EP1571235B1 - Procédé d'étamage de pièces tubulaires en cuivre - Google Patents
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Classifications
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- C23C18/48—Coating with alloys
Definitions
- the invention relates to the field of sanitary tubular products for the distribution of drinking water, typically copper tubes.
- Sanitary copper tubes for the distribution of aggressive water must be treated internally so that the distributed drinking water typically contains less than 2 mg / l of copper.
- the tinning processes commonly used are chemical processes or hot melt deposition processes.
- the galvanic deposition methods by electrolysis of a tin salt are not used because they are too expensive, the tubes in particular having a geometry that is too unfavorable for this type of process.
- the tube to be treated is heated to at least 240 ° C. and internally coated with tin in the liquid state, and is then cooled.
- the hot process also has disadvantages. On the one hand it requires to carry the tubes at relatively high temperature, which has a significant cost whether in terms of production costs or investment cost. On the other hand, the rise at high temperature tends to partially recrystallize the metal and thus reduce the mechanical characteristics of the copper tubes. Finally, this process leads to unnecessarily thick layers of tin, which results in additional cost for the final tube.
- the invention aims to provide a particularly economical process which avoids the expensive treatment of effluents as in the case of the chemical process, which avoids, as in the hot process, to carry the tubes to a high temperature which recrystallizes and softens the metal, and finally eliminates the mechanical pre-treatments for the preparation of surfaces to be tinned, such as sanding.
- aqueous dispersion comprising tin in the solid state and divided, in the form of average particle size ranging from 0.5 mm to 5 mm, and a partial solution of said tin agent, said dispersion being at a temperature above 60 ° C and typically less than 130 ° C, said dissolution agent being a salt for obtaining a pH ranging from 3 to 5, so as to form in situ stannous ions capable of leading to a tin deposit by ion exchange with the copper of said part, and wherein said process of said copper or copper alloy part is itself all or part of a container or conduit to allow the circulation or agitation of said dispersion.
- the invention solves the problems posed.
- the dispersion used according to the invention contains, at the end of the treatment, in addition to tin in the solid state, which is therefore easy to separate and isolate by filtration, that a solution containing essentially a copper salt and said partial dissolving agent. It is sufficient to recover the copper in order to be able to recycle this solution or to isolate the said partial dissolution agent.
- the copper ions of the dispersion can be recovered for example using an ion exchange resin.
- the process is carried out at a relatively low temperature, and in any case at a temperature too low to recrystallize the copper and thus reduce its mechanical characteristics.
- the method according to the invention makes it possible to avoid the preparation of the surfaces to be treated by mechanical treatment insofar as the use of tin in the form of shot can be used to simultaneously obtain a stripping of the surface to be treated. and tinning.
- said piece may be a tubular piece and said surface may be an inner surface, and in this case, said dispersion is circulated in contact with said inner surface.
- said dispersion can be circulated for a selected time to obtain a tin layer of at least 0.3 ⁇ m and typically between 0.5 ⁇ m and 1 ⁇ m, this time ranging from a few minutes to a few tens of minutes. .
- said operating temperature of the process can range from 95 ° C. to 100 ° C. and in this case said contacting is carried out at atmospheric pressure.
- Said agent for dissolving tin is a salt making it possible to obtain a pH ranging from 3 to 5, and typically from 3.5 to 4.5, at a molar content ranging from 0.01 to 1 mole per liter.
- said salt is potassium or potassium bitartrate, present at a molar content ranging from 0.1 to 0.3 moles per liter.
- This compound has the advantage of being a non-toxic natural product, so that it will not be necessary to eliminate traces of bitartrate in the copper or copper alloy parts after implementation of the method according to the invention .
- this bitartrate allowed to quickly obtain a layer of tin of regular thickness, of the order of 1 micron, without the risk of having a lack of tin or extra thickness.
- said dispersion comprises an accelerator salt for dissolving tin.
- a salt may be chosen from sodium chloride or ammonium chloride.
- Said split tin is tin grit of average particle size ranging from 0.5 mm to 5 mm.
- a size is chosen which generally results from a compromise between the aptitude for the shot to be conveyed, for example in a tube, and not to be deposited, which excludes an excessively large particle size, typically above beyond 5 mm, and where appropriate, its stripping action, which excludes a particle size too low, typically below 0.1 mm.
