Electrolyse

Maintenant que la Sierra est (presque) entièrement démontée, avant de pouvoir réutiliser les pièces pour le Roadster, il faut les reconditionner. En 20 ans (age de l'auto), la rouille a eu tout le temps de prendre possession de la surface de ces pièces, et il faut s'en débarrasser avant de pouvoir les repeindre.
Now that the Sierra is (almost) entirely stripped off, before I can reuse the parts for the Roadster, they must be renovated. In 20 years (car's age), rust has had all time to take possession of the surface of these parts, and I must get rid of it before I repaint the parts.

Il y a unanimité en ce qui concerne le meilleur procédé pour se débarrasser de la rouille : l’électrolyse. Je ne vais pas m'étendre sur la méthode ici, car le net est rempli de forums, blogs et autres sites qui traitent de ce procédé. Mais pour résumer, il faut plonger les pièces en acier dans une solution d'eau + soude, et de faire passer un courant dans la solution, depuis la pièce à dérouiller qui sera la cathode vers une électrode sacrificielle en acier qui sera l'anode. Un générateur de courant continu 12v, 10A minimum (chargeur de batterie de voiture, alimentation PC, voire batterie) fournit le courant.
Almost everyone agrees on best process to get rid of the rust: this is electrolysis. I will not make a long description of the method here, because the Internet is filled with forums, blogs and other sites which deal with this process. But to summarize, steel parts to be de-rusted are dipped in a solution of water + washing soda, and an electric current passes from the piece to be cleaned which will be the cathode to a sacrificial steel electrode which will be the anode. A 12v (10A minimum) DC generator (car battery charger, computer power supply, or even a car battery) provides the current.

(crédit : site http://www.horlogerie-suisse.com/forum/viewtopic.php?f=2&t=17332&start=30)

Après quelques heures soumis à ce régime, la rouille se sépare de la pièce, et il n'y a qu'à retirer "les croutes" qui se détachent toutes seules et sans efforts à la brosse métallique, puis laver la pièce à l'eau savonneuse, la rincer et la sécher, et la pièce est entièrement dérouillée. C'est assez miraculeux comme procédé.
After a few hours, the rust is separated from the piece, the rust "crusts" go away by themselves, or with the little help of a steel brush, with absolutely no effort. After, you just have to clean the part with soapy water, rinse it and dry it out, and the part is completely de-rusted. It is quite a miraculous process.

Petites précautions :
Some precautions:

• Beaucoup de site internet conseillent l'utilisation d'une électrode en Inox (plaque d'inox, tampon à récurer, etc.), car l’électrode en inox va rester intact au cours du procédé, alors qu'une électrode en acier va se corroder et se dissoudre.Personne n'en est mort, mais il faut savoir qu'une électrode en inox va libérer son chrome, et rendre la solution voire les dégagement gazeux toxiques. L'acier fonctionne parfaitement, n'est pas cher, et bien des pièces inutiles au fond du garage feront de très bonnes électrodes à sacrifier. Alors pourquoi risquer de polluer l'environnement ou ses poumons avec de l'inox ? Par exemple, les barres pour béton armé font d'excellentes électrodes bon marché. J'ai personnellement utilisé des tige filetés M12 dont je n'avais plus l’utilité, c'est vraiment pas pour le prix que ça coûte, au moins, elles finissent leur vie utilement ! De plus, il doit falloir vraiment faire beaucoup d'électrolyse pour que l'électrode devienne inutilisable : voici une photo d'une de mes tiges filetées après 8 jours d'utilisation, franchement, elle n'est pas très endommagée. alors pourquoi prendre des risques avec un électrode en inox ? Ce n'est vraiment pas la peine.
• A lot of websites advise to use stainless for the anode electrode (stainless steel plate, dish washing scrubber, etc.) because a stainless steel electrode will not be eaten by the process, whereas a steel electrode will get rusty and dissolved along the way. Nobody has died from that, but it is good to know that a stainless steel electrode will get rid of its chrome which will result into a toxic solution as well as toxic gas. Steel is cheap, works perfectly for the electrolyse, and a lot of useless steel bits hidden in your garage will be able to make perfect sacrificial electrodes. So why taking the risk to pollute the environment or intoxicating your own body by using a stainless steel electrode? I personally used M12 steel threaded rods I had no longer use of. Honestly, these kinds of pieces are so cheap, and at least, they finished their life in a useful way. Furthermore, you will have to make a lot of electrolysis before the electrodes become completely worn out and out of use: here is a picture of one of my threaded rods after 8 days of use, quite frankly, it is still looking OK, isn't it? So why taking risks with a stainless steel electrode? It is really not worth the trouble. 

