CONNAISSANCES DE BASE GALVANOPLASTIE

LEVEL 1

M Cote , November 2006

2Plating Training – M Cote, June 2006

Industrie automobile

Infrastructure et construction

Protection

DécorationAérononautisme

Tunning !

Batiment

Bijouterie

Modifier les propriétés des matériaux

Microélectronique

Electrique, frottement, dureté

TRAITEMENTS DE SURFACE

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Traitements de surface

L’expression « Traitements de surface » sous-entend l’ensemble des

traitements réalisés à la surface d’une pièce, généralement de l’ordre de

quelques microns, qui confèrent au produits des propriétés de surface

différentes de celles qui existent dans la masse.

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Fonction et types de TdSLes deux principales fonctions du TdS, c’est lutter contre : - corrosion - usure

A ces deux fonctions essentielles, il faut rajouter un certain nombre d’autres:

- la conductivité électrique- l’isolation électrique- la conductibilité thermique- la soudabilité- l’isolation aux rayonnements- la modifications des propriétés optiques- l’amélioration des caractéristiques de glissement- l’isolation thermique

On peut classer les traitements de surface selon différentes catégories : matériaux des substrats, classe du matériaux à déposer, utilisation, etc.

Deux approches sont souvent utilisées :-         soit par phase vapeur, solide ou liquide-         soit par méthode : physique, physico-chimique, chimique

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Traitement de surfaces

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Galvanoplastie Par voie humide , dépôts électrochimiques :

Traitement de surfaces = électrodéposition , galvanoplastie ( plating en anglais )

Rappel sur les ions :

Un ion est une espèce chimique électriquement chargée.La valeur de cette charge est indiquée en exposant à la fin de la formule chimique de l'ion, en multiple de la charge électrique élémentaire e.On distingue les ions monoatomiques constitués d’un seul atome comme Cl-, Na+ ou Pb2+ des ions poly atomiques constitués de plusieurs atomes comme SO42- ou NO3-.Les ions chargés positivement sont appelés cations, les ions chargés négativement anions.

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Batterie Une batterie électrique est un système électrochimique qui transforme une réaction chimique en réaction électrique .

Dans une batterie ,les produits chimiques sont introduits durant la fabrication de la batterie. Quand les produits chimiques seront trop peu concentrés, la batterie devra être changé pour une neuve.

Battery = Transforme de l’énergie

chimique en energie electrique

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Batteries

Batteries non chargeable:

La réaction à l’électrode n’est pas réversible :

- batterie alcaline Zn-Mn - batterie Ag-Zn - batterie Chlorures

Chargeable batteries:

La réaction à l’électrode est réversible :Il y a des cellules électrochimiques dont la réaction libère de de l’énergie

réversible. Ces cellules électrochimique sont donc une sorte d’accumulateur . Elles sont de différents design utilisant de différents composés chimiques. Communément ces composés sont du plomb et de l’acide sulfurique , di nickel et cadmium (NiCd), des hybrides de nickel métal(NiMH), du lithium (Li-ion), et des polymère de lithium ion(Li-ion polymère).

- Cd-Ni - Ni-MH- Pb-H2SO4- Lithium ion ( voltage de 3.6 Volts)

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Concept Electrochimie

Un procédé électrochimique se distingue d'un procédé chimique par le fait que, au lieu

de réactifs chimiques, c'est le courant électrique qui est utilisé pour obtenir la

transformation.

Le terme d'électrolyse , signifiant étymologiquement décomposition par l'électricité , a

été introduit pour caractériser ce type de transformation chimique. L'opération s'effectue

dans une cellule d'électrolyse , dans laquelle est placée la substance à transformer, en

général dissoute dans un liquide pouvant être traversé par le courant et qu'on appelle

électrolyte , et dans laquelle aboutit le circuit électrique permettant l'entrée et la sortie

du courant au moyen de deux électrodes au contact de l'électrolyte

10Plating Training – M Cote, June 2006

Concept ElectrochimieL’électrochimie est donc le fait de passer un courant électrique entre une solution contenant des ions métalliques dissous et un objet métallique à recouvrir ( à plaquer). L’object métallique est la cathode dans une cellule électrochimique ( de signe - ) , qui attire donc les ions positifs (M+) de la solution. Le procédé est contrôlé par une variété de paramètres incluant le voltage et l’ ampérage, température, temps d’immersion et pureté des bains .

