<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur anodischen Polierung (Glänzung) von Metallen oder Metallegierungen mit dem Ziele, der Oberfläche des behandelten Körpers Spiegelglanz zu verleihen. Die Anwendung der Erfindung gestattet es, die Polituren, die man auf inoxydablen Stählen, gleichgültig, ob es sich um blosse Chromstähle oder um Chrom-NickelStähle handelt, ferner auf Metallen der Art des Nickels und der Nickellegierungen, wie Monelmetall, Neusilber und Chrome, oder auf einfachen Kohlenstoffstählen erhält, zu vervollkommnen.
Es war bisher üblich, die Metalle entweder auf Poliermaschinen oder Tamponiermaschinen oder von Hand aus oder durch kombinierte automatische und manuelle Arbeitsgänge auf mechanischem Wege zu polieren. Abgesehen von dem hohen Preis, der mit der Anwendung mechanischer Polier-und Tamponierverfahren verbunden ist, insbesondere wenn die Fertigstellung, wie z. B. bei unregelmässig geformten Gegenständen, durch Tamponieren von Hand aus ausgeführt werden muss, weist die mechanische Polierung von Metallen gewisse Nachteile auf, die auf den Eigenschaften der Metalle selbst beruhen. Gewisse Metalle, wie z. B. die nicht oxydierbaren Stähle, sind nur mittelmässige Wärmeleiter, woraus sich ergibt, dass die Polierscheiben bei den beträchtlichen Geschwindigkeiten, mit welchen sie rotieren, dazu neigen, die Metalle oberflächlich zu verbrennen.
Hiedurch wird die Geschwindigkeit, mit der man die Arbeitsgänge der Polierung durchführen kann, stark beschränkt.
Überdies zeigen sich bei der mechanischen Polierung von Metallen häufig an der Oberfläche "Verfilzungen"und mikroskopische Streifen, die erkennen lassen, dass die polierten Oberflächen gehärtet sind und Spannungen aufweisen. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Metallen in elektrolytischen Bädern zum Zwecke der Dekapierung oder der oberflächlichen Oxydation sind bereits bekannt. Es wurden auch schon verschiedene saure Bäder für die elektrolytische Polierung von Metallen vorgeschlagen, doch waren diese Bäder teuer, in der Handhabung umständlich oder gefährlich und schliesslich für die grosstechnische Anwendung ungeeignet.
Das Verfahren nach der Erfindung zur anodischen Metallpolierung, welches insbesondere für inoxydable Stähle und für Metalle und Legierungen auf der Grundlage von Kupfer oder Nickel, wie Monel-oder Chromelmetall, anwend- bar ist und bei welchem das zu behandelnde Metall bzw. die zu behandelnde Legierung als Anode in einem sauren elektrolytischen Bade dient, besteht im Wesen darin, dass ein Elektrolyt verwendet wird, der Schwefelsäure, Orthophosphorsäure und Perchlorsäure enthält. Die Perchlorsäure kann dabei durch Einwirkung einer im Elektrolyt enthaltenen Säure auf ein geeignetes Perchlorat freigemacht werden.
Dieses Verfahren führt ohne nachträgliche Tamponierung oder anderweitige Behandlung unmittelbar zu hochpolierten Oberflächen, die im Gegensatz zu den mechanisch polierten Flächen frei von"Verfilzungen"und mikroskopischen Streifen sind, also bei gleichzeitiger wesentlicher Verminderung der Kosten eine verbesserte Beschaffenheit aufweisen.
Obgleich man Polituren mit wässerigen Mischungen von Schwefelsäure, Phosphorsäure und Perchlorsäure, die bis zu 50% Wasser enthalten, erzielen kann, ist es doch vorzuziehen, den Gehalt des Elektrolytbades an Wasser verhältnismässig niedrigzuhalten, da festgestellt wurde, dass im allgemeinen Bäder, welche verhältnismässig wenig Wasser enthalten, zur Erzielung zufriedenstellender Polituren bei geringeren Stromdichten und daher auch mit geringeren Kosten betrieben werden können. Der Anteil an Schwefelsäure kann von 5 bis 85%, jener an Phosphorsäure von 5 bis 85% und jener an Perchlorsäure (oder des Perchloratradikals, welches sie ersetzt) von 0-1 bis 30% schwanken, aber in allen Fällen soll der Gesamtgehalt an Säuren mindestens 50% der fertigen Lösung ausmachen.