• La soude doit être ce que l'on appelle dans le langage courant des "cristaux de soude", et non pas soude caustique (comme on le voit trop souvent sur internet) qui est très corrosive et doit être manipulée avec précaution. La soude caustique n'est pas plus efficace que les cristaux de soude pour l'électrolyse, elle est juste plus dangereuse. Donc là aussi, comme pour 'histoire de l'électrode en inox, pourquoi prendre des risques pour ne même pas économiser de l'argent et ne même pas avoir un meilleur résultat ?Donc il faut utiliser du carbonate de sodium (soude ou cristaux de soude) Na2CO3 et non pas de l'hydroxyde desodium (soude caustique) (NaOH). Le carbonate de sodium (soude" ou "cristaux de soude") se trouve partout et est vraiment bon marché. C'est aussi le produit "pH plus" que l'on utilise dans les piscine pour rehausser le pH de l'eau.
• The soda must be what is called in the common language "washing soda", and not “caustic soda” (as you can unfortunately often read on the Internet) which is very corrosive and must be handled with care. Caustic soda is not more efficient than washing soda for electrolysis, it is just more dangerous. So here too, like for the stainless steel electrode, why taking risks with a dangerous product for not even saving money and not even getting a better result at the end? Therefore use sodium carbonate (washing soda) Na2CO3 and not sodium hydroxide (caustic soda) NaOH. Sodium carbonate (washing soda) can be found everywhere and is very cheap. (I know Swede's also read this blog, so for them, the Swedish name of the soda you need to use is "målar soda", molecule's name is "Natriumkarbonat"). It is also the product tagged as "pH plus" that is used for swimming pools to enhance the pH of the water.
• En ce qui concerne la concentration en soude de la solution, on lit de tout, et il n'est pas facile de s'y retrouver sur internet car les gens parlent en mesure extrêmement précises comme la "cuillère à soupe" ou mieux : "la bonne cuillère à soupe". Sur les sites anglophones, c'est encore pire, car ça parle de "table spoon", de "cup" et de "gallons" sachant que le gallon anglais n'est pas le même que le gallon américain. Il serait tellement plus simple de parler en proportion, comme ça, quel que soit le système d'unités utilisé, tout le monde s'y retrouverait. Bref, la bonne proportion pour commencer, c'est 5% de soude. Parlons en poids (en volume, ce serait différent (car 1kg de soude a un volume d'environ 0,8litres). Donc pour 55l d'eau dans mon bac, soit 55kg d'eau, j'ai mis 2,75 kg de soude, disons 3kg. Si le courant passe mal avec 5%, on peut augmenter cette proportion petit à petit jusqu'à obtention d'un résultat satisfaisant.
• When it comes to washing soda's proportions in the water, one more time, you can read a lot of different things on Internet. It is not easy to know what you have to do, as people speak with extremely accurate measurements such as "tablespoons" or "cups". Sorry about my American and English friends, who, for some of them, use the gallon as a volume unit (and the US gallon is not the same as the UK gallon), but it is just confusing. It would be so much more easier to talk about percentages, as what ever unit system you use, you would know the proportions. Well, to my mind, the right proportion to begin it is about 5% of soda. In talking about weight (in volume, it would be different because 1kg of washing soda has a volume of approximately 0.8 litres). Therefore for 55l of water in my bucket (= 55kg of water), I put 2.75 kg of soda, let's say 3kg.
• Ne pas utiliser de sel, genre sel de table. L'électrolyse se ferait, mais le sel de table étant composé de sodium et de chlore (formule NaCl), des gaz de chlores (toxiques) se dégageraient au cours du procédé
• Don't use other kind of salts as table salt. Electrolyse would work, but table salt being "Sodium chloride" (NaCl), chlorine gas would be created and they are toxic.
• Pour la source de courant, attention là aussi. J'ai acheté un beau chargeur de batterie de voiture 12v/11A tout neuf rien que pour ça, et j'étais très content de mon acquisition. Mais comme tout est maintenant contrôlé électroniquement, l'appareil a une protection contre les surtensions, et même contre les sous-tensions, c'est à dire qu'il ne fonctionne pas si la charge de la batterie à charger est inférieure à 3v ! Quel est l’intérêt de vendre un chargeur qui ne charge pas des batteries complètement "à plat", je vous le demande ? Et comme il n'y pas de charge de base dans la solution de soude, bien sûr, je n'ai pas pu utiliser ce chargeur. Il faut donc s'assurer que le chargeur n'est pas protégé, et que c'est juste un générateur de courant continu. Il n'y a pas d'intensité minimum, mais bien sur, plus le générateur fournit d'intensité, plus rapide sera le procédé. Comme base, tout le monde semble s'accorder sur le fait que 10A est un minimum pour une électrolyse efficace. L'alimentation d'un vieux PC semble être un bon générateur pour ce procédé d’électrolyse. Je ne peux pas personnellement en témoigner, mais bon nombre de personnes la conseille car même les "petites" alims de 400w délivrent environ 18A sous 12v, ce qui est parfait pour notre électrolyse.
• When it comes to the power supply, be careful here too. I bought a brand new battery charger, 12v, 11A, just for that, and I was very happy with my purchase. But as everything is electronically controlled nowadays, this charger is overcharge-safe, but also undercharge-safe, and I didn't know that. It actually doesn't charge a battery which charge is less than 3v. What is the point to make chargers that can't load a completely dead battery? Stupid! As there is not tension in the water+soda mix, I could not use this charger. So, if you use a charger, make sure it has no protection whatsoever, and that is is just a DC power supply. There is not minimum intensity, but the more intensity you have, the quicker the process will be. It looks like there is a general agreement on a 10A minimum power supply. A computer power supply unit seems to be the perfect generator for the electrolysis. I can't vouch for it as I haven't tried it, but most of people say it is the best way to do it, for even "small" 400w PC power supply units can give about 18A under 12v.
• Il vaut mieux faire l’électrolyse en extérieur (mais abritée de la pluie à cause de l'équipement électrique) ou au moins dans un endroit bien ventilé car l'électrolyse de l'eau dégage de l'oxygène et de l'hydrogène. Inutile d'en dire plus, tout le monde comprend bien le risque. Bien que les quantités d'hydrogène relâchées soient minuscules, mieux vaut être trop prudent que pas assez.
• Better do the electrolysis outside, but protected from the rain (because of the electric equipments), or at least in a well-vented room, as water electrolysis generates Oxygen (O2) and Hydrogen (H2). No use to say more about that, everybody understands the risks. Even if the quantity of H2 generated by the electrolysis is actually very small, better being too careful than not enough.

