Devoir n°3 : Etude de la fabrication des boules de pétanque

Mis à jour 11/08/2010
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Devoir n°3 : Etude de la fabrication des boules de pétanque
L’entreprise produisant 300 tonnes de boules de pétanque par mois, cherche à réaliser des
boules « mi-tendres » en 25CrMo4 soudable revêtues d’un chrome décoratif.
Le cahier des charges à respecter est le suivant :
Diamètre des boules : 74 mm
Poids : 720 grammes
Dureté : 36/37 HRC (mi tendre) équivalent à 1155 MPa
1ère Partie : Traitement de surface des boules de pétanque (actuellement)
Les boules de pétanque étudiées doivent être revêtues d’un chrome décoratif (préparation
de la surface — nickelage - rinçage mort —3 rinçages cascade — chromage décoratif --rinçage mort - 3 rinçages cascade).
1.1/ Décrire le principe de dépôts par voie électrolytique.
1.2/ Donner la composition chimique de l’acier.
1.3/ Décoder la désignation normalisée du substrat et de ce traitement :
Cr 0, 5 (I) / Ni 20 (I) / 25CrMo4.
1.4/ Etablir la liste et ordonner les différentes opérations de la gamme de préparation de la
surface. Quelles sont les précautions à prendre ?
Le bain de nickel fonctionne dans les conditions suivantes:
• Densité de courant: 8 A/dm
• Rendement cathodique (d’après fournisseur) : 0.97
1.5/ Calculer la vitesse de déposition de ce bain en µm/min en justifiant vos calculs.
1.6/ Calculer le temps d’électrolyse.
Le bain de chrome fonctionne dans les conditions suivantes:
• Densité de courant: 18 A/dm
• Rendement cathodique: 17 %
• Valence : 6
1.7/ Calculer le temps d’électrolyse de l’opération de chromage
Afin d’analyser l’état de fonctionnement du bain de nickelage, une boule est traitée sans
prise en compte du rendement cathodique pour le calcul du temps de traitement.
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1.8/ Sachant que le diamètre de la boule avant traitement (= nickelage) est de 73,950 mm,
calculer la masse théorique de nickel qui aurait du se déposer.
1.9/ Sachant que la masse réellement déposée est de 2,9 g, déterminer le rendement
cathodique réel de ce bain.
Les montages peuvent supporter 48 boules de pétanques. L’entreprise travaille en 2/8 et
traite 40 charges par jour.
La fiche technique du bain de nickel indique :
Rajout 2 litres de brillanteur tous les 10 000A.h
2.0/ Calculer la quantité de brillanteur à rajouter à la fin de chaque journée.
Rappel :
Le volume d’une sphère de rayon R : V = 4/3 x π x R3
La surface d’une sphère de rayon R : V = 4 x π x R2
Masse volumique du nickel : 8,9 g/cm3
Masse molaire du nickel : 58,7 g
Masse volumique du chrome : 7,2 g/cm3
Masse molaire du chrome : 52 g
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2ème Partie : Mise en place d’une nouvelle gamme de traitement
Afin d’augmenter la tenue à la corrosion des boules de pétanque, la société décide de mettre
en place une nouvelle de traitement : Préparation, Cuivrage cyanuré (7 µm), cuivrage acide
(10 µm), nickelage (15 µm), chromage décoratif (0,5 µm).
2.1/ Analyse de la nouvelle gamme de fabrication :
Justifier le rôle des 2 nouveaux dépôts : cuivrage cyanuré et cuivrage acide.
2.2/ Etude de la composition des 2 bains :
Vous devez commander les différents sels de base nécessaires pour monter les nouveaux
bains de dépôt (cuivre cyanuré et cuivre acide).
Le bain de cuivre acide utilisé est un bain au sulfate.
Donner la composition qualitative du bain et le rôle de chacun des constituants ainsi que la
composition des anodes.
