Département des matériaux

Modélisation expérimentale et théorique du planage anodique sous conditions d'usinage électrochimique

Sautebin, Raoul ; Landolt, Dieter (Dir.)

Thèse Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 1980 ; no 392.

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    Résumé
    La vitesse de planage anodique d'un profil triangulaire est calculée par étapes stationnaires sous conditions d'usinage électrochimique (UEC) en distribution primaire et secondaire de courant ainsi qu'en distribution tertiaire au courant limite. Dans ces conditions, la vitesse de planage est soit sous contrôle ohmique, soit sous contrôle de transport de matière. La méthode des éléments finis (MEF) est utilisée comme technique d'évaluation de la distribution de courant Deux situations physiques différentes sont simulées, l'une où la distance inter-électrode reste constante au cours du planage, l'autre où les électrodes sont fixes. La première situation nécessite que la vitesse de dissolution de l'anode soit compensée, au contraire de la deuxième où la distance inter-électrode augmente au fur et à mesure que l'anode se dissout. Les résultats issus de ce modèle théorique sont représentés par la variation de la vitesse de planage exprimée sous forme adimensionnelle en fonction des paramètres géométriques et des conditions hydrodynamiques de la cellule ainsi que de la cinétique des réactions à l'électrode. Pour ne pas trahir les conditions UEC, on a tenu compte de la loi cinétique de Tafel. Il ressort des résultats théoriques que la vitesse optimale de planage anodique d'un profil triangulaire s'obtient, à distance inter-électrode constante, en distribution primaire de courant ou tertiaire au courant limite quand la distance inter-électrode ou l'épaisseur de la couche de diffusion est la plus petite et quand l'angle d'ouverture du profil est le plus aigu. Parallèlement, un modèle expérimental a été développé pour tester les prévisions issues du modèle mathématique. Les conditions UEC sont reproduites dans un canal rectangulaire permettant une convection forcée (flow-channel). On s'est servi d'un moteur pas-à-pas (± 1 µm) pour les essais où la distance inter-électrode est constante au cours de l'usinage. Les résultats obtenus représentent la régression de la rugosité en fonction du temps de dissolution. L'évolution du profil ainsi que l'état de surface final sont illustrés par des micrographies prises au microscope électronique à balayage et des profilogrammes effectués par un rugosimètre. Les essais entrepris confirment les prévisions théoriques et en plus caractérisent l'état de surface qui, selon la distribution de courant, peut être mate ou brillant. Ainsi, il apparaît que la distribution tertiaire au courant limite est plus favorable au planage anodique que la distribution primaire de courant car l'épaisseur de la couche de diffusion est généralement beaucoup plus petite que la distance inter-électrode. De plus, au courant limite, on observe un brillantage de la surface. Finalement, on peut déduire des résultats tant théoriques qu'expérimentaux que, dans le mécanisme complexe du polissage électrochimique, la précipitation de sels est responsable du brillantage et la couche de diffusion du planage d'une surface lorsque le courant est limité par la solubilité des produits de réaction à l'électrode.