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1 - PRINCIPAUX TYPES DE RÉGIMES ÉLECTRIQUES PULSÉS UTILISÉS

2 - ACTION DES CARACTÉRISTIQUES DES RÉGIMES PULSÉS SUR LES PROCESSUS AUX ÉLECTRODES

3 - MODIFICATIONS DES DÉPÔTS OBTENUES PAR L’UTILISATION D’UN RÉGIME PULSÉ

4 - ÉLABORATION DE NOUVEAUX MATÉRIAUX

5 - PROBLÈMES RENCONTRÉS POUR LA MISE EN ŒUVRE DES COURANTS PULSÉS

6 - EXEMPLES D’UTILISATION À L’ÉCHELLE INDUSTRIELLE

Article de référence | Réf : M1627 v1

Modifications des dépôts obtenues par l’utilisation d’un régime pulsé
Électrodéposition par courants pulsés

Auteur(s) : Bernadette NGUYEN

Relu et validé le 01 févr. 2016

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Auteur(s)

  • Bernadette NGUYEN : Maître de Conférences à l’Université J. Fourier, Grenoble - Responsable de l’Équipe Électrochimie des Systèmes MétalliquesLaboratoire d’Electrochimie et de Physicochimie des Matériaux et des Interfaces (LEPMI) UMR 5631 INPG-CNRS, associée à l’UJFÉcole Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble (ENSEEG)

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INTRODUCTION

L‘utilisation de régimes électriques pulsés est souvent signalée dans la littérature comme susceptible d’améliorer la qualité des dépôts métalliques et/ou la vitesse du procédé. Pratiquement, tous les métaux et alliages sont cités comme pouvant tirer bénéfice de cette technique, au niveau de propriétés aussi variées que : aspect, structure, répartition d’épaisseur, dureté, pureté ou composition pour les alliages...

Cependant, lorsque l’on cherche en France des utilisations à l’échelle industrielle, on rencontre, à côté de quelques applications performantes, des exemples de tentatives qui ont été suivies d’abandon ou qui en sont restées au stade du pilote.

En effet, si les possibilités offertes par les courants pulsés sont multiples, la maîtrise du procédé est exigeante :

  • d’une part, les paramètres à optimiser simultanément sont plus nombreux qu’en courant continu ;

  • d’autre part, les différentes performances attendues ne relèvent pas des mêmes caractéristiques du régime électrique.

Ainsi, un dépôt à grains très fins exige des créneaux de courant de forte amplitude et de fréquence élevée, ce qui n’est pas le gage d’une bonne répartition de l’épaisseur. Celle-ci relève plutôt d’un régime pulsé inversé qui, s’il est bien choisi, « gomme » les surépaisseurs pendant l’inversion, mais peut également, s’il s’agit d’un dépôt d’alliage, modifier sa composition. En outre, l’ensemble du montage électrique, générateur et cellule, conditionne les caractéristiques du régime pulsé effectivement appliqué.

  • Tout projet de mise en œuvre d’un régime pulsé nécessite donc au préalable la définition du but recherché et, autant que possible, la connaissance au moins partielle des raisons pour lesquelles le régime continu est insuffisant. Ainsi, les caractéristiques électriques optimales permettant d’améliorer l’aspect et la répartition de l’épaisseur du dépôt ne seront pas les mêmes selon qu’il s’agit de remédier à une mauvaise répartition des lignes de courant ou à un renouvellement insuffisant de l’électrolyte, par convection, sur certaines parties de l’électrode. Dans ces deux cas, des données théoriques, plus ou moins faciles à utiliser, peuvent servir de guides pour améliorer le dépôt tout en préservant ou, même, en augmentant légèrement ou, plus rarement, notablement sa vitesse effective.

    Cette approche phénoménologique se révèle efficace également pour affiner la structure d’un dépôt en l’absence d’additifs et/ou diminuer la teneur en hydrogène inséré ou en impuretés métalliques. Souvent, un compromis devra être trouvé pour combiner au mieux plusieurs effets correspondant à des caractéristiques électriques différentes ou concilier des effets contradictoires.

  • Mais s’il s’agit de modifier la forme cristalline, la texture ou, pour certains alliages, la composition, et donc de jouer sur les propriétés des couches qui en découlent (mécaniques, électriques, optiques, de résistance à la corrosion...), le régime pulsé le mieux adapté est difficilement prévisible. En effet, ces caractéristiques dépendent fortement des phénomènes d’adsorption − désorption aux interfaces, mal identifiés même en régime continu et fonctions de la composition de l’électrolyte. Il convient alors de s’appuyer sur des études préalables à l’échelle du laboratoire, qui pourront gagner à s’effectuer au départ avec un électrolyte simplifié : les additifs performants dans le procédé classique peuvent se révéler inopérants et même néfastes avec certains régimes pulsés.

