Les procédés de traitements chimiques des métaux sont très nombreux et souvent forts complexes mais comme je ne suis pas le moins du monde chimiste, je n'aurai ici comme objectif que de parler de mes modestes expériences personnelles en espérant susciter de la part de personnes plus qualifiées l'envie de diffuser d'autres procédés pouvant intéresser les maquettistes.

Les dépôts métalliques par électrolyse

Nous avons presque tous oublié, que dans nos jeunes années, de courageux enseignants de physique avaient désespérément essayé de nous intéresser à la passionnante aventure des électrons dans les milieux liquides. L'époque ou nous étions captivés par le fonctionnement des piles et des accumulateurs nous parait très éloignée mais vous allez voir que l'on peut faire revivre ce passé et se replonger dans le bain, un bain d'électrolyse bien sûr!

 

Le principe d'un dépôt métallique par électrolyse, ou galvanoplastie, est d'une grande simplicité. Si l'on plonge par exemple une électrode de cuivre et une électrode de fer, dans un bain (l'électrolyte) qui contient des sels de cuivre en solution, le passage d'un courant électrique entre ces deux électrodes, en prenant le cuivre pour anode (le côté positif, rappelez vous..), va faire migrer et déposer sur la cathode de fer, une fine couche de cuivre. Si les conditions sont bonnes, ce dépôt de cuivre est très adhérant, son épaisseur ne dépend que du temps de l'opération.

Le processus est réversible, il est possible de "décuivrer " une pièce en inversant le sens du courant si par malheur une erreur est intervenue dans la manipulation.

Un peu de rigueur !

Les secrets de la réussite en galvanoplastie sont très stricts, les voici dans l'ordre d'importance :

- Il faut savoir dégraisser parfaitement ses pièces.

- Il faut connaître la bonne formule du bain.

- L'agitation du bain ou des pièces est souvent recommandée.

- La densité du courant appliqué dépend de la surface des pièces et du résultat que l'on souhaite obtenir. Les faibles densités donneront un dépôt formé de gros grains (aspect brillant) car les cristaux métalliques ont le temps de s'organiser, les densités fortes donneront des grains fins (aspect mat), les densités très fortes donneront des dépôts brûlés (aspect noir) avec dégagement d'hydrogène.

Le dégraissage des pièces

Il y a trois niveaux de dégraissage :

- Le nettoyage mécanique des pièces qui se fera par meulage et brossage. On trouve chez Maxicraft de merveilleuses petites meules silicone à l'action très douce dont l'efficacité peut être complétée par l'usage des brosses rotatives en acier du même fabriquant.

- Peu de temps après, pour ne pas laisser prise à l'oxydation, les pièces seront passées dans l'acétone, ensuite on ne les touchera plus avec les doigts.

- Sans attendre, il est recommandé de procéder à un dégraissage alcalin dans un bain spécial dont voici la formule:

- Soude 25 g/l

- Carbonate de sodium 25 g/l (Na2 C03)

- Phosphate trisodique 20 g/l (Na3 P04)

- Acide éthylènediamine tétracétique 3 g/l (EDTA)

- Teepol 3 g/- Métasilicate de sodium 10 g/l (Na2 Si03, 5H20)

- Eau déminéralisée

Dans une cuve isolante (bac alimentaire avec couvercle), les pièces à dégraisser seront placées en anode, une plaque d'acier inox servira de cathode. La densité de courant doit être en théorie de 1,5 A/d m2 durant une minute, le dégagement gazeux est normal.

Pour ces opérations électriques il est utile de pouvoir disposer d'un alternostat (autotransformateur variable) ou à défaut d'un variateur électronique de façon à pouvoir régler l'intensité a la demande. Il est bien sûr indispensable d'utiliser un transformateur d'isolement qui délivrera un courant redressé à travers un pont de diodes et un ampèremètre. Ce transformateur sera choisi assez puissant de l'ordre d'une cinquantaine de VA sous 50V, on se rappellera que la densité de courant est fonction de la surface des pièces.

Le matériel de découpe des noyaux de polystyrène fut dans mon cas parfaitement adapté en ajoutant un redresseur.

A la suite de ce dégraissage électrolytique suivi d'un rinçage à l'eau du robinet, les pièces seront immédiatement et sans délai passées dans la cuve d'électrolyse. Si on tarde quelques heures, le temps d'un vol par exemple (expérience vécue...), il y aura oxydation invisible de la surface et garantie d'échec de la galvanoplastie.

