1. Introduction
Lors de la transmission de signaux haute fréquence dans un câble de communication, les conducteurs subissent un effet de peau. Cet effet s'accentue avec l'augmentation de la fréquence du signal transmis. L'effet de peau désigne la transmission de signaux à l'interface entre la surface externe du conducteur interne et la surface interne du conducteur externe d'un câble coaxial, lorsque la fréquence du signal transmis atteint plusieurs kilohertz ou dizaines de milliers de hertz.
En particulier, avec la flambée des prix internationaux du cuivre et la raréfaction croissante des ressources naturelles en cuivre, l'utilisation de fils d'acier ou d'aluminium cuivrés pour remplacer les conducteurs en cuivre est devenue une tâche importante pour l'industrie de la fabrication de fils et de câbles, mais aussi pour sa promotion grâce à l'utilisation d'un vaste espace de marché.
Cependant, lors du cuivrage du fil, en raison des prétraitements, du pré-nickelage et d'autres procédés, ainsi que de l'impact de la solution de cuivrage, les problèmes et défauts suivants sont facilement rencontrés : noircissement du fil, pré-cuivrage insuffisant, décollement de la couche de cuivrage principale. Il en résulte une production de fil et de matériau inutilisables, ce qui augmente les coûts de fabrication. Par conséquent, il est primordial de garantir la qualité du revêtement. Cet article traite principalement des principes et des procédures de production de fil d'acier cuivré par électroplacage, ainsi que des causes courantes des problèmes de qualité et des solutions possibles. 1. Procédé de cuivrage du fil d'acier et ses causes
1.1 Prétraitement du fil
Tout d'abord, le fil est immergé dans une solution alcaline de décapage. Une tension spécifique est ensuite appliquée entre le fil (anode) et la plaque (cathode). L'anode libère une grande quantité d'oxygène. Le rôle principal de ces gaz est double : premièrement, les bulles qui se forment à la surface du fil d'acier et de l'électrolyte environnant exercent une agitation mécanique et un effet de décapage, favorisant ainsi le détachement de l'huile de la surface du fil et accélérant la saponification et l'émulsification des huiles et graisses ; deuxièmement, les minuscules bulles, fixées à l'interface métal-solution, entraînent l'huile du fil d'acier vers la surface de la solution, facilitant ainsi son élimination. Parallèlement, le risque de fragilisation par l'hydrogène de l'anode est réduit, permettant d'obtenir un bon dépôt.
1.2 Placage du fil
Tout d'abord, le fil est prétraité et pré-plaqué au nickel par immersion dans la solution de placage et application d'une certaine tension entre le fil (cathode) et la plaque de cuivre (anode). À l'anode, la plaque de cuivre perd des électrons et forme des ions cuivre divalents libres dans le bain électrolytique (de placage).
Cu – 2e→Cu2+
À la cathode, le fil d'acier est réélectrolytiquement ré-électrolytiquement et les ions cuivre divalents se déposent sur le fil pour former un fil d'acier cuivré :
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
Lorsque la quantité d'acide dans la solution de placage est insuffisante, le sulfate cuivreux s'hydrolyse facilement en oxyde cuivreux. Ce dernier se retrouve piégé dans la couche de placage, la rendant friable. Cu₂SO₄ + H₂O → Cu₂O + H₂SO₄
I. Composants clés
Les câbles optiques extérieurs sont généralement composés de fibres nues, d'un tube libre, de matériaux étanches à l'eau, d'éléments de renforcement et d'une gaine extérieure. Ils existent en différentes structures, telles que les câbles à tube central, les câbles à brins multiples et les câbles à structure squelettique.
Les fibres nues sont des fibres optiques d'origine d'un diamètre de 250 micromètres. Elles comprennent généralement le cœur, la gaine et le revêtement. La taille du cœur varie selon le type de fibre nue. Par exemple, les fibres monomodes OS2 mesurent généralement 9 micromètres, tandis que les fibres multimodes OM2/OM3/OM4/OM5 mesurent 50 micromètres et les fibres multimodes OM1 mesurent 62,5 micromètres. Un code couleur permet souvent de différencier les fibres multicœurs.
Les tubes libres sont généralement fabriqués en PBT, un plastique technique haute résistance, et servent à accueillir les fibres nues. Ils les protègent et sont remplis d'un gel hydrofuge afin d'empêcher toute infiltration d'eau susceptible de les endommager. Ce gel sert également d'amortisseur pour prévenir les dommages causés par les chocs. Le processus de fabrication des tubes libres est crucial pour garantir la longueur excédentaire des fibres.
Les matériaux hydrofuges comprennent la graisse, le fil ou la poudre hydrofuges pour câbles. Pour optimiser l'étanchéité globale du câble, la méthode la plus courante consiste à utiliser de la graisse hydrofuge.
