Procédé d'électrolyse. L'invention a pour objet un nouveau pro cédé d'électrolyse pour le dépôt galvanique avec anode soluble.
Elle s'applique à l'obtention de métaux, d'alliages et de dépôts métalliques entière ment polis, dont les caractéristiques sont à tous points de vue bien supérieures à. celles des produits obtenus par les procédés actuel lement connus.
Le nouveau procédé est basé sur la cons tatation faite par les demandeurs que, lors du dépôt électrolytique de métaux en travaillant avec anode soluble, la tension appliquée aux électrolytes a non seulement une influence considérable sur la façon dont l'électrolyte se comportera, mais apporte une modification profonde dans la nature même de l'électro lyte.
Dans la pratique usuelle, on n'applique généralement aux électrolytes qu'une tension légèrement supérieure 1. la tension de d6com- position et qui est déterminée, .d'une part, par la résistivité .de l'électrolyte considéré, d'autre part, par la force contre électromo trice de polarisation.
La valeur de la tension à employer, d'après 1e3 principes connus, est particulière ment bien déterminée dans l'ouvrage publié en France, en 1980, sous le titre: L'électro- -déposition des métaux" par Dr. W. Pfan- hauser, traduit par A. Alleman, N. Gourot et J. Fregier.
Dans cet ouvrage, l'auteur indique en ce qui .concerne le rapport entre la .densité et la tension (page 94 et suivantes), comment on peut pratiquement déterminer cette tension et il ajoute (page 117) qu'élever cette tension sera nuisible, puisque la densité croissant en même temps, le maximum de densité sera dé passé.
Ce n'est .donc pas seulement par raison d'économie, mais également pour cause d'im possibilité matérielle que l'on n'a employé jusqu'à ce jour que des tensions réduites au minimum.
L'augmentation de la tension et par suite l'augmentation de la densité de courant pro duit en effet -des inconvénients considérables qui, pour les gens de l'art, ont paru jusqu'ici constituer une barrière infranchissable.
Or, les demandeurs ont fait la constata tion surprenante et inattendue que si l'on per siste à augmenter la tension, il arrive un mo ment où non seulement les inconvénients con nus .diminuent, -mais encore ils .disparaissent complètement pendant une certaine période et réapparaissent à nouveau dès que la ten sion diminue.
Les demandeurs ont remarqué que les in convénients en question provenaient de ce que la température ne se trouvait plus en rapport normal avec la tension et la .densité de courant eu égard à la composition de l'é lectrolyte.
Il fallait donc, pour profiter des avan tages réalisables, chercher à se maintenir dans une période de bonne marche.
C'est alors que les demandeurs ont fait cette seconde constatation: après avoir aug menté la tension jusqu'au point désirable, si on la diminue jusqu'à un point où la tempé rature reste stable, il se produit automatique- inent et sans aucune intervention que la -den sité de courant tend vers un maximum et la tension vers un minimum. Ces deux nou velles valeurs ne paraissent dépendre que de la composition -de l'électrolyte.
La .densité -de courant est alors bien supé rieure à la normale et la tension sera. supé rieure @de quelques volts à la tension normale.
Ceci semble indiquer que la nature -de l'électrolyte a été complètement modifiée au cours -de l'augmentation de tension subie temporairement.
Le fait peut d'ailleurs être constaté très facilement dans certains cas. -Si, par exemple, on observe une solution -de sulfate -de cuivre à laquelle on fait subir le traitement précité, on verra apparaître un phénomène particu lier,à partir d'une certaine tension. Il se produira une circulation d'apparence :sirupeuse .commençant d'abord à couler le long de l'anode ou des anodes, puis venant former au fond de la cuve des nappes animées d'un mouvement alternatif de bas en haut et vice-versa, puis tendra à remonter le long de la cathode.
C'est :à partir 4e# moment que la densité de courant augmente et que la ten sion tend à descendre.
On constate d'ailleurs que malgré la den sité de courant élevée, les variations d'écarte ment .des électrodes n'ont pas d'influence sen sible sur la tension.
Il est remarquable de constater que la partie -du liquide qui se met ainsi en cir culation possède des propriétés intéressantes. Elle paraît s'opposer d'une façon parfaite au dégagement gazeux qui, si souvent, entraîne la formation -de points et d'irrégularités sur la cathode. En outre, les nappes oscillantes se tiennent .à un niveau constant si les .con ditions -de marche de l'électrolyse restent stables.
Si on remplace une cathode tournant au tour d'un axe horizontal par une cathode .de diamètre inférieur à celui .de la première, on remarquera entre la nouvelle cathode et les nappes oscillantes une couche plu: claire qui ne s'oppose pas au dégagement gazeux.
En opérant comme au début, le niveau des nappes oscillantes va remonter, la couche claire va. disparaître et le processus normal reprendra -dès due le niveau .des nappes at- teindra la nouvelle cathode.
Un phénomène analogue se produit après un arrêt prolongé du travail; le niveau des nappes s'abaisse, elles peuvent même .dispa raître complètement.
On les fera paraître -de nouveau en opé rant @de la même manière que précédemment. On a remarqué aussi, que des métaux dif férents peuvent être déposés en même temps sans avoir à modifier la composition du bain primitif.