- a particle size corresponding to an economical tin form is also chosen.
- said Applicant has found that it could be advantageous for said tin to comprise copper, typically at a weight content ranging from 0.1 to 5%, and preferably from 0.5 to 2%, so as to accelerate the solution of stannous ions and thus the formation of the tin deposit.
- the process according to the invention makes it possible to treat a non-pickled part, because the presence of a thin film of copper oxide makes it possible to accelerate the solution of cupric ions and thus the dissolution of the granules tin.
- said copper part it is preferable for said copper part to be degreased beforehand.
- said copper piece itself constitutes a container for said dispersion.
- Said piece of copper or copper alloy itself constitutes all or part of a container or conduit to allow the circulation or agitation of said dispersion.
- the method according to the invention therefore requires neither treatment tanks in which the parts to be treated would plunge, nor large volumes of aqueous dispersion, which is particularly advantageous on a practical level.
- Said copper piece may be selected typically from: tubes, fittings, valves, sanitary installations, all tubular type parts comprising an inner surface that can be brought into contact with said dispersion.
- tubular pieces are made of low-alloy copper, most often copper tubes.
- An aqueous dispersion was prepared by introducing into an aqueous solution 0.25 M of potassium bitartrate from the tin shot in the form of granules of particle size (larger size) ranging from 2 mm to 3 mm.
- the quantity of shot to be used is such that the total surface of the granules corresponds to the surface to be tinned.
- the used tube of inner diameter of 16 mm it is of the order of 1.5 kg per meter of tube.
- This dispersion was then brought to 100 °, close to boiling, and circulated in a pre-degreased copper tube for 10 minutes, the dispersion being kept at the same temperature around 100 ° C. in a tank, the volume of the dispersion corresponding to the internal volume of the tube and the volume of the dispersion in the tank.
- the tube was then rinsed with water.
- a tin deposit of about 0.6 ⁇ m thickness is obtained on the inner surface of the tube, which deposit is perfectly adherent to its copper substrate.
- the final dispersion was treated by separating the tin shot by filtration and by cold separation of the precipitated potassium bitartrate, and recovering the copper by passing the solution obtained after separation from the ion exchange resin on an ion exchange resin. bitartrate precipitated.
- Potassium bitartrate and granules could be reused.
- the tubes thus obtained had good properties of use both with regard to corrosion resistance and with regard to the formation of a copper barrier.
- the invention thus has very great advantages of economic and ecological order compared to the methods of the state of the art as has become clear in the foregoing.
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Description
- L'invention concerne le domaine des produits tubulaires à usage sanitaire pour la distribution d'eau potable, typiquement les tubes en cuivre.
- Les tubes en cuivre à usage sanitaire pour la distribution d'eaux agressives doivent être traités intérieurement de manière à ce que l'eau potable distribuée contienne typiquement moins de 2 mg/l de cuivre.
- Parmi les traitements connus, figure l'étamage des tubes de cuivre.
- Les procédés d'étamage couramment utilisés sont les procédés par voie chimique ou les procédés à chaud par dépôt d'étain fondu.
- Les procédés de dépôt galvanique par électrolyse d'un sel d'étain ne sont pas utilisés car trop coûteux, les tubes présentant notamment une géométrie trop défavorable pour ce type de procédé.
- Dans le procédé par voie chimique, tel que décrit par exemple dans le brevet européen
EP 0851 041 A1 , on fait circuler pendant une dizaine de minutes dans le tube à traiter une solution à 60°C comprenant un sel d'étain et des composés organiques comme décrit dans le brevetUS 2,282,511 . Cette solution conduit à un dépôt d'étain qui s'arrête de lui-même après dépôt de quelques dizaines de µm d'étain. - Dans le procédé à chaud, tel que décrit par exemple dans le brevet européen
EP 0 864 667 B1 , le tube à traiter est porté à au moins 240°C et revêtu intérieurement d'étain à l'état liquide, puis est refroidi. - On connaît aussi le brevet européen
EP 0 915 183 dans lequel le tube est revêtu sous atmosphère de gaz inerte d'un bain d'étain contenant un méthane sulfonale d'étain comme source d'étain. On connaît aussi les documents suivants: le brevet qui divulgue un procédé d'étamage par impact, le brevetFR1056203 US6041828 qui divulgue un procédé d'étamage par voie chimique, le brevetUS2072229 qui divulgue un procédé d'étamage par voie chimique et le brevet japonais qui divulgue un procédé d'étamage de poudre de cuivre par voie chimique.JP56 20156 - Le procédé par voie chimique présente des problèmes d'ordre économique et écologique. En effet, d'une part, les bains utilisés pour le procédé par voie chimique sont complexes et forment des effluents également complexes qui sont donc soit très coûteux à traiter soit très polluants.
