Procédé et appareil de production continue de métal eu feuille par galvanoplastie. La présente invention comprend un pro cédé de production continue de métal en feuille par galvanoplastie et un appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé.
On a déjà proposé, et dans certains cas fait breveter, de nombreux procédés pour la production électrolytique continue de minces feuilles de métal, en particulier de cuivre; mais aucun des procédés proposés jusqu'à. présent n'est entièrement satisfaisant pour la production régulière de feuilles de ce genre sur une échelle industrielle et, comme consé quence, on ne trouve pas actuellement sur le marché de minces feuilles de cuivre en quan tités commerciales.
Les procédés proposés pré sentaient bien des inconvénients; c'est ainsi, par exemple, qu'on ne peut pas les utiliser pour produire une feuille mince d'excellente qualité et d'épaisseur sensiblement uniforme, que leur débit est faible, qu'ils ne comportent pas une surface cathodique satisfaisante ni le moyen de maintenir celle-ci en bon état, de sorte que leur fonctionnement est sujet à. de fréquentes interruptions, et qu'ils sont très en combrants.
:Toutefois, le problème fondamental, dans tous les procédés de formation de feuilles con tinues par galvanoplastie, est le maintien de la surface cathodique en bon état et ce problème est du caractère le plus sérieux à cause de l'effet profond, sur la mince feuille produite, de défauts, apparemment menus dans la sur face cathodique; cette surface est sujette à des changements chimiques, tels que la for mation d'oxydes, elle se détériore rapidement à cause de l'effet mécanique de l'arrachement, et des changements des deux genres affectent défavorablement la feuille mince.
En consé quence, on a proposé bien des expédients pour maintenir la surface cathodique dans un état satisfaisant; mis l'expérimentation qu'on a faite de ces propositions antérieures a montré qu'aucune surface cathodique complètement satisfaisante ni aucun moyen satisfaisant de la maintenir en état n'ont été offerts jus qu'ici.
Le procédé suivant l'invention, selon le quel on déplace une cathode mobile de façon que les parties de sa surface qui doivent rece voir le dépôt entrent dans une solution élec trolytique et en sortent successivement, on fait se déposer du. métal sur les parties im mergées de la cathode mobile et on arrache de cette cathode en un point situé hors de la solution, la feuille de métal ainsi formée sur elle, est caractérisé en ce que, pour chaque dite partie considérée, après chaque opération d'arrachement, on enlève par abrasion toute la matière accumulée sur et dans cette partie, ainsi qu'une mince couche du métal de sa sur face, et on lisse et polit cette surface.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend une cathode mobile, de fa çon que les parties de sa surface devant rece voir le dépôt électrolytique de métal entrent dans une solution électrolytique contenue dans une cuve, et en sortent successivement et comprend en outre des moyens pour arra cher de cette .cathode, en un point situé hors de la solution, la feuille ,de métal ainsi formée sur elle.
Il se .distingue des appareils connus par le fait qu'il comporte des moyens pour remettre en état la surface -cathode après ar rachement de la .feuille métallique, ces moyens étant disposés -de manière à enlever, par abrasion, toute la matière accumulée sur et dans la cathode, ainsi qu'une mince couche du métal de la surface cathodique, et pour lisser et polir cette surface.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, .deux formes .d'exécution -de l'ap pareil suivant l'invention.
Fig. 1 est une coupe transversale verticale -de la première; Fig. 2 en est une coupe prise à angle droit par rapport à fig. 1, certaines parties étant représentées en élévation; Fig. 3 est une coupe transversale prise à travers une portion de l'élément agissant re- présenté,sur la fig. 2; Fig. 4 est une élévation latérale de la seconde forme d'exécution, le tambour étant représenté d'une façon conventionnelle;
Fig. 5 est un plan d'une portion -de l'ap pareil représenté sur la fig. 4; Fig. 6 est une élévation en bout -de ce même appareil, certaines parties étant enle vées, et Fig. 7 est une coupe à travers une portion de l'appareil représenté sur les fig. 4 à 6, in clusivement.
