont connus en soi. Outre les rou¬ leaux d'essorage en caoutchouc, non représentés mais disposés aussi près que possible de la sortie de l'enceinte (8), l'installation com¬ prend des moyens de rinçage (9) par exemple par pulvérisation d'eau chaude, éventuellement suivis de moyens de séchage (10) tels que des appareils de soufflage d'air, chaud ou froid.

Le décollement de la feuille extra-mince est réalisé au moyen d'un pe¬ tit rouleau (11) motorisé, placé approximativement à hauteur de l'axe de rotation du rouleau non immergé (2).

La figure 2 illustre le circuit de 1 'électrolyte dans une installation du type représenté dans la figure 1. Comme indiqué plus haut, on se ré¬ fère à nouveau ici à une cellule aπodique.

De façon connue par le brevet LU-A-86.119 déjà cité, 1 'électrolyte tra¬ verse la plaque de graphite de la cellule par une première série d'ori¬ fices, parcourt un court trajet entre la cathode et ladite plaque de graphite et traverse à nouveau la plaque de graphite, dans l'autre sens. Cette construction n'est pas représentée en détail dans la figure 2. On peut rappeler que ce type d'anode permet de renoncer aux joints latéraux, car elle ne donne lieu à aucun écoulement latéral sensible d'électrolyte.

Dans cette figure 2, qui résulte d'une coupe transversale suivant le plan I-I de la figure 1, on a schématisé les brins supérieur (4) et inférieur (5) de la courroie, ainsi que la plaque de graphite d'une anode de chacun des groupes supérieur (6) et inférieur (7).

Pour produire, avec une haute densité de courant, une feuille métalli¬ que extra-mince ayant un bon aspect de surface et une cohésion suffi¬ sante, on doit réaliser des débits spécifiques d'électrolyte importants dans l'espace étroit formé entre l'anode et la cathode.

La présente installation comprend un circuit d'électrolyte dans le¬ quel les pertes de charge sont faibles.

Chaque paire de cellules superposées, appartenant l'une au groupe supérieur < ^" 4, 6) et l'autre au groupe inférieur (5, 7) est alimentée en électrolyte par une pompe (12) prélevant le liquide dans un bassin de collecte (13). La pompe (12) envoie 1 'électrolyte dans les condui¬ tes (14) et (15) qui alimentent respectivement la première série d'orifices des anodes (6) et (7).

Comme le montre la figure 1. le bassin de collecte (13) est situé directement en dessous du groupe inférieur (7) d'anodes et il s'étend au moins sur toute la longueur de la partie immergée de l'installa¬ tion.

L 'électrolyte évacué par la face arrière des cellules du groupe infé¬ rieur (7) tombe directement dans le bassin de collecte (13). L'élec¬ trolyte évacué par la face arrière des cellules du groupe supérieur (6) est collecté par un canal (16) de grande section qui longe la partie immergée de l'installation sur toute sa longueur et qui ramène 1 'électrolyte dans le bassin de collecte (13) par l'intermédiaire d'une cascade (17) contournant le rouleau immergé (3).

L'installation comporte encore, à l'entrée de sa partie immergée, des rouleaux pinceurs (18) qui permettent d'empêcher la torsion de la courroie (1) dans la section de dépôt.

Le dispositif de l'invention peut avantageusement être équipé de moyens pour, après séparation de la feuille à base de fer et de la cathode mobile, soumettre ladite feuille à base de fer à un traite¬ ment provoquant une augmentation de sa teneur en carbone; selon l'in¬ vention, ce traitement est avantageusement constitué par une opéra¬ tion de cémentation gazeuse.

Un tel traitement par cémentation gazeuse s'est avéré particulière¬ ment intéressant pour augmenter la teneur en carbone d'une feuille

initiale à base de fer produite par dépôt électrolytique. En effet, les essais effectués par le Demandeur ont montré, de façon absolument inattendue, que la vitesse de cémentation d'une telle feuille était particulièrement élevée, pour autant que les conditions du traitement soient judicieusement choisies. Cette vitesse de cémentation élevée, qui pourrait notamment être due à la pureté de la feuille initiale, permet d'atteindre le degré de cémentation désiré en un temps très court, parfaitement compatible avec un processus de fabrication en continu.

Selon l'invention, les moyens pour appliquer le traitement en ques¬ tion comportent un four de chauffage jusqu'à une température comprise entre 900°C et 1050°C, sous une atmosphère carburante, une zone de maintien dans cette gamme de température et sous cette atmosphère pendant une durée qui n'excède pas 5 min., et une zone de refroidis¬ sement avec une vitesse de 5°C/s à 20°C/s dans l'intervalle de tempé¬ ratures de 800°C à 600°C, puis une zone de refroidissement jusqu'à la température ambiante.

Pour ce traitement, on peut utiliser un four à atmosphère carburante connue en soi, telle que du CH, ou un mélange gazeux riche en CH, et/ou CD et H _? .

Egalement dans le cadre de l'invention, l'installation peut également comporter au moins un dispositif pour recouvrir ladite feuille d'une couche métallique de protection, avec une étape de chauffage éclair pour provoquer la formation d'une couche intermédiaire d'alliage intermétallique entre ladite feuille et la couche de protection.

Enfin le dispositif de l'invention tel qu'il vient d'être décrit dans la variante ci-dessus peut encore être équipé de moyens pour revêtir la feuille d'un film protecteur constitué d'un oxyde tel que l'oxyde de chrome ou d'une substance organique telle qu'une laque, une résine ou un vernis.

La Fig. 3 représente une variante de l'installation de la Fig. 1, dans laquelle il est prévu un dispositif pour assurer la cémentation de la feuille métallique extra-mince, après que celle-ci ait été décollée de la cathode mobile.

En aval de l'installation (1) décrite en détail plus haut, est situé un dispositif (19) destiné à provoquer une augmentation de la teneur en carbone de la feuille extra-mince. Dans la réalisation illustrée ici, ce dispositif '19) est constitué par un four de cémentation gazeuse, où la feuille extra-mince est exposée à une atmosphère car¬ burante, par exemple du CH,, à une température élevée.

Ce dispositif (19) peut être suivi d'autres installations de revête¬ ment telles qu'une installation de galvanisation au trempé (20) ou une installation d'étamage (21). Enfin, un dispositif de finition (22), tel qu'une installation de dépôt d'un revêtement protecteur par chromatation, laquage ou autre, peut encore être installé en aval.

Les installations 20, 21 et 22 sont, en soi, bien connues dans la technique et ne nécessitent pas de description détaillée. Il convient néanmoins de limiter l'effort de traction exercé dans ces installa¬ tions, afin de tenir compte de la résistance à la traction relative¬ ment faible de la feuille extra-mince.