L’ Electrochimie est donc un procédé utilisant du courant électrique pour recouvrir un conducteur électrique par une fine couche de métal. Le premier objectif de l’électrochimie est de déposer une couche de métal ayant certaines propriétés voulues (par exemple : abrasion et résistance à l’usure, protection contre la corrosion, lubrification, amélioration de qualité esthétique, etc.) sur une surface n’ayant pas ces propriétés.

Ce procédé utilisé en électrochimie s’appelle l’électrodéposition ( ou galvanoplastie). C’est comme une cellule galvanique mais fonctionnant en sens inverse.

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Electrodeposition - Galvanoplastie

Transforme l’electricité en energie chimique

La pièce à plaquer est la cathode du circuit.Dans une technique, l’anode est faite danb sle métal à plaquer sur la pièce. Les deux composants sont immergés dans une solution appelée “électrolyte", contenant un ou plusieurs sels de métal dissous ainsi que d’autres ions qui permettent le passage du courant.

Un générateur de courant continu fournit de l’électricité à la cathode permettant aux ions de la solution électrolyte de perdre leur charge (ions) et de se plaquer sur la cathode.Comme le courant passe dan sle circuit, l’anode se dissout lentement et remet des ions métal dans l’électrolyte.

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Electrodéposition

Paramètres:

Le paramètre le plus important en électrodéposition est la différence de potentiel entre les deux métaux.

On suit donc particulièrement les voltage et ampérage.

On utilise donc la notion de Ampères / dm2 : densité de courant ( ddc)

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Machines Electrodéposition

Petite vitesse ddc < 10 A/dm2

placage en Rack ddc 1- 10 A/dm2 : les pièces sont en général

assez grosses et pouvant être accrochées

placage au tonneau ddc 0.1 – 3 A/dm2 : pièces petites et de

géométrie assez ronde , pièces en vrac

machine de placage en continu (Reel to reel) à haute vitesse car placage en continu ddc < 10- 120 A/dm2 : fil ou bande en

placage continu bande de métal découpé avant placage

placage total ou placage sélectif Au/Ni,Au/PdNi/Ni , Sn-Pb/Ni , Sn/Ni

un coté plaqué seulement avec de l’or ou PdNi ( cellule à courroies , placage tampon ,placage jet ,placage spot)

Deux cotés , gold ou PdNi plating ( ex : unité FRS )

4 faces en or ou PdNi ( cellules à courroies ,immersion controlée)

placage or ou PdNi à l’intérieur d’une “boite”( press fit plating)

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Machines de placage ( tonneau , Racks )

ligne tonneaux

Ligne Racks

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Machine de placage ( Reel to Reel)

Dans une machine en reel to reel, les bobines sont transportés de bain à bain sans temps d’arrêt..

Tous les bains sont stockés dans des cuves de stockage, avec ou sans chauffage en fonction de la nature du bain.

Au dessus de ces cuves de stockage sont les cellules de travail. La solution est pompée de la cuve de stockage vers la cellule de travail ou l’électrodéposition a lieu. Dans cette cellule de travail ,nous avons une anode de chaque coté de la cellule , la sélectivité est faite de différentes façons :

- placage spot

- placage de piste- placage interne boite ( jet) - immersion contrôlée

La solution retourne ensuite dans sa cuve de stockage.

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Machine de placage Reel to Reel

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Machine de placage Reel to Reel

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Machines de placage Reel to Reel

Dans une machine de placage “Reel to Reel” , il y a plusieurs types sections possibles :

déroulement

préparation de la bande ( dégraissage et activation )

nickel

rinçage

activation

rinçage

or

rinçage

étain ou étain/plomb

rinçage

lubrification

séchage

Enroulement

Cette ligne peut soit être en « U » , soit en « L , soit droite .