L'appareil représenté aux fig. 1 à 3 du dessin comprend une cuve électrolytique 10 contenant un support 11 pour les anodes courbes 12. Sur un arbre 13, supporté, par exemple sur le dessus de la cuve, est monté un tambour cathodique 14 qui est supporté de manière qu'il plonge en partie au-dessous du niveau de la solution contenue dans la cuve. Le tambour possède une surface en plomb qui -est connectée au côté négatif de la source d'électricité du fait, par exemple, que son arbre porte un disque 15 (fig. 2) qui plonge dans un bain de mercure, 16, con necté à la ligne d'amenée négative.
Un tambour propre à être employé pour la production de minces feuilles .de cuivre comprend, par exemple, une carcasse en cui vre qui consiste en une paire de roues, une à chaque bout du tambour, une forte feuille -de cuivre étant boulonnée @à l'extérieur des roues pour fermer le tambour. Une plaque de plomb, faite de préférence de plomb avec une petite quantité (de 4 @à 6 ô par exemple) d'antimoine, est ensuite courbée à la forme voulue et glissée en bout sur le tambour, le joint entre les abords -de rencontre de la plaque de plomb étant, après cela, rempli .de plomb par les opérations .de .soudage usuelles.
La plaque est -de préférence une plaque laminée d'environ vingt-cinq millimètres d'épaisseur, exempte d'oxydes et d'autres matières étran gères. Après que la plaque a été montée sur le tambour et que de joint a été fermé., on tourne, au moyen d'un tour, la surface à une forme exactement cylindrique.
Lors du fonctionnement -de l'appareil, du cuivre se dépose sur la partie de la surface du tambour qui est immergée dans la solu tion, et de tambour tourne lentement de ma nière à établir un dépôt de l'épaisseur Uési- rée.<B>A</B> mesure que le tambour continue sa ro tation, le dépôt est arraché en un point voi sin du dessus et la feuille mince 17 est en suite roulée de toute manière appropriée. La vitesse 4e notation idu tambour dépend du courait et de divers autres facteurs.
Pour renouveler la surface .de. réception au dépôt électrolytique sur le tambour après l'arrachement, il est prévu un tambour 18 monté sur un arbre qui est supporté dans les extrémités de bras 19 pivotant sur un arbre 20 supporté dans des chaises fixes 21 et ac tionné par tous moyens convenables. Dans. la construction représentée, les bras 19 sont re liés à un manchon 22 à travers lequel passe l'arbre et auquel sont attachés des bras 23 s'étendant dans une direction sensiblement horizontale -et portant,des poids 24. Ces poids tendent ià, faire osciller les bras 19 en sens in verse du mouvement des aiguilles d'une mon tre sur la fig. 1.
Le support pour le tambour 18 est placé -de telle façon que ce tambour porte sur la surface du tambour cathodique -de préférence en un point pas très éloigné de l'endroit où la: ,surface en mouvement de ce dernier tambour pénètre dans la solution.
Le tambour 18 peut affecter commodé ment la forme .d'un tube ou noyau métalli que sur la surface externe duquel est assu jettie une couverture 2'5 (fig. 3) de caout- chonc mou. Un élément abrasif 26 est collé à la surface de la couverture en caoutchouc et, .dans la construction représentée, cet élé ment a la forme d'une bande qui est enrou lée en hélice autour du tambour 18.
Cet élément abrasif 26 est établi en te nant compte des faits suivants: La toile émeri, le papier de verre et .des abrasifs similaires ont été employés dans l'électroplastie ordinaire pour la préparation de la surface cathodique dans des cas n'im pliquant pas arrachement; mais de tels abrasifs ne sont pas satisfaisants, pour ,di verses raisons, avec -des cathodes en plomb utilisées dans -des procédés continua.
Tous ces abrasifs deviennent bientôt ,;graissés" ou en crassés par le plomb et cessent d'être effi caces, et, .de plus, ils tendent à laisser -dans la surface du plomb des irrégularités qui ,sont équivalentes, dans leur action sur la feuille métallique produite, à un piquage naturel.
Les -dispositifs nettoyeurs tels, par exem ple, que des roues polisseuses en matière sou ple comme le coton ou la peau de mouton, bien qu'ils paraissent nettoyer convenable ment la .surface, n'empêchent pas qu'un pi quage se produise avec le temps. Les brosses en fil métallique .sont très peu satisfaisantes en connexité avec une opération continue. Une brosse qui est assez dure pour produire l'effet de nettoyage désiré produit, :
dans la surface cathodique, des irrégularités qui sont aussi inadmissibles que le piquage et des brosses en fil métallique fin ne travaillent pas bien parce que, bien qu'elles n'entament pas réellement le plomb, elles produisent bientôt -des sillons ou ondulations qui ont pour résultat la production .d'une feuille mé tallique défectueuse.