- Le procédé à chaud présente aussi des inconvénients. D'une part il nécessite de porter les tubes à relativement haute température, ce qui présente un coût non négligeable que ce soit en termes de coûts de production ou de coût d'investissement. D'autre part, la montée à haute température tend à recristalliser partiellement le métal et donc à réduire les caractéristiques mécaniques des tubes de cuivre. Enfin, ce procédé conduit à des couches d'étain inutilement épaisses, ce qui entraîne un surcoût pour le tube final.
- En outre, quel que soit le procédé, une préparation de la surface à étamer est généralement nécessaire, préparation qui comporte le plus souvent un sablage comme décrit dans le brevet
EP 1 167 563 . - L'invention vise à proposer un procédé notamment très économique qui évite le traitement coûteux d'effluents comme dans le cas du procédé par voie chimique, qui évite, comme dans le procédé à chaud, de porter les tubes à une température élevée qui recristallise et adoucit le métal, et enfin qui supprime les pré-traitements mécaniques de préparation des surfaces à étamer, tels que le sablage.
- Dans le procédé, selon l'invention, d'étamage d'une pièce tubulaire en cuivre ou alliage de cuivre typiquement tubulaire, on met en contact une surface de ladite pièce en cuivre ou alliage de cuivre avec une dispersion aqueuse comprenant de l'étain à l'état solide et divisé, sous forme de grenaille de taille particulaire moyenne allant de 0.5 mm à 5 mm, et un agent de mise en solution partielle dudit étain, ladite dispersion étant à une température supérieure à 60°C et typiquement inférieure à 130°C, ledit agent de mise en solution étant un sel permettant d'obtenir un pH allant de 3 à 5, de manière à former in situ des ions stanneux aptes à conduire à un dépôt d'étain par échange ionique avec le cuivre de ladite pièce, et dans lequel procédé ladite pièce en cuivre ou alliage de cuivre constitue elle-même tout ou partie d'un contenant ou d'un conduit pour permettre la circulation ou l'agitation de ladite dispersion.
- L'invention résout les problèmes posés.
- En effet, d'une part, la dispersion utilisée selon l'invention ne contient en fin de traitement, outre l'étain à l'état solide qui est de ce fait facile à séparer et isoler par filtration, qu'une solution contenant essentiellement qu'un sel de cuivre et ledit agent de dissolution partielle. Il suffit de récupérer le cuivre pour pouvoir soit recycler cette solution, soit isoler ledit agent de dissolution partielle. Par exemple, les ions de cuivre de la dispersion peuvent être récupérés par exemple à l'aide d'une résine échangeuse d'ions.
- D'autre part, le procédé est mis en oeuvre à température relativement basse, et en tout cas à une température trop basse pour recristalliser le cuivre et ainsi diminuer ses caractéristiques mécaniques.
- Enfin, le procédé selon l'invention permet d'éviter la préparation des surfaces à traiter par traitement mécanique dans la mesure où l'utilisation d'étain sous forme de grenaille peut être mise à profit pour obtenir simultanément un décapage de la surface à traiter et son étamage.
- Selon l'invention, ladite pièce peut être une pièce tubulaire et ladite surface peut être une surface intérieure, et dans ce cas, on fait circuler ladite dispersion au contact de ladite surface intérieure. Ainsi, on peut faire circuler ladite dispersion pendant un temps choisi pour obtenir une couche d'étain d'au moins 0,3 µm et typiquement entre 0,5 µm et 1 µm, ce temps pouvant aller de quelques minutes à quelques dizaines de minutes.