Après, on peut améliorer le procédé en modifiant l’électrode sacrificielle. En effet, plus un point de la pièce à dérouiller est loin de l'anode, plus faible sera le courant d’électrolyse entre ce point et l'anode. Sur le schéma de l'installation en début de page, on devine bien que le courant a plus de distance à parcourir, et donc rencontre plus de résistance, entre le point en haut à droite de la pièce (là ou le câble est connecté) et l'anode qu'entre le point en bas à gauche et l'anode. Le dérouillage de la pièce dans ces condition ne sera donc pas uniforme.
Then you can improve the process by modifying the sacrificial electrode. Indeed, the more a point of the part is far to the anode, the lower will be the current between these two points and the less efficient the electrolysis will be. On the sketch of the installation at the top of this page, we can guess that the current has more distance to travel, and therefore meets with more resistance, between the point at the top right of the part (where the cable is connected) and the anode that between the point at the bottom left and the anode. In these conditions, the process will not be uniform
Il est donc intéressant de faire une électrode qui "entoure" la pièce à dérouiller. J'aime beaucoup l'idée de l'anode en grillage, qui épouse la forme du contenant. La pièce est placée au centre, et on comprend tout de suite que l'électrolyse sera plus uniforme que si la pièces à dérouiller et l'anode étaient côte à côte...
Therefore, it might be interesting to design an electrode which "surrounds" the part to be cleaned-up. I like the idea of an anode made out of a grating, which can be shaped as you wish. The part is placed in the centre, and it now obvious that in these conditions, electrolysis will be much more uniform than if the part and the anode were side by side ...