Le cuivrage électrolytique

Pour cuivrer avec un résultat parfait, on peut confectionner la recette suivante :

- Pyrophosphate de cuivre 46 g/1 (Cu2 P2 O7)

- Pyrophosphate de potassium 30 g/l (K4 P2 O7)

- Acide citrique 10 g/1 (C6 H8 O7, H2O)

- Eau déminéralisée

 

La cuve sans liquide, on notera l'anode de cuivre circulaire

La pièce à cuivrer sera en cathode, l'anode en cuivre rouge et la densité de courant comprise entre 1,5 et 5 A/dm2. En fait, comme toujours, il faudra faire des essais sur quelques échantillons avant de tenter le traitement des pièces définitives. On notera qu'il est indispensable d'agiter en permanence la pièce à cuivrer pour avoir une répartition uniforme du dépôt. Cette agitation se fait à la main pour quelques pièces mais comme l'exercice dure au moins vingt minutes, il faudra envisager une action mécanique pour des séries plus nombreuses, sous peines de tremblements incoercibles néfastes à nos actions de pilotage.

Il est intéressant de prévoir une anode cylindrique pour faciliter la répartition uniforme du dépôt.

Quand l'opération est terminée, après un rinçage à l'eau, la surface de la pièce est d'un beau rose saumon qui n'a rien à voir avec la teinte du cuivre, mais on obtiendra facilement une couleur brillante par polissage à la brosse d'acier rotative. Éviter les brosses laiton qui "laitonnent" la surface, mais cela peut être utile aussi...

Ce cuivrage prend bien sur des pièces constituées de métaux différents comme le laiton et l'acier soudés à l'étain. Avec une couche de cuivre suffisante on ne verra plus les teintes différentes des matériaux.

D'éventuels effets de cuivre oxydés se feront presque tout seuls en manipulant les pièces dans la main par l'action de la sueur. Voici l'exemple type d'une réaction chimique facile à mettre en œuvre et peu onéreuse !

Le zincage

Les principes sont les mêmes, sauf que je n'ai pas trouvé utile d'agiter. Avec satisfaction, j'ai utilisé le bain suivant :

- Chlorure de zinc 72 g/l (ZnCl2)

- Chlorure de potassium 175 g/l (KCl)

- Acide Borique 10 g/l (H3 BO3)

- Eau déminéralisée

La pièce à zinguer est toujours branchée en cathode, l'anode est une plaque de zinc et même lorsqu'elle devient terriblement corrodée, l'opération marche aussi bien.

La densité de courant se situe théoriquement entre 2 et 4 Ampères par décimètre carré. Avec un courant assez fort, l'aspect du dépôt sans polissage fait penser à de l'aluminium moulé et cela est fort intéressant pour nous, puisque ce métal est très utilisé en aéronautique. On obtiendra des teintes métalliques très différentes (avec éventuellement des nuances diverses) en procédant à un deuxième passage dans le bain après séchage de la pièce. Le polissage à la brosse métallique donne un aspect de métal brillant qui va se ternir lentement par l'action oxydante de l'air.

Là encore, ce zincage marche bien sur des pièces soudées à l'étain.

Le zincage de petites pièces à l'aide d'un ratelier de crochets

La méthode du coton

On peut dans certains cas, pratiquer l'électrolyse sans utiliser de cuve. Il faut pour cela entourer l'anode d'un coton imbibé avec la solution d'électrolyte et frotter la pièce branchée en cathode avec ce coton. Ce procédé rustique permet de pratiquer la galvanoplastie sans avoir à démonter les pièces d'un ensemble, à condition de pouvoir les dégraisser parfaitement, il est très utile pour de petits travaux de finition.

Les attaques chimiques

En essayant quelques produits susceptibles de produire des oxydations, j'ai trouvé quelques "potions" intéressantes

- Le perchlorure de fer, celui des circuits imprimés, produit une oxydation très violente des alliages d'aluminium. Les résultats dépendent de l'alliage utilisé, de la concentration du liquide et du temps de passage. Il faut faire attention aux projections et aux vapeurs, on arrête la réaction en plongeant la pièce dans l'eau. Comme le métal est fortement rongé, il se produit des microcavités sur la surface, dans lesquelles des produits d'oxydation sont plus ou moins piégés ce qui modifie en la noircissant, l'aspect de la pièce.