Dans le cas du cuivre, par exemple, si après le traitement de l'électrolyte par le procédé -de l'invention on place des anodes de chrome à côté des anodes de cuivre, on s'aperçoit immédiatement que l'électrolyte change de couleur, passant du bleu au vert et l'on obtient un alliage de cuivre et ehroine à la cathode sans aucune difficulté et sans avoir à changer la marche de l'électrolyse.
Pour utiliser ces phénomènes, on doit con sidérer toutefois qu'il est nécessaire d'obte nir un automatisme absolu et que dans ces conditions il y a lieu d'utiliser des généra trice: à excitation séparée, le réglage de la tension s'effectuant en agissant sur l'excita tion et non au moyen -d'un rhéostat de bain considéré jusqu'ici comme indispensable.
L'expression "automatisme absolu" est à interprêter dans ce sens que la température se trouve dans un rapport déterminé avec la tension et. la densité du courant et que, si on fait baisser la tension de manière à stabi liser la température, il se produit, :ans au cune intervention de l'opérateur, un réglage automatique de la tension et de la densité du courant.
Des appareils de contrôle seront de pré- férenc@ placés sur le circuit d'excitation, car dans la pratique les indications fournies par ces appareils permettront de régler la marche à coup sûr.
P est entendu que dans les conditions de l'opération il y aura lieu de prévoir la gran deur des cuves en tenant compte de la den sité du courant que l'on veut atteindre et en tenant compte des écarts de température dus aux influences extérieures (température am biante, température des locaux chauffés l'hi ver, etc.).
Le procédé exposé ci-dessus peut être exé cuté de la façon suivante: quelle que soit la composition de l'électrolyte, on augmente progressivement la tension à 2, 3, 4, 5, 6, 8, 70, etc. volts et cela jusqu'au moment où l'on constate que l'intensité dans le circuit des électrodes continue à augmenter alors que la tension elle-même tend à redescendre.
Ceci coïncidant avec une élévation mar quée de la température de l'électrolyte, on @di- minne alors progressivement la tension jus qu'à ce que la température de l'électrolyte reste stable. Au bout de peu de temps, la tension aura atteint son minimum et la densité -de courant aura atteint son maximum. Le processus d'électrolyse sera alors parfaitement établi et les produits obtenus seront d'une qualité remarquable comme aspect extérieur, struc ture, pureté et caractéristiques mécaniques.
Ce procédé est particulièrement efficace lorsqu'il est utilisé avec le concours de dispo sitifs lisseurs et notamment avec des ca- thodes tournantes et des dispositifs lisseürs agissant de la manière décrite dans le brevet allemand no 480420 du 18 mai 1926 et le bre vet français correspondant no 628300 du 4 novembre 1926.
Voici, à titre d'exemple, l'application .du procédé à l'obtention d'un tube de cuivre électrolytique d'environ 1'25 décimètres car rés de surface latérale dans un bain ne coin portant aucune matière que de l'eau avec 24% -de sulfate de cuivre et préférablement très peu .d'acide, à la. température initiale de 15 . En a;issant sur l'excitation, on porte la tension -de la génératrice, successivement à 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 volts. On obtient les in tensités totales correspondantes: 100, 200, 300, 400, 500, 800 ampères.
A partir de 14 volts, la tension marquera. une tendance â redescendre et l'intensité va monter, la température s'accroîtra rapide ment.
On agira alors en sens inverse sur l'exci tation, pour redescendre progressivement la tension et maintenir la température jusqu'au moment où cette température ne croîtra plus, -ce qui aura lieu aux environs de 45 à<B>50'.</B>
On aura ainsi stabilisé la tension @à 6 ou 8 volts et l'intensité à 110 ou 1200 ampères qui resteront une marche stable au cours de laquelle on pourra obtenir sans inconvénient un dépôt impeccable, poli, à grain très fin et l'on pourra, si on le désire, composer un al lia" en ajoutant des anodes du métal choisi.
La. .dépense d'énergie qui est faite en sup plément en raison de la tension utilisée est largement compensée par la qualité et la va leur du produit obtenu, ainsi que par l'écono mie réalisée d'autre part, grâce à l'absence de produits spéciaux, l'absence de chauffage auxiliaire et l'absence de dispositifs d'agita tion de l'électrolyte.
L'examen micrographique d'un tube épais obtenu par le procédé -de l'invention, révèle une finesse extraordinaire .du grain.
En outre, les caractéristiques mécaniques .du métal colstituant un tel tube montrent la .coexistence .d'une grande dureté avec une résistance à<B>là</B> rupture et des allongements élevés, ainsi qu'une très grande malléabilité. L'analyse chimique en constate la pureté.
Ceci indique nettement la grande valeur du produit obtenu. Il y a lieu en outre -de remarquer que le tube est sorti -du bain élec trolytique entièrement fini et poli sans avoir à subir aucun traitement et aucun polissage mé canique ultérieur. Dans le cas .de plaques ou cylindres destinés à l'héliogravure -ou tra vaux analogues, un léger charbonnage pourra. être effectué si nécessaire.
-On a pu obtenir de la même façon et aussi facilement des dépôts :de fer, de zinc, et @d'a- luminium, ainsi que,des alliages -de bel aspect extérieur et dont les propriétés physiques et mécaniques sont nettement supérieures à celles des produits connus jusqu'à ce jour.