Les éléments de renforcement se déclinent en deux types : métalliques et non métalliques. Les éléments métalliques sont souvent constitués de fils d’acier phosphatés, de rubans d’aluminium ou de rubans d’acier. Les éléments non métalliques sont principalement fabriqués à partir de matériaux composites à fibres de verre (FRP). Quel que soit le matériau utilisé, ces éléments doivent présenter la résistance mécanique nécessaire pour répondre aux exigences des normes, notamment en matière de résistance à la traction, à la flexion, aux chocs et à la torsion.
Les gaines extérieures doivent tenir compte de l'environnement d'utilisation, notamment en termes d'étanchéité, de résistance aux UV et aux intempéries. C'est pourquoi le polyéthylène noir est couramment utilisé : ses excellentes propriétés physico-chimiques garantissent son adéquation à une installation en extérieur.
2 Les causes des problèmes de qualité dans le processus de cuivrage et leurs solutions
2.1 Influence du prétraitement du fil sur la couche de placage. Le prétraitement du fil est crucial pour la production de fil d'acier cuivré par électroplacage. Si les films d'huile et d'oxyde présents à la surface du fil ne sont pas complètement éliminés, la couche de nickel pré-déposée sera de mauvaise qualité et l'adhérence insuffisante, ce qui entraînera à terme le décollement de la couche de cuivre principale. Il est donc important de contrôler la concentration des solutions alcalines et de décapage, l'intensité du courant de décapage et d'alcali, ainsi que le bon fonctionnement des pompes. En cas de dysfonctionnement, une réparation immédiate est impérative. Les problèmes de qualité courants liés au prétraitement du fil d'acier et leurs solutions sont présentés dans le tableau.
2.2 La stabilité de la solution de pré-nickelage détermine directement la qualité de la couche de pré-dépôt et joue un rôle important dans l'étape suivante de cuivrage. Il est donc essentiel d'analyser et d'ajuster régulièrement la composition de la solution de nickelage de pré-dépôt et de s'assurer de sa propreté et de l'absence de toute contamination.
2.3 Influence de la solution de placage principale sur la couche de placage. La solution de placage contient du sulfate de cuivre et de l'acide sulfurique. Leur proportion détermine directement la qualité de la couche de placage. Une concentration trop élevée de sulfate de cuivre entraîne la précipitation de cristaux ; une concentration trop faible, en revanche, provoque un échauffement excessif du fil et nuit à l'efficacité du placage. L'acide sulfurique améliore la conductivité électrique et le rendement du courant de la solution d'électroplacage, réduit la concentration en ions cuivre (effet d'ionisation identique), améliorant ainsi la polarisation cathodique et la dispersion de la solution. Il en résulte une augmentation de la limite de densité de courant et la prévention de l'hydrolyse du sulfate cuivreux en oxyde cuivreux et de sa précipitation, ce qui accroît la stabilité de la solution. Enfin, il réduit la polarisation anodique, favorisant ainsi la dissolution normale de l'anode. Il convient toutefois de noter qu'une forte concentration d'acide sulfurique réduit la solubilité du sulfate de cuivre. Lorsque la concentration d'acide sulfurique dans la solution de placage est insuffisante, le sulfate de cuivre s'hydrolyse facilement en oxyde cuivreux et se retrouve piégé dans la couche de placage, ce qui donne à cette dernière une couleur foncée et un aspect terne. À l'inverse, en cas d'excès d'acide sulfurique et de concentration insuffisante en sel de cuivre, l'hydrogène se décharge partiellement à la cathode, ce qui donne à la surface de la couche de placage un aspect granuleux. La teneur en phosphore du cuivre a également un impact important sur la qualité du revêtement. Elle doit être maintenue entre 0,04 % et 0,07 %. En dessous de 0,02 %, la formation d'un film protecteur est difficile, ce qui entraîne la production d'ions cuivre et, par conséquent, une augmentation de la quantité de poudre de cuivre dans la solution de placage. Si la teneur en phosphore dépasse 0,1 %, la dissolution de l'anode de cuivre sera affectée, ce qui diminuera la concentration d'ions cuivre bivalents dans la solution de placage et entraînera la formation d'une importante boue anodique. Par ailleurs, la plaque de cuivre doit être rincée régulièrement afin d'éviter que cette boue ne contamine la solution de placage et ne provoque des aspérités et des bavures dans la couche de revêtement.
3 Conclusion
Grâce au traitement des aspects mentionnés ci-dessus, l'adhérence et la continuité du produit sont optimales, sa qualité est stable et ses performances sont excellentes. Cependant, lors du processus de production, de nombreux facteurs influent sur la qualité de la couche de placage. Dès qu'un problème est identifié, il convient de l'analyser et de l'étudier rapidement, et de prendre les mesures appropriées pour le résoudre.
Date de publication : 14 juin 2022