- Typiquement, ladite température de mise en oeuvre du procédé peut aller de 95°C à 100°C et, dans ce cas, ladite mise en contact est réalisée à la pression atmosphérique. Cependant, selon l'invention, il est possible d'opérer sous pression à une température légèrement supérieure à 100°C.
- Ledit agent de mise en solution de l'étain est un sel permettant d'obtenir un pH allant de 3 à 5, et typiquement de 3,5 à 4,5 à une teneur molaire allant de 0,01 à 1 mole par litre.
- Avantageusement, ledit sel est du bitartrate de potassium ou pierre de vin, présent à une teneur molaire allant de 0,1 à 0,3 moles par litre. Ce composé présente l'avantage d'être un produit naturel non toxique, de sorte qu'il ne sera pas nécessaire d'éliminer les traces de bitartrate dans les pièces en cuivre ou alliage de cuivre après mise en oeuvre du procédé selon l'invention. En outre, il a été observé par la demanderesse que ce bitartrate permettait d'obtenir rapidement une couche d'étain d'épaisseur régulière, de l'ordre de 1 µm, sans risque d'avoir un manque d'étain ou une surépaisseur.
- Il est également possible que ladite dispersion comprenne un sel accélérateur de dissolution de l'étain. Un tel sel peut être choisi parmi le chlorure de sodium ou le chlorure d'ammonium.
- Ledit étain à l'état divisé est de la grenaille d'étain de taille particulaire moyenne allant de 0,5 mm à 5 mm.
- En pratique, on choisit une taille qui résulte généralement d'un compromis entre l'aptitude pour la grenaille à être véhiculée, par exemple dans un tube, et à ne pas se déposer, ce qui exclut une taille particulaire trop élevée, typiquement au-delà de 5 mm, et le cas échéant, son action décapante, ce qui exclut une taille particulaire trop faible, typiquement en deçà de 0,1 mm. On choisit également une taille particulaire correspondant à une forme d'étain économique.
- Curieusement, la demanderesse a trouvé qu'il pouvait être avantageux que ledit étain comprenne du cuivre, typiquement à une teneur pondérale allant de 0,1 à 5%, et de préférence de 0,5 à 2%, de manière à accélérer également la mise en solution d'ions stanneux et donc la formation du dépôt d'étain.
- Comme déjà mentionné, le procédé selon l'invention permet de traiter une pièce non décapée, parce que la présence d'une fine pellicule d'oxyde de cuivre permet d'accélérer la mise en solution d'ions cuivriques et donc la dissolution des granules d'étain. Par contre, il est préférable que ladite pièce en cuivre soit au préalable dégraissée.
- Il est avantageux que ladite pièce en cuivre constitue elle-même un contenant pour ladite dispersion. Ladite pièce en cuivre ou alliage de cuivre constitue elle-même tout ou partie d'un contenant ou d'un conduit pour permettre la circulation ou l'agitation de ladite dispersion.
- Ainsi, seule la surface en contact avec l'eau potable sera étamée, et par ailleurs, le procédé selon l'invention ne nécessite donc ni cuves de traitement dans lesquelles plongeraient les pièces à traiter, ni de grands volumes de dispersion aqueuse, ce qui est particulièrement avantageux sur un plan pratique..
- Ladite pièce en cuivre peut être choisie typiquement parmi : les tubes, les raccords, la robinetterie, les installations sanitaires, toutes pièces de type tubulaire comprenant une surface intérieure pouvant être mise en contact avec ladite dispersion.
- Typiquement, lesdites pièces tubulaires sont en cuivre faiblement allié, le plus souvent des tubes en cuivre.
- On a préparé une dispersion aqueuse en introduisant dans une solution aqueuse 0,25 M de bitartrate de potassium de la grenaille d'étain sous forme de granules de taille particulaire (plus grande dimension) allant de 2 mm à 3 mm.
- La quantité de grenaille à utiliser est telle que la surface totale des granules corresponde à la surface à étamer. Pour le tube utilisé de diamètre intérieur de 16 mm, elle est de l'ordre de 1,5 kg par mètre de tube.