Pour que le dépôt se fasse toujours sur une surface métallique propre, brillante et lisse, l'élément 26 présente une surface ac tive qui remplit les .deux fonctions -de gratter et de polir la surface cathodique sur laquelle elle opère et cet élément est construit -de ma nière que sa surface active redevienne pas graissée ou encrassée par la matière enlevée de la cathode, même après un fonctionnement continu pendant .des mois.
La surface active de l'élément consiste en particules abrasives finement divisées, supportées ou noyées dans une monture élastique et, à cet effet, les par ticules peuvent être incorporées dans une monture de caoutchouc vulcanisé, de façon à rester relativement mou.
Les particules em- Io#yées peuvent être de -diverses. matières P abrasives, par exemple: du carbure @de sili cium; elles sont d'une grosseur d'environ soixante-quinze millièmes .de millimètre et triées ou classées de façon à avoir la .même di mension dans tous les sens et non pas à être longues et minces comme ce serait le cas si on ne les soumettait pas à une opération de triage spéciale.
La composition de caoutchouc employée est un produit qui est assez flexi ble -et mou mais sans tendance à devenir gom- meux ni à salir la surface au cours de l'opé ration. Même vulcanisée, la composition n'est pas cassante. Bien que l'on puisse employer des proportions variables de caoutchouc et d'abrasif, comme par exemple 20 pour cent, en poids, -de l'abrasif pour 80 pour cent, en poids, .du caoutchouc avant vulcanisation, les proportions employées doivent être telles que le caoutchouc soit présent dans la sur face active en quantité suffisante pour ef fectuer une importante action de polissage.
A -cet égard, l'élément agissant se distingue de roues abrasives, ou meules, et autres ar ticles @de -ce type dans lesquels le caoutchouc est employé simplement comme agglutinant pour les particules abrasives.
Le tambour cathodique qui adonné satis faction en service a un .diamètre important, environ 1 mètre @68 centimètres et, avec -ce tambour, il est fait usage .d'un élément de nettoyage comprenant un tambour<B>18</B> d'en- virou 14 cm de diamètre, la bande 2.6 posée en hélice ayant un pas de 20 cm. La couver ture ou revêtement de caoutchouc sur le tambour de nettoyage peut avoir une épais seur d'environ 13 mm et la bande peut -avoir une largeur @de 19 mm et une épaisseur de 1.3 mm.
Avec le tambour cathodique mar chant à une vitesse superficielle de 23 cm par minute, le tambour @de nettoyage 18 est ac tionné à une vitesse superficielle relativement plus élevée, par exemple: 81 cm à 1,26 m par minute et en sens inverse de la rotation .du tambour cathodique et les poids. employés peuvent être, par exemple, 36 kg. Le tambour de nettoyage peut être commandé, par exem ple, au moyen d'une roue .de chaîne 27 montée sur l'extrémité -de l'arbre 2.8 et recevant, au moyen d'une chaîne, son mouvement d'une autre roue montée sur l'arbre 20.
L'usage de l'élément abrasif 26 sous la forme d'une bande enroulée en hélice sur un tambour offre un moyen commode et écono mique de faire usage de la matière abrasive. Cependant, si on le désire, toute la surface du tambour peut être entièrement couverte par la composition abrasive. Lorsqu'on em- ploie une bande hélicoïdale, elle doit être empêchée de s'incliner et, en conséquence, il vaut mieux lui donner une 'section oblongue et l'appliquer avec son plus long côté -contre le .coussin -de caoutchouc.
Après que le tam bour a été muni @de l'élément abrasif, on le tourne de façon à lui donner une surface exactement cylindrique, afin qu'il roule ,d'une manière égale en contact avec la surface ca thodique et n'en soit pas écarté par des excen tricités.
Lors du fonctionnement du dispositif dé crit, la matière abrasive qui se trouve sur la surface du tambour non seulement enlève les oxydes et autres matières étrangères,qui peu vent être rassemblés sur la :surface catho- ,dique, mais enlève aussi une mince pellicule de métal, !de sorte que la cathode présente une surface métallique propre et brillante pour chaque dépôt de métal sur elle.