(crédit : site http://www.moulinsdefrance.org/old/rouille.html)

... même si le dispositif de ce schéma n'est pas idéal : la pièce à dérouiller devrait être suspendue dans la solution, et non pas reposer sur un support sur le fond, et de même pour le grillage : il ne devrait pas toucher les parois ni le fond du contenant.
... even if the set-up on the above sketch is not ideal: the part should be hanging in the water, and not resting on the bottom of the bucket, and same thing for the grating: it should not touch the walls of the bucket.

On peut aussi faire une cage. C'est ce que permettent, par exemple, l'utilisation de tiges d'acier pour béton armé: on peut les tronçonner, les plier, voire les souder entre elles pour leur donner la forme qu'on veut et faire une belle électrode en forme de cage qui entourera la pièce à dérouiller. La photo du dessous que j'ai trouvée sur Internet montre une installation vraiment ingénieuse : les électrodes en tige de béton armé sont disposées autour du seau. Grâce aux boulon, elles ne touchent pas les parois, ni (j'imagine) la fond, et sont connectées entre elles par un câblage qui passe à l'extérieur du seau. La pièce à dérouiller est suspendue au beau milieu de cette "cage" : le top!
You can also make a cage. That is what allows the use of concrete reinforcing rods which can be easily cut, bent, and even welded together to get the shape you want. Hereunder is a picture I found on the Internet, showing a very smart set-up: electrodes made out of concrete reinforcing rods are placed around the bucket. Thanks to bolts, they don't touch the bucket's wall (and I guess nor the bottom), and are connected together by a cable on the outside of the bucket. The part to be cleaned up is hanging in the middle of this "cage", very clever!

(crédit : site http://1bad6t.com/rust_removal.html)

En ce qui me concerne, je n'ai ni grillage, ni tige de béton armé, et j'ai fait un genre de cage avec des tiges filetées. J'ai en fait utilisé les tiges filetées M12 du gabarit d'équerres de triangles de suspension qui ne me servent plus à rien. Elles ont exactement la bonne taille pour le bac de 55L que j'ai acheté pour l'occasion, et grâce à un système d'écrou/contre-écrou, je peux en ajuster la hauteur : pour une efficacité maximum, il est important que les électrodes ne touchent pas les parois du contenant, elles ne peuvent donc pas reposer non plus sur le fond.
When it comes to my set up, as I don't have any grating or concrete reinforcing rods, I made a kind of cage with threaded rods. I actually used the M12 threaded rods from the suspension bracket jig, of which I have no use any longer. They have the right length for my bucket, and thanks to nuts/counter-nuts, I can adjust their height, as it is important they don't touch the walls of the bucket, nor the bottom.

Mon "électrode-cage" a donc 4 tiges, au 4 coins, et si j'avais eu plus de tiges, j'en aurais rajouté une au milieu du grand côté pour faire une cage à 6 montants. J'utilise des chutes de bois de construction pour faire le "châssis" qui permettra à la cage d'être suspendue. La (ou les) pièce(s) à dérouiller pourra être suspendue à la traverse diagonale de ce châssis. De plus, le système est articulé, je peux donc rapprocher les électrodes de la pièce à dérouiller si besoin est. Je relie les 4 "coins" de ma cage avec du fil électrique, je n'aurais qu'à connecter le pôle positif de mon alimentation à l'une de ces 4 tiges.
My "cage-electrode" has 4 rods, one at each corner, and if I have had more rods, I would have added one more in the middle of the long edges to get a 6-rod cage. I use scrap construction wood to make the "frame", which will allow to hang the "cage" in the water by resting on the edges of the bucket. The part(s) to be cleaned-up will hang to the diagonal rail. The set up is articulated, so I will be able to move the electrode closer or farther to the part if I need. I connect the 4 "corners" with electric cable, so I will just need to connect the power supply to only one of these rods.