Le procédé est intéressant à appliquer sur les pots d'échappement.

- L'acide chlorhydrique concentré (attention aux vapeurs qui s'échappent du flacon) produit des effets intéressants sur le Duralumin en l'oxydant dans un fort dégagement d'hydrogène ce qui casse le brillant et donne un aspect patiné sans noircissement.

- La solution de dégraissage alcaline citée plus haut, peut être utilisée « à l'envers » voici comment : en branchant des pièces, préalablement zinguées, en cathode (anode d'inox), on observe un noircissement progressif du métal en fonction de l'intensité du courant. La surface passe d'un gris de plus en plus foncé à une teinte noir mat, du plus bel effet, en trente secondes, si le courant est vraiment très fort (deux ampères pour une vis de 2 mm).

J'ai utilisé cette méthode pour noircir des pièces de laiton qui devaient avoir l'aspect d'acier bronzé.

Résultats de traitements de surface : Un objet volant non identifié; NDLR : Pas pour tout le monde !

Voir également cette page : voisin5.htm

Conclusion

J'ai trouvé très plaisantes ces techniques de galvanoplastie que je n'avais auparavant jamais pratiquées. Elles permettent de remplacer dans bien des cas une peinture qui ne donnera jamais le vrai éclat métallique et les résultats sont vraiment excellents.

Je remercie vivement les professeurs Chevalier et Deroy de l'Université de Clermont-Ferrand pour leur aide extrêmement précieuse.

Je sais qu'il est également possible de recouvrir de métal des pièces non conductrices avec un traitement spécial. Voila qui ouvrirait (on peut toujours rêver) pas mal de perspectives pour élaborer les surfaces métalliques de nos maquettes en n'ajoutant que quelques grammes de matière.

Qui saurait nous expliquer la marche à suivre pour zinguer une statue de plâtre ?

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Cet article de Maquettes Volantes Magazine N°13 de Janvier-février 1996 réclamait une réponse, elle arriva en septembre-octobre 1998 avec le numéro 29 sous la forme d'un "papier" du Professeur J.L. Chevanne.

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L'anthropologie des techniques et l'histoire des techniques constituent un domaine d'investigation passionnant pour les enseignants-chercheurs en sciences humaines, car ils permettent notamment de mettre en évidence les processus de l'innovation technologique, c'est-à-dire la façon dont les ingénieurs, techniciens et artisans procèdent pour apporter des solutions originales à un problème technique donné, le plus souvent avec des moyens simples.

Le dictionnaire d'électricité Julien Lefevre (1895)

Les dictionnaires encyclopédiques de la fin du XIXème siècle et du début du XXème siècle constituent en ce sens des sources inépuisables d'informations susceptibles d'applications dans tous les domaines, y compris le modélisme. Voyons donc ce que nous apprennent les articles "galvanoplastie", "électro-métallurgie" et "métallisation".

L'électro-métallurgie est une branche de l'électrochimie qui a pour but de précipiter un métal sous l'effet d'un courant électrique. Ses applications sont nombreuses : dépôts métalliques, dorure, argenture, galvanoplastie, etc.

En général, quand on soumet une solution métallique quelconque à l'action d'un courant électrique, le métal de cette solution est précipité, mais cette précipitation ne s'effectue pas toujours de la même manière.

Dans les cas les plus simples, les produits de décomposition de l'électrolyte sont les éléments dont il se compose. Ainsi, le passage d'un courant électrique dans une solution de cuivre CuCl2 s'accompagne d'un dépôt de cuivre natif sur la cathode et d'un dégagement de chlore sur l'anode. Nous en concluons que les métaux et l'hydrogène se forment en général sur l'électrode négative, tandis que les métalloïdes se dégagent sur l'anode.

Le contrôle de l'intensité du courant et l'état de saturation de la dissolution à décomposer constituent en fait la clé des opérations électrométallurgiques. Mais la température, le degré d'acidité de la solution, sa conductibilité, son homogénéité, la surface des électrodes, la formation de nouveaux sels dans la dissolution compliquent encore le processus. Il convient donc de déterminer expérimentalement l'intensité du courant en fonction de la concentration de la solution, soit en faisant varier le courant en raison inverse à l'épuisement de la solution, soit en maintenant constant le courant, le degré de saturation et l'acidité de la solution qui en détermine la conductibilité. On évite ainsi la formation de bulles d'hydrogène sur la cathode qui altéreraient la pellicule métallique en formation. La surface et le volume de l'anode soluble devront en outre être suffisants pour assurer la régénération de la solution.