En raison de cet enlèvement d'une mince pellicule de mé tal de la cathode avant chaque dépôt sur celle-ci, toutes impuretés dans le métal, qui, avec le temps, auraient pour résultat un pi quage. sont enlevées et, ainsi, la cause de piquage est éliminée avant qu'un état .condui sant à un piquage ait une chance -de s'éta blir.
Les particules abrasives noyées dans la composition de caoutchouc servent à enlever la matière étrangère et la mince pellicule -de plomb, et la monture en caoutchouc paraît limiter -convenablement l'action abrasive des particules et effectuer une -action ,de lissage ou de polissage qui tend à contrecarrer la tendance .des particules ,à produire un effet grené inadmissible.
La surface ou bande abrasive qui se trouve sur le tambour doit, pour être efficace, être maintenue propre et, -à -cet effet, il est fait usage d'une brosse 29 qui est montée dans des supports 30 assujettis à la traverse 31 s'éten dant entre les bras 19. Cette brosse sert sim plement à enlever la poudre fine reposant li brement sur la surface de l'élément abrasif. En .dessous :du tambour 18 et de la brosse, se trouve un récipient 32, dans lequel la matière étrangère et la poudre -de plomb ,enlevées de la surface cathodique .sont recueillies.
Bien que l'appareil décrit se sait montré très satisfaisant, on a trouvé que l'on peut donner un grain amélioré à la surface catho dique par l'usage Ue la construction modifiée représentée sur les fig. 4 à 7. Dans cette .dis position d'appareil, l'élément abrasif est une courroie 33, de la matière précédemment dé crite, montée pour se mouvoir avec elle sur l'extérieur d'une chaîne 34 qui passe autour de roues de -chaîne 35a, 35b (fig. 5) montées sur des arbres 36 qui sont .supportés dans des paliers d'une traverse 37 s'étendant entre des bras 38.
Les bras sont montés à pivot et char gés, la construction étant, .d'une façon géné rale, .similaire à celle représentée sur la fi-. 1. Les arbres sur lesquels les roues de chaîne sont montées reçoivent 'leur commande -d'un arbre 39 au moyen d'engrenages d'an gle désignés par 40, l'arbre 39 recevant lui- même son mouvement de l'arbre 20 de toute manière appropriée, au moyen d'une chaîne de transmission, par exemple.
Sur toute une partie de sa longueur, la courroie abrasive est hors de contact avec la chaîne et passe sur une poulie folle 42 qui, ajustablement montée dans un prolongement de la traverse 37, permet de tendre de temps à autre la courroie. Les bras 38 sont montés dans une position telle que le brin de la courroie qui est en contact avec la chaîne est repoussé con tre la surface du tambour cathodique 14 et la courroie est actionnée en travers de la surface à une vitesse relativement grande.
La courroie est continuellement nettoyée au moyen d'une .brosse 43 assujettie à la traverse 37 et portant sur la courroie en un point si tué juste au delà -du contact de la courroie avec le tambour cathodique.
Il est apparent que, avec la construction modifiée représentée, la courroie en composi tion caoutchouc-abrasif est supportée ferme ment en contact avec la surface du tambour cathodique au moyen -de la chaîne et la ma tière abrasive a l'effet, précédemment décrit, d'enlever la matière étrangère de la surface du tambour et d'enlever également une mince pellicule du métal.
Puisque le mouvement -de la courroie abrasive est transversal par rap- part .à la -direction du mouvement @de la sur face -cathodique et que la .courroie et la ca thode se meuvent à .des vitesses superficielles différentes, les particules abrasives -de la courroie n'ont que peu ou pas d'effet nuisible sur le tambour.
La surface de la cathode, lorsqu'on la traite par la. courroie, est -supé rieure à celle produite par'l'action,de la bande hélicoidale et on peut obtenir un dépôt possé dant une plus grande résistance .à la traction lorsque c'est un élément du type courroie qui agit sur la cathode.