Le bain de cuivre cyanuré est constitué au montage de :
CuCN : 50 g/l
NaCN : 70 g/l
Sel de seignette : 80 g/l
Quel est le rôle de chacun des constituants ?
Ecrire les réactions qui se produisent au montage du bain.
Exprimer la composition de ce bain sous forme de cuivre dissout et de NaCN libre.
2.2/ Caractérisation de ces 2 nouveaux bains :
Avant de monter ces 2 nouveaux bains vous voulez les caractériser (en petit volume), c'està-dire calculer leur rendement cathodique et comparer leur pouvoir de pénétration.
Calcul du rendement cathodique :
Dépôt
Masse avant
dépôt (g)
Masse après
dépôt (g)
Densité de
courant (A/dm²)
Temps
(min)
Masse
molaire (g)
Cuivrage
cyanuré
125,354
126,963
1
30
63,54
Cuivrage au
sulfate
124,167
127,587
3
30
63,54
Les pièces traitées pour vérifier ces rendements cathodiques ont une surface de 2 dm².
Calculer le rendement cathodique de chaque bain.
Comparaison du pouvoir de pénétration :
Pour comparer le pouvoir de pénétration des 2 bains, vous effectuez un cuivrage sur deux
cathodes en acier en forme de « V » :
- l’une dans un bain de cuivre acide,
- l’autre dans un bain de cuivre cyanuré.
o
Définir le pouvoir de pénétration.
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La cathode traitée en bain de cuivre acide est d’abord nickelée. Pourquoi ?
Des mesures d’épaisseurs par coulométrie sont effectuées sur la cathode cuivrée en bain
acide et sur la cathode cuivrée en bain cyanuré. Les résultats sont donnés en annexe 2.
Quel bain présente le meilleur pouvoir de répartition ?
Quels sont les phénomènes à l’origine de cette différence de répartition ?
A partir de ces courbes peut-on mesurer la valeur du pouvoir couvrant ? Pourquoi ?
Paramètres de traitement :
cuivre acide :
cuivre cyanuré :
ddc : 5 A/dm², temps :30 min
ddc : 3 A/dm², temps :30 min
2.3/ Etude de la station d’épuration :
La mise en place de cette nouvelle gamme de fabrication impose quelques modifications au
niveau de la station de détoxication.
Pour chaque nouveau bain (cuivre acide et cuivre cyanuré) :
o
Quels sont les différents polluants ?
o
Comment détoxiquer ces différents polluants ?
Reliez les cuves de la station entre elles en complétant le document réponse n°1.
Vous indiquerez les différentes étapes, la nature des réactifs et les paramètres de
fonctionnement.
On pratique la détoxication des cyanures par l’eau de javel, écrire l’équation de la
réaction et les conditions opératoires à respecter.
Données:
Cu: 63.5 g/mole - C: 12 g/mole - N: 14 g/mole - Na: 23 g/mole - S: 32 g/mole
Cr : 52 g/mole – O : 16 g/mole - Ni : 58.7 g/mole
Masse volumique (Ni): 8.9 g/cm3
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Annexe 1 : Gamme de fabrication des boules de pétanque
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Annexe 2 : La cathode en « V »
Position de la cathode dans les bains de cuivre acide et cuivre cyanuré
Redresseur
-
+
Anodes
Anodes
Mesure de l’épaisseur de cuivre déposée :
0 cm
10 cm
Epaisseur de cuivre en µm
Mesure d'épaisseur
40
35
Cu acide
30
Cu CN
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Distance en cm
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Document 1 (à rendre) : La station d’épuration
Nom :
ATELIER DE TRAITEMENT DE SURFACE
A
B
Rinçage
chromique
Bain usé
chromique
C
Bain usé
acide
D
Rinçage
acido basique
Déchromatation
E
F
G
Bain usé
alcalin
Bain usé
cyanuré
Rinçage
cyanuré
Décyanuration
Neutralisation
Floculateur
Décanteur
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