Il est enfin essentiel de maintenir dans la mesure du possible la distance entre les différents points de l'anode soluble et de la cathode que constitue l'objet à métalliser pour obtenir un dépôt homogène. Cette distance sera d'autant plus grande que le bain est plus conducteur.

A gauche : Graphitage d'une pièce non conductrice.

Au centre : Graphisme à la peinture d'argent sur Dépron avant électrolyse.

A droite : Capot moteur Dakota (col bouteille de Coca-Cola) métallisé peinture alu.

L'électro-métallurgie des pièces métalliques ne pose aucun problème puisque ces pièces sont conductrices; mais il n'en est pas de même des pièces constituées de matériaux résistants ou isolants qui doivent recevoir préalablement au traitement électrolytique proprement dit, un revêtement conducteur selon une méthode analogue à celle employée en galvanoplastie. On pourra alors enduire de métal les substances les plus diverses : plâtre, porcelaine, bois, textiles, graines, fleurs, insectes, etc.

A cette fin, la pièce non conductrice sera préalablement recouverte par une mince feuille de métal, une poudre métallique fine ou enduite d'une solution d'un sel métallique que l'on précipitera par une réaction chimique. La pièce ainsi traitée est désormais conductrice et peut être métallisée par électrolyse. Soulignons toutefois que l'adhérence du métal déposé électrolytiquement sur une surface non métallique est factice et ne présente pas le caractère de soudure d'un métal sur un autre métal. Elle suppose donc que la totalité de la pièce soit enfermée dans le dépôt.

Emploi des poudres métalliques

Argent, bronze, bismuth, etc. peuvent être utilisés en poudre. La plombagine ou mine de plomb (graphite) convient toutefois mieux pour cette opération, compte tenu de son faible coût, de sa très forte adhérence et de sa résistance à la plupart des solutions électrolytiques utilisées en galvanoplastie.

On humecte la pièce à l'eau et on la frotte rapidement avec un pinceau trempé dans la plombagine jusqu'à obtention d'un aspect brillant et uniforme. Les objets en plâtre sont préalablement imperméabilisés en les plongeant dans de la stéarine ou dans de la paraffine fondue jusqu'à ce qu'il ne s'en dégage plus de bulle d'air ni de vapeur d'eau. On saupoudre ensuite de plombagine, on laisse refroidir et on frotte vivement avec un pinceau enduit de plombagine.

Emploi d'une réaction chimique

C'est la seule solution lorsque les objets comportent des surfaces creuses inaccessibles au traitement par poudre. On badigeonne ou on plonge l'objet dans une solution métallique qui l'imbibe plus ou moins et on décompose le sel par un réactif approprié, ce qui entraîne la précipitation du métal.

Le nitrate d'argent est le plus employé pour l'argenture ; il peut soit être dissous dans l'eau et l'alcool (9 parties de nitrate d'argent pour 100 parties d'alcool), sans dans l'ammoniaque si le corps est gras et ne se mouille pas à l'eau. Si la solution ne peut être posée au pinceau, l'objet sera immergé dans une solution de nitrate d'argent dans le sulfure de carbone. Après dessiccation, on réduit le sel d'argent par la lumière, par l'hydrogène ou par une solution concentrée de phosphore dans le sulfure de carbone.

Emploi d'une encre à l'argent

Des encres spéciales à l'argent, vendues dans les boutiques d'accessoires automobiles pour la réparation des lunettes arrières dégivrantes ou dans les boutiques d'électronique pour la réparation des circuits imprimés permettent également de rendre conducteurs les supports les plus variés. On peut encore s'en servir pour écrire ou dessiner des motifs continus sur un support rigide comme le polystyrène extrudé (Dépron). Le motif est ensuite relié à la cathode du bain et métallisé par électrolyse. Il suffit alors de le décoller de son support pour obtenir une décalcomanie métallique.

Tous les objets recouverts d'un dépôt conducteur peuvent être ensuite métallisés par galvanoplastie dans un bain approprié. Le nickelage et l'argenture seront toutefois précédés d'un cuivrage pour accélérer le processus et garantir un résultat optimal.