J'ai pas mal galéré au début car je ne savais pas que le chargeur que j’utilisais était protégé contre les sous-tensions (il ne marche pas s'il n'y a pas au moins 3v dans la batterie, et il n'y a pas de tension dans la solution de soude !). Le courant ne passait pas dans ma solution, et je pensais au début que c'est parce que je n'avais pas un pourcentage de soude assez important. J'ai donc augmenté les doses, pris un bac plus grand, recoupé à l'eau, bref, 2-3 jours de galères, à aller racheter de la soude dans différents magasins. Mais quand j'ai branché la batterie en direct, là, j'ai enfin vu les bulles apparaitre (dégagement d'O2 et de H2), ça bouillonne même beaucoup.
At first, I had a lot of troubles with the charger which (I didn't know) was protected against low tensions (it does not work if there is not a minimum of 3v in the battery and there is not tension in the mix). So current was not circulating in the water, and I first though it was because the percentage of washing soda was to low. I increased it, took a larger bucket, finally re-add more water, anything I could imagine, but it still wouldn't work. I lost 2-3 days just figuring out that the problem was actually the power supply. When I finally took the battery from the Sierra and plugged it, I saw the first bubbles appearing (O2 and H2), which is the sign it works! Yessss ! It is indeed bulbing a lot!

J'ai compris que le problème venait de l'alimentation et pas de le concentration en soude. J'ai bien essayé de brancher le chargeur sur la batterie pendant qu'elle fournit le courant de l'électrolyse, mais la batterie se décharge bien plus vite qu'elle ne se charge, et j'ai finalement fait étape par étape : 4h d'électrolyse jusqu'à ce que le batterie soit à plat, et environ 8h de recharge. Bien sur, ,avec une alimentation continue style PC, je n’aurais pas eu ce problème, mais bon, je n'en avais pas et n'ai pas voulu investir 50 euros pour ça, alors que j'avais commencé à la batterie.
I finally understood that the problem came from the power supply and not from the soda percentage. I tried to plug the charger to the battery wile the battery was supplying electricity for the electrolyse, but the battery unloads much quicker that the charger loads it, so I finally proceeded by stages : 4h of electrolyse until the battery is dead, and about 8h to reload it. Of course, with a constant power supply like a computer's one, I wouldn't have had this problem, but I didn't want to invest more money for that, as I already started with the battery, and it actually works.

 Bref, après une semaine à ce régime, j'ai pu derouiller et nettoyer :
- les tambours arrière
- les flasques de tambours arrière
- les porte-moyeu arrière
- les moyeux arrière
- les étriers avant
So, after a week of that, I could clean-up:
- rear drums
- rear drum flanges
- rear hub carriers
- rear hubs
front callipers

Quelques photos des pièces avant et après l'électrolyse.
Some pictures of the parts before and after electrolyse.

Voici les moyeux arrière avant l'opération : vraiment rouillés.
Rear hubs, before the electrolyse, very rusty.

A la sortie de l'électrolyse. Un dépôt noirâtre recouvre la pièce. Le plus gros de la rouille est parti.
Just out of the electrolyse. A black layer is covering the part. Most of the rust is gone.

Le même moyeu après brossage rapide  à la brosse métallique et nettoyage/rinçage à l'eau savonneuse. Ça brille ! Après rinçage, il faut bien sur sécher la pièce rapidement (soufflette d'air comprimé + pistolet à air chaud), pour ne pas que ça re-rouille trop vite !
Same hub after being brushed (steel brush), and cleaned-up and rinsed with soapy water. Shiny!
After rinsing, it is necessary to dry the part quickly (compressed air and warm air gun), to avoid the rust to come back too quickly!

Et voici les deux moyeux : c'est quand même magique, non
And here are both hubs : it is magic, no?

Pareil avec les étriers qui sont eux aussi vraiment rouillés. Impossible de retirer les pistons par exemple, ils sont complètement grippés.
Same with the callipers which are very rusty. Impossible to remove the pistons, they were stuck.

 
A droite, un étrier juste après l'électrolyse. La rouille qui n'est pas tombée au fond du bac fait des croutes très faciles à détacher à la brosse métallique. A gauche, l'autre étrier après brossage, recouvert du dépôt noirâtre. Le piston peut être maintenant retiré facilement.
On the right, a calliper just after the electrolyse. Rust that didn't fall down on the bottom of the bucket makes crusts that are very easy to remove with a steel brush. On the left, the other calliper after I brushed it, covered with this black layer. Pistons can now easily be removed.