- On a ensuite porté cette dispersion vers 100°, proche de l'ébullition, et on l'a faite circuler dans un tube de cuivre préalablement dégraissé pendant 10 minutes, la dispersion étant maintenue à la même température vers 100°C dans un bac, le volume de la dispersion correspondant au volume intérieur du tube et au volume de la dispersion dans le bac.
- Le tube a ensuite été rincé à l'eau. On obtenu un dépôt d'étain d'environ 0,6 µm d'épaisseur sur la surface intérieure du tube, dépôt parfaitement adhérent à son substrat de cuivre.
- Par ailleurs, la dispersion finale a été traitée en séparant par filtration la grenaille d'étain et en séparant à froid le bitartrate de potassium précipité, et en récupérant le cuivre par passage sur une résine échangeuse d'ions de la solution obtenue après séparation du bitartrate précipité.
- Le bitartrate de potassium et les granules ont pu être réutilisés.
- D'autres essais ont été faits en utilisant un étain comprenant environ 1% de cuivre, en incorporant à la dispersion du chlorure de sodium, à raison de 150 g/l, comme accélérateur de dissolution de l'étain. Le temps a été réduit de moitié. De plus, le dépôt avait un aspect plus brillant.
- Les tubes ainsi obtenus présentaient de bonnes propriétés d'usage tant en ce qui concerne la tenue à la corrosion qu'en ce qui concerne la formation d'une barrière au cuivre.
- L'invention présente donc de très grands avantages d'ordre économique et écologique par rapport aux procédés de l'état de la technique comme cela est apparu clairement dans ce qui précède.
Claims (11)
- Procédé d'étamage d'une pièce en cuivre ou alliage de cuivre typiquement tubulaire dans lequel une surface de ladite pièce en cuivre ou alliage de cuivre est mise en contact avec une dispersion aqueuse comprenant de l'étain à l'état solide et divisé, sous forme de grenaille de taille particulaire moyenne allant de 0,5 mm à 5 mm, et un agent de mise en solution partielle dudit étain, ladite dispersion étant à une température supérieure à 60°C et typiquement inférieure à 130°C, ledit agent de mise en solution étant un sel permettant d'obtenir un pH allant de 3 à 5, de manière à former in situ des ions stanneux aptes à conduire à un dépôt d'étain par échange ionique avec le cuivre de ladite pièce, et dans lequel procédé ladite pièce en cuivre ou alliage de cuivre constitue elle-même tout ou partie d'un contenant ou d'un conduit pour permettre la circulation ou l'agitation de ladite dispersion.
- Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite pièce est une pièce tubulaire et ladite surface est une surface intérieure, et dans lequel on fait circuler ladite dispersion au contact de ladite surface intérieure.
- Procédé selon la revendication 2 dans lequel on fait circuler ladite dispersion pendant un temps choisi pour obtenir une couche d'étain d'au moins 0,3 µm et typiquement entre 0,5 µm et 1 µm.
- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel ladite température va de 95°C à 100°C, et dans lequel ladite mise en contact est réalisée à la pression atmosphérique.
- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ledit sel est à une teneur molaire allant de 0,1 à 0,3 moles par litre, et permet d'obtenir un pH allant de 3,5 à 4,5.
- Procédé selon la revendication 5 dans lequel ledit sel est du bitartrate de potassium ou pierre de vin, présent à une teneur molaire de 0,1 ±0,05 moles par litre.
- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ladite dispersion comprend un sel accélérateur de dissolution de l'étain, ledit sel étant choisi parmi le chlorure de sodium ou le chlorure d'ammonium.
- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel ledit étain comprend du cuivre, typiquement à une teneur pondérale allant de 0,1 à 5%, et de préférence de 0,5 à 2%.
- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel ladite pièce en cuivre ou alliage de cuivre est une pièce dégraissée et typiquement non décapée.
- Procédé selon la revendication 9 dans lequel ladite pièce en cuivre ou alliage de cuivre est choisie typiquement parmi : les tubes, les raccords, la robinetterie, les installations sanitaires, toutes pièces de type tubulaire comprenant une surface intérieure pouvant être mise en contact avec ladite dispersion.
- Procédé selon la revendication 10 dans lequel lesdites pièces tubulaires sont en cuivre.
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| DATABASE WPI Week 198116, Derwent World Patents Index; AN 1981-28227D * |
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