Métallisation par le plomb

Solution de 100 grammes de potasse caustique dans 2 litres d'eau distillée. Ajouter 10 grammes de litharge. Faire usage d'une électrode en plomb et ajouter un peu de litharge. On peut également utiliser comme bain le nitrate de plomb.

- Cuve électrolytique avec alimentation variable en tension et en courant, avec pièce en cours d'électrolyse.

- Régulation en courant par ampoule à incandescence en série.

- Régulation par rhéostat bobiné et ampèremètre en série.

Pièce en cours d'électrolyse.

Aluminisation

Solution de chlorure double d'aluminium et d'ammonium, ou solution de sulfate d'aluminium concentré acidulé par un peu d'acide sulfurique. On peut également faire passer le courant dans une solution saturée de sulfate d'alumine dans une solution de sel marin, les deux liquides étant séparés par une cloison poreuse. Il se forme d'abord un chlorure double d'aluminium et de sodium qui se décompose ensuite et l'aluminium se porte sur l'objet à recouvrir qui est relié au négatif. L'anode soluble est en aluminium. Un courant de 6 à 7 volts sous 4 ampères convient parfaitement.

Cuivrage

8 à 9 parties d'acide sulfurique dans 100 parties d'eau; dissoudre 8 à 9 parties de sulfate de cuivre cristallisé pour une solution saturée. Anode soluble de cuivre. La tension requise est de 0,45 V et l'intensité est en moyenne de 10 mA par cm2 de surface à recouvrir dans le cas de petites applications où la distance entre anode et cathode n'excède pas 12 cm.

Zingage

1 partie d'acide borique dans 100 parties d'eau ; dissoudre 17 parties de chlorure de potassium et 7 parties de chlorure de zinc pour une solution saturée. Anode soluble de zinc.

Nickelage

60 grammes de sulfate double de nickel et 20 grammes de sel excita­teur (?) pour 1 litre d'eau. Anode soluble en nickel. Cette solution doit être préalablement électrolysée en y plongeant pendant 24 heures une pièce de cuivre. Tension d'électrolyse : 3 volts. La pièce devra être préa­lablement cuivrée.

Métallisation à sec

Il s'agit de faire pénétrer dans le corps une émulsion contenant un sel ou une poudre métallique qui adhère à la surface que l'on rend brillante par polissage. Certaines cires d'ébéniste destinées à la dorure ou à l'argenture des cadres peuvent être utilisées sur le bois et sur le plâtre. Selon le même principe, on pourra mélanger de la poudre d'aluminium avec de la cire d'abeilles (à froid) ou avec de la paraffine (à chaud, pour moulage).

NB : La plupart des produits entrant dans la composition de ces bains sont hautement toxiques et corrosifs. Ils ne sauraient donc être entreposés, manipulés et utilisés qu'avec la plus extrême prudence (gants, lunettes, éloignement des enfants,. etc.).

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Mon impression d'aujourd'hui...

Nous sommes en 2006, dix ans déjà, quelle horreur... Avec grande satisfaction j'ai gardé le "contact" avec la chimie électrique et je fais tout avec, en utilisant presque exclusivement la méthode du coton, surtout pour le zincage. J'ai gardé mes vieilles solutions qui sont inusables et quand j'ai un trou de mémoire je regarde mon article d'époque, c'est pratique...

Un problème se posait pourtant avec cet article : A part moi, qui pouvait utiliser le système ? Pas grand monde je présume, car il y avais un "os" de taille, c'était l'obtention des solutions qu'un professeur de l'Ecole de Chimie de Clermont m'avait donné... Comment faire pour trouver les produits en 1996 ? Ne sais pas...

Et puis internet est arrivé, et là, tout de suite, j'ai mis moins d'une minute pour trouver l'adresse d'un spécialiste... je suis génial...

http://www.ampere.com/fr/home.php

En ce qui concerne la prose de mon éminent collègue qui a fort opportunément pris la suite, je ne me permettrais pas de faire des critiques, mais j'ai des doutes sur certaines méthodes qui me paraissent décrites un peu trop rapidement pour donner lieu à des résultats pratiques...

En tous cas il nous donne des idées, c'est bien.

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Pour découvrir une autre "expression" électrochimique, voir "voisin5"

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Les Merveilles de la science

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Louis Figuier

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Cents pages de merveilles électrophorétiques à découvrir.

Edition: 1868, pages 285 à 384

http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k24675w/f289.image.r=.langFR

Il est plus pratique de télécharger le fichier pdf...

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15/2/2014

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