Les mêmes pièces après nettoyage/rinçage à l'eau savonneuse pour retirer le dépôt noirâtre.
Same parts after being cleaned up with soapy water to remove the black layer.

Pour les porte-moyeu arrière, j'ai du mettre l'ensemble corps, joints et roulements à l'électrolyse, car il m'était impossible de retirer les joints avant. Tant pis, l'électrolyse n'attaque que la rouille, et les pièces saines ne sont absolument pas affectées. Donc tant qu'elles sont rincées et séchées après l'opération, pas de problème.
When it comes to the rear hub-carriers, I had to put them in the electrolyse bath with joints and bearings because it was impossible to remove the joints before. No matter, electrolyse just affects rust, and "healthy" parts are absolutely not affected. So, as long they are cleaned up and dried after the operation, it is no problem.

Un des porte-moyeu arrière à la sortie du bain.
One of the rear hub-carriers after the bath.

Le même brossé. L'électrolyse me permet de retirer les joints qui enferment les roulements assez facilement.
Same part after being brushed. After the electrolyse, I can quite easily remove the joints that old the bearings inside the body.

Le corps est nettoyé et séché. Je lave les roulements et les joints à l'essence pour les dégraisser, et j'y applique de la graisse neuve.
Body is cleaned up and dried. I clean the bearings with gasoline to degrease them, and I put new grease on them.

Voici les deux porte-moyeu, les joints et les roulements. Je vais en fait commander des joints neufs pour les remonter sur le Roadster. Mais je garde ces roulements-là qui sont en bon état.
Here are both rear hub-carriers with their joints and bearings. I am going to order new joints to install these parts on the Roadster, but I keep the bearings as they are still in a good shape.

Et voici toutes les pièces traitées.
Here are all the parts after the electrolyse.

Après, il faut nettoyer l'équipement. Voici le bac et la cage d'électrode après une semaine.
When all parts are treated, after one week, it is time to clean the bucket and the "cage".

On peut jeter l'eau de l'électrolyse à l'égout, voire dans le jardin, car elle ne contient pas de produits toxiques ou polluants (la soude ne l'est pas, sinon on n'en mettrai pas dans les piscine, et la rouille non plus). Personnellement, j'ai fait attention à ne jeter que l'eau, et j'ai récolté à part le dépôt du fond du bac, composé de soude recristallisée, de boue, et de rouille. J'ai mis ce dépôt à la poubelle dans du papier journal.
You can dispose of the water in the sewers or in the garden, as there are no toxic products in the water (soda is not, otherwise, people wouldn't put it in their swimming pools). Personally, I took care to dispose of the water only in the garden, and I collected the stuff from the bottom of the bucket separately in a newspaper (crystallised soda, mud and rust) , that I threw away with my domestic garbage.

Quant aux électrodes, cadre et bac, un bon lavage-brossage à l'eau et liquide vaisselle suffit.
Concerning the electrodes, frame and bucket, a good clean up with dish washing products is sufficient.

Le problème, c'est qu'après l'électrolyse, les pièces bien nettoyées et séchées se remettent à rouiller immédiatement. Il faudrait les graisser intégralement pour éviter ça, mais ça voudrait dire aussi les dégraisser intégralement avant de les peindre, et je veux m'éviter cette peine. Sur le Forum Haynes, Robo conseille de les enfermer immédiatement dans un sac plastique, et une fois toutes les pièces prêtes, ne pas attendre pour les peindre. C'est ce que j'ai fait, mais je m'attends à devoir re-brosser un peu les pièces avant de les peindre. Ce sera en tout cas la prochaine étape.
The problem is, after the process, parts have a tendency to get rusty again immediately. On solution is to grease them, but it would mean to degrease them before painting (next step will be to pain them) , and I want to avoid that. As Robo advised on the Haynes Forum, the other solution is to put them straightly in plastic bags, and not waiting too much before painting them. That is what I did, but I'm expecting to need to brush them before painting. It will be the next step anyway.