  • À ce stade, l’étude doit analyser le procédé dans son ensemble, y compris le fonctionnement de l’anode et les conditions techniques d’obtention effective du régime pulsé envisagé, fonctions en particulier de l’importance de l’installation. Tous les paramètres devraient apparaître sous forme adimensionnelle pour faciliter le passage ultérieur au stade pilote, puis industriel. Cette transposition d’échelle est l’étape-clé de la mise au point, garante de la maîtrise ultérieure du procédé.

    Outre les dépôts de métaux et alliages, les régimes électriques pulsés sont également testés au stade du laboratoire ou du pilote pour l’élaboration de nouveaux matériaux : multicouches métal / métal, dépôt dans les pores de céramiques, matériaux supraconducteurs...

  • Pour être à même d’exploiter au mieux les potentialités offertes par les régimes pulsés, il paraît nécessaire d’avoir une vision claire des modes d’action des différentes caractéristiques de la modulation électrique sur le déroulement des processus aux électrodes, tant en régime stationnaire que transitoire. Une telle approche permet d’analyser a posteriori les améliorations obtenues au niveau de telle ou telle propriété des dépôts, pour des métaux différents, en fonction du régime pulsé préconisé. Cette vision d’ensemble, complétée par une discussion des difficultés de mise en œuvre au stade industriel, devrait permettre d’aborder, dans les meilleures conditions, l’examen des possibilités de mise au point et de développement du procédé pour une application spécifique.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m1627


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3. Modifications des dépôts obtenues par l’utilisation d’un régime pulsé

3.1 Modifications morphologiques et structurales

Ces effets des courants pulsés sont les plus connus ; ils portent principalement sur l’uniformité d’aspect et d’épaisseur des dépôts, mais également sur leur structure cristalline.

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3.1.1 Uniformité de l’épaisseur des dépôts

  • Les régimes pulsés permettent de limiter les surépaisseurs dues au resserrement des lignes de courant sur certaines parties des pièces à traiter, ce qu’on appelle communément les « effets de bord ou de pointe ». Dans ce cas, le régime pulsé avec inversion du courant est d’une très bonne efficacité puisque pendant la phase anodique, la dissolution porte préférentiellement sur les parties en relief du dépôt. Cependant, un réglage fin de l’intensité et/ou de la durée de la phase anodique se révèle indispensable.

    Exemple

    à titre d’illustration, la figure 7 [4] présente la distribution du courant sur une électrode circulaire pour différentes valeurs des paramètres Ta et Ja/Jc. On constate qu’un tel régime peut effacer correctement l’effet de bord, et même conduire à une épaisseur trop faible dans la région concernée si la durée et/ou l’amplitude de l’inversion sont trop importantes.

    Un plan d’expériences peut se révéler efficace pour optimiser les paramètres du régime pulsé vis-à-vis des effets de bords pour une application particulière.

  • Les régimes de courant pulsé inversé sont particulièrement bien adaptés pour « gommer » les effets de bords dans le cas des dépôts localisés de taille micronique. Ces dépôts sont réalisés dans des motifs gravés dans une couche isolante qui masque la surface et est éliminée ultérieurement. Le problème de la distribution du courant, donc de l’épaisseur du dépôt, se situe non seulement sur les bords de l’électrode comme discuté au début de ce paragraphe, mais également au...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Theory and practice of pulse plating (Théorie et pratique de l’électrolyse pulsée)  -  Ed. PUIPPE (J.C.) and LEAMAN (F.) 247 p. 1986 American Electroplaters and Surface Finishers Society.

  • (2) - IBL (N.) -   Some theoretical aspects of pulse electrolysis (Quelques aspects théoriques de l’électrolyse en régime pulsé).  -  Surface Technology, 10 (1980) 81-104.

  • (3) - LANDOLT (D.) -   Mass transport in pulse plating (Transport de matière en électrolyse pulsée) Chapitre 5 de Theory and practice of pulse plating (Théorie et pratique de l’électrolyse pulsée).  -  Ed. PUIPPE (J.C.) and LEAMAN (F.) 247 p. 1986 American Electroplaters and Surface Finishers Society, 12644 Research Parkway, Orlando, Fl. 32826.

  • (4) - CHIN (D.T.) -   Mass transfer and current -potential relation in pulse electrolysis (Transport de matière et relation courant-potentiel en électrolyse pulsée).  -  J. Electrochem. Soc. 130 (1983) 1657-1667.

  • (5) - JEONG (K.M.), LEE (C.K.) , SOHN (H.J.) -   Time-averaged current distribution for a rotating-disk electrode under periodic...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Laboratoires

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1.1 Laboratoires français ayant une expérience sur le sujet

Centre d’Études de Chimie Métallurgique, CNRS, Vitry/Seine CETIM, Senlis.

Laboratoire de Chimie de Matériaux Inorganiques, Toulouse.

Laboratoire de Corrosion et de Traitements de Surface, Besançon.

Laboratoire d’Électrochimie, CNAM, Paris.

Laboratoire d’Électrochimie, Université P. et M. Curie, Paris.

Laboratoire d’Électrochimie Analytique, ESCIL, Université C. Bernard, Lyon

Laboratoire d’Électrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces, ENSEEG, Grenoble.

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