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CONNAISSANCES DE BASE GALVANOPLASTIE LEVEL 1 M Cote, November 2006.

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1 CONNAISSANCES DE BASE GALVANOPLASTIE LEVEL 1 M Cote, November 2006

2 2 Plating Training – M Cote, June 2006 Industrie automobile Infrastructure et construction Protection Décoration Aérononautisme Tunning ! Batiment Bijouterie Modifier les propriétés des matériaux Microélectronique Electrique, frottement, dureté TRAITEMENTS DE SURFACE

3 3 Plating Training – M Cote, June 2006 Traitements de surface Lexpression « Traitements de surface » sous-entend lensemble des traitements réalisés à la surface dune pièce, généralement de lordre de quelques microns, qui confèrent au produits des propriétés de surface différentes de celles qui existent dans la masse.

4 4 Plating Training – M Cote, June 2006 Fonction et types de TdS Les deux principales fonctions du TdS, cest lutter contre : - corrosion - usure A ces deux fonctions essentielles, il faut rajouter un certain nombre dautres: -la conductivité électrique -lisolation électrique -la conductibilité thermique -la soudabilité -lisolation aux rayonnements -la modifications des propriétés optiques -lamélioration des caractéristiques de glissement - lisolation 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

5 5 Plating Training – M Cote, June 2006 Traitement de surfaces

6 6 Plating Training – M Cote, June 2006 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 dun 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.

7 7 Plating Training – M Cote, June 2006 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 lénergie chimique en energie electrique

8 8 Plating Training – M Cote, June 2006 Batteries Batteries non chargeable: La réaction à lélectrode nest pas réversible : - batterie alcaline Zn-Mn -batterie Ag-Zn - batterie Chlorures Chargeable batteries: La réaction à lélectrode est réversible : Il y a des cellules électrochimiques dont la réaction libère de de lénergie réversible. Ces cellules électrochimique sont donc une sorte daccumulateur. Elles sont de différents design utilisant de différents composés chimiques. Communément ces composés sont du plomb et de lacide 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)

9 9 Plating Training – M Cote, June 2006 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

10 10 Plating Training – M Cote, June 2006 Concept Electrochimie Lélectrochimie 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). Lobject 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 dimmersion 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 lélectrochimie est de déposer une couche de métal ayant certaines propriétés voulues (par exemple : abrasion et résistance à lusure, protection contre la corrosion, lubrification, amélioration de qualité esthétique, etc.) sur une surface nayant pas ces propriétés. Ce procédé utilisé en électrochimie sappelle lélectrodéposition ( ou galvanoplastie). Cest comme une cellule galvanique mais fonctionnant en sens inverse.

11 11 Plating Training – M Cote, June 2006 Electrodeposition - Galvanoplastie Transforme lelectricité en energie chimique La pièce à plaquer est la cathode du circuit. Dans une technique, lanode 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 dautres ions qui permettent le passage du courant. Un générateur de courant continu fournit de lélectricité 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, lanode se dissout lentement et remet des ions métal dans lélectrolyte.

12 12 Plating Training – M Cote, June 2006 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)

13 13 Plating Training – M Cote, June 2006 Machines Electrodéposition Petite vitesse ddc < 10 A/dm2 placage en Rack ddc 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 < 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 lor 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 lintérieur dune boite( press fit plating)

14 14 Plating Training – M Cote, June 2006 Machines de placage ( tonneau, Racks ) ligne tonneaux Ligne Racks

15 15 Plating Training – M Cote, June 2006 Machine de placage ( Reel to Reel) Dans une machine en reel to reel, les bobines sont transportés de bain à bain sans temps darrêt.. 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 lélectrodéposition 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.

16 16 Plating Training – M Cote, June 2006 Machine de placage Reel to Reel

17 17 Plating Training – M Cote, June 2006 Machine de placage Reel to Reel

18 18 Plating Training – M Cote, June 2006 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 ASTADE BSTADE CSTADE D Métal de base Traitement thermique Traitement superficiel Préparation de surface ElectrodépositionTraitements finaux (mécaniques- thermiques)

19 19 Plating Training – M Cote, June 2006 Machines de placage Reel to Reel STADE A : Métal de base On sintéresse 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 latmosphère 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 ladhérence. STADE B : Préparation Le nettoyage de la surface permet davoir 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 doxyde. Les solvants organiques sont utilisés pour enlever lhuile et le savon pour dégraisser. A ce stade, les ultrasons ou vibrations peuvent aussi accélérer le nettoyage. Le dégraissage savon avec courant augment lefficacité de dégraissage. Le dégagement dhydrogène à la cathode est aussi un effet mécanique de nettoyage. Les acides utilisés ( chlorhydrique et sulfurique) permettent déliminer les oxydes de surface et la rouille. Le fait dêtre sous courant en activation augmente lefficacité dactivation 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)

20 20 Plating Training – M Cote, June 2006 Machines de placage Reel to Reel STADE C : Traitement Pre-traitement : utilisés afin daugmenter ladhésion 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 lépaisseur 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 ( °C pendant 4-5 heures maximum) pour éviter la fragilisation par lhydrogène occlu coloration ou passivation apposition dun lubrifiant, soit par trempé, soit par spray ou rouleau ou apposition par ce même procédé, dun boucheur de pores.

21 21 Plating Training – M Cote, June 2006 Machine de placage Reel to Reel- Paramètres Le degré dagitation La température La densité de courant La tension La distance anode-cathode La filtration du bain Le rendement cathodique …

22 22 Plating Training – M Cote, June 2006 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 ladhésif, 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


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