STADE A STADE B STADE C STADE D

Métal de baseTraitement thermiqueTraitement superficiel

Préparation de surface

Electrodéposition Traitements finaux (mécaniques-thermiques)

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Machines de placage Reel to ReelSTADE A : Métal de base

On s’intéresse dans un premier temps au métal de base dont les caractéristiques de ce dernier sont fondamentales et sont relatives à :

a) sa composition. La gamme de préparation peut évoluer de manière très différente.

b) Un traitement thermique dont la qualité influe sur le résultat final (contrôle de l’atmosphère protectrice et des atmosphères de traitement)

c) Des traitements thermochimiques de diffusion comme la cémentation, la nitruration, la carbonitruration, … qui conditionnent le pouvoir couvrant et l’adhérence.

STADE B : Préparation

Le nettoyage de la surface permet d’avoir une bonne adhésion entre la matière de base et le placage .

Phase de dégraissage et décapage sans ou sous courant

Le but = éliminer les graisses et les oxydes de surface par saponification et destruction de la couche d’oxyde.

Les solvants organiques sont utilisés pour enlever l’huile et le savon pour dégraisser .

A ce stade, les ultrasons ou vibrations peuvent aussi accélérer le nettoyage.

Le dégraissage savon avec courant augment l’efficacité de dégraissage.

Le dégagement d’hydrogène à la cathode est aussi un effet mécanique de nettoyage.

Les acides utilisés ( chlorhydrique et sulfurique) permettent d’éliminer les oxydes de surface et la rouille. Le fait d’être sous courant en activation augmente l’efficacité d’activation de surface.

Pour obtenir une surface à rugosité adaptée et contrôlée, on utilise

soit 1 polissage par voie mécanique (sablage, usinage et polissage, grenaillage, …), soit par voie électrolytique.

On procède ensuite à la protection des partie à ne pas traiter (par cires ou vernis, par caches métalliques ou plastiques)

20Plating Training – M Cote, June 2006

Machines de placage Reel to Reel

STADE C : Traitement

Pre-traitement : utilisés afin d’augmenter l’adhésion pour des matériaux de base spécifiques afin de prévenir la mauvaise adhésion / peeling / cloques .

Traitement = Puis mise au bain, la durée est fonction à la fois de l’épaisseur à déposer et des caractéristiques propres du métal support ou métal de base.

STADE D : Finition

On trouve en fonction des besoins les opérations suivantes :

la finition sommaire : élimination des films de protection et nettoyage de la pièce : neutralisation, soufflages , rinçages

Opérations mécaniques, soit par simple polissage-calibrage, soit par usinage selon la nature du métal déposé.

Traitements thermiques du type simple dégazage (150-200°C pendant 4-5 heures maximum) pour éviter la fragilisation par l’hydrogène occlu

coloration ou passivation

apposition d’un lubrifiant , soit par trempé, soit par spray ou rouleau ou apposition par ce même procédé , d’un boucheur de pores .

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Machine de placage Reel to Reel- Paramètres

Le degré d’agitation

La température

La densité de courant

La tension

La distance anode-cathode

La filtration du bain

Le rendement cathodique …

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Machine de placage Reel to Reel- Inspection Apparence : dépôt brulé , bavures , dépôt rugueux , bosse ou entaille , rouille , corrosion , graisse , colorations , rayures , tache , etc ….

Test adhésion : entre le dépôt et la matière de base ( test de pliage , test à l’adhésif , choc thermique )

Résistance de corrosion : brouillard salin , test vieillissement (test humidité)

Test de porosité : test gel , test acide nitrique

Test de soudabilité : test trempé , balance de mouillage

Epaisseurs et composition : X-ray , micro-sections , sem/edx

Ttest de propreté : contamination organique et inorganique

Dimension : forme produits ( cambrure , flèche, pliage , twist ) , pas , parallélisme , coplanarité , dégâts

Quantité , mauvais enroulement , mauvaise référence