Au lieu de faire usage d'une courroie de matière caoutchouc-abrasif montée -de ma nière à s'étendre transversalement à la direc tion 4u mouvement,de la surface du tambour et -actionnée par un moyen convenable, on peut employer une chaîne ou -courroie sans fin ,sur laquelle sont montés des blocs @de la matière abrasive. Pour ce but, il peut être commode .d'assujettir chaque bloc .de caout chouc à une base en métal que l'on peut en- suite,
attacher à la courroie ou chaîne -de toute manière convenable. Lorsqu'on emploie une telle courroie ou chaîne, elle passe autour de poulies ou de roues de chaîne supportées sur une monture flottante et des moyens de guidage peuvent être prévus pour supporter celui :des brins -de la courroie ou. -chaîne qui parte les blocs se trouvant en .contact avec la surface cathodique.
Un tel support rem plit le même but que la .chaîne dont il est fait usage concuremment avec une courroie faite entièrement de matière abrasive. Lors qu'on emploie les blocs, ils sont -de préférence biseautés le long -d'un des côtés, de façon à éviter une -détérioration des blocs et de la surface cathodique, lorsque les blocs viennent en contact avec celle--ci.
Avec le procédé décrit @de production -con tinue -de minces feuilles de métal par voie électrolytique; la surface cathodique est non seulement continuellement maintenue pro pre, mais aussi continuellement renouvelée, une nouvelle surface métallique étant expo sée à la solution électrolytique à :chaque- tour du tambour.
En même temps, la surface du tambour est continuellement polie et brunie de sorte qu'aucun grain- inadmissible n'y existe. Le mécanisme à courroie mobile a été trouvé donner lesmeilleurs résultats; mais le dispositif de nettoyage sous la forme .d'un tambour cylindrique avec une surface abra sive, ou avec une bande abrasive :enroulée en hélice sur lui, est grandement supérieur à ce qui est actuellement .connu.
Dans les formes -d'exécution -décrites, la matière enlevée de la surface cathodique est sous la forme d'une poudre légère, et, avec les particules abrasives noyées dans le caout chouc mou, il n'y a pas tendance comme dans la meule abrasive ordinaire, à ce que la ma tière ainsi enlevée ,se rassemble entre les par ticules et nuise à l'action abrasive.
L'action de nettoyage automatique de l'élément résulte probablement de l'élasticité de la monture qui .est repoussée des particules par contact avec la cathode et qui, lors qu'elle cesse d'être appuyée sur celle-ci, fait ressort et chasse .des particules abrasives la matière enlevée.
En tout cas, un encrassement de la surface active de l'élément ne se pro duit pas et la matière enlevée :de la ,surface cathodique reste siur cette surface de l'élé ment sous une forme pulvérulente et peut en être facilement enlevée au moyen, par exem ple, d'une brosse douce. -Si un peu de cette poudre adhère à la surface cathodique et qu'on dépose électrolytiquement du métal par-dessus, un trou d'épingle se montre .dans le dépôt.
Pour cette raison, il est avantageux d'employer un élément agissant établi sous la forme d'un tambour ou -d'une bande enroulée sur une surface cylindrique et de faire mar cher le tambour ou la surface -cylindrique en sens contraire,du mouvement de la surface cathodique puisque, avec cette -disposition, toute poudre qui est projetée de l'élément et adhère -à la .surface .cathodique avance de nouveau au point de contact -de l'élément et de ladite surface et ne peut dépasser # point de contact et être emmenée dans la .cuve de galvanoplastie.
L'usage -de plomb comme .surface -catho dique est .commun dans tout travail électroly tique en raison de ses qualités pour l'électro- plastie, de son bon marché et de la. facilité avec laquelle il peut être .manipulé et :traité. D'autres métaux, tels que les aciers inoxyda bles et leurs alliages, l'argent, le enivre, le tantale, etc. pourraient être employés pour la formation -de la cathode à utiliser dans -le procédé selon l'invention, car dans .la prati- que,,ces matières ont été suggérées pour rem placer le plomb;
mais pour certaines .de ces matières avec lesquelles on ne peut fabriquer des pièces que par fusion, on a trouvé impas sible :d@obtenir avec elles .des pièces venues de fonderie qui soient exemptes de soufflures ou .cavités. Telles de ces matières qui peu vent être préparées sous la forme de feuilles présentent l'inconvénient qu'il est difficile -de former un joint satisfaisant en :connexité avec la production .d'une surface continue. Par .contre., on peut obtenir :du plomb en feuille sans cavités et on peut foire un joint satisfaisant par soudage.