Selbstverständlich kann man, anstatt die Perchlorsäure als solche zuzusetzen, sie oder die äquivalente Menge an Perchlorat-Ionen auch durch Reaktion im Elektrolytbad erzeugen oder freimachen. In gleicher Weise kann man an Stelle der freien Säure auch Metallperchlorate verwenden, vorausgesetzt, dass diese in den gewählten Bädern löslich sind. Die Wirkung des Zusatzes an Perchlorsäure oder von Radikalen der äqui-
<Desc/Clms Page number 2>
valenten Perchlorate zu einem Elektrolytbad, welches Schwefelsäure und Phosphorsäure ent- hält, zeigt sich, verglichen mit Bädern aus
Schwefelsäure und Phosphorsäure, die frei von
Perchlorsäure sind, in dem höheren Glanz oder der besseren Politur, die man auf der Oberfläche des behandelten Metalles erzielt.
Um die besten Resultate innerhalb eines ver- nünftigen Zeitraumes zu erhalten, ist es zweckmässig, verhältnismässig hohe Stromdichten an- zuwenden, obgleich man auf Kosten einer Verlängerung der Behandlungsdauer auch geringere
Stromdichten anwenden kann. Der Zeitraum, welcher notwendig ist, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, hängt von der Höhe der angewendeten Stromdichten und in einem gewissen Ausmass von dem besonderen zu polierenden Metall und der Ausgangsbeschaffenheit seiner Oberfläche ab. Rauhe Oberflächen erfordern klarerweise eine längere Zeit für die Polierung als andere, welche verhältnismässig eben sind.
Die Behandlung hängt in einem gewissen Masse von einer allfällig vorhergehenden thermischen Behandlung des Metalls ab. Der Zustand der verschiedenen im Metall vorhandenen Phasen beeinflusst den Charakter und die Intensität des Agriffes auf die Kornumhüllung ; in gewissen Fällen ist es notwendig, die Stromdichten zu erhöhen, um zufriedenstellende Polituren zu erzielen.
Die Bildung von hochpolierten und hochglänzenden Oberflächen, wie sie beim Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten werden, steht vermutlich im Zusammenhang mit der Gegenwart einer polarisierenden Schichte bzw. eines Films auf der Oberfläche des Metalls während der anodischen Auflösung. Die Natur dieses Films ist derart, dass der selektive Angriff auf die verschiedenen im Metall oder in der Legierung vorhandenen Phasen nach der Nivellierung auf ein Minimum herabgedrückt wird.
Die anodische Auflösung vollzieht sich offensichtlich mit einer verhältnismässig erhöhten Geschwindigkeit bei hohen Werten der anodischen Polarisation, woraus sich ergibt, dass die anodische Auflösung des Metalls eine Nivellierung der Oberflächen der Kristalle bewirkt und einen Spiegelglanz herbeiführt. Diese Bedingungen liegen bei den blossen Behandlungen zur elektrolytischen Dekapierung, die in der bisherigen Technik üblich waren, nicht vor.
Beispiel :
EMI2.1
<tb>
<tb> BevorBevorzugte <SEP> zugte
<tb> Grenzen <SEP> Werte
<tb> Schwefelsäure......... <SEP> 15-20% <SEP> 15%
<tb> Orthophosphorsäure... <SEP> 63-67% <SEP> 63%
<tb> Perchlorsäure......... <SEP> 0-1-15% <SEP> 5%
<tb> Wasser <SEP> im <SEP> wesentlichen <SEP> 17%
<tb> der <SEP> Rest
<tb>
Mit den oben angegebenen Badzusammensetzungen erhält man verbesserte Polituren auf rostfreiem Chrom-Nickel-Stahl 18-8 und 25-12, auf rostfreien Stählen, die nur Chrom in Mengen von 12 bis 18% enthalten, auf Nickel, Monelmetall, Neusilber, Chromel und den gewöhnlichen Kohlenstoffstählen, wenn man diese Metalle bzw. Legierungen oder daraus hergestellte Gegenstände als Anode in dem Elektrolytbad bei Badtemperaturen, die zwischen gewöhnlicher Tempe-
EMI2.2
einer Stunde oder kürzer oder länger, je nach dem Zustand der ursprünglichen Oberfläche, behandelt.
Die optimalen Werte für den Betrieb
EMI2.3
Man kann technisch in sehr befriedigender Weise bei einer Stromdichte von 25 Amp./M arbeiten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur anodischen Polierung (Glänzung) von Metallen oder Metallegierungen, insbesondere von inoxydablen Stählen und von Metallen und Legierungen auf der Grundlage von Nickel, wie Monel-oder Chromelmetall, wobei das zu behandelnde Metall bzw. die zu behandelnde Legierung als Anode in einem sauren elektrolytischen Bade dient, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Elektrolyt Schwefelsäure, Orthophosphorsäure und Perchlorsäure enthält.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
The present invention relates to a method for anodic polishing (brightening) of metals or metal alloys with the aim of giving the surface of the treated body a mirror finish. The application of the invention allows the polishes that are used on inoxydable steels, regardless of whether they are pure chrome steels or chrome-nickel steels, and also on metals of the type of nickel and nickel alloys, such as Monel metal, nickel silver and chrome, or on plain carbon steels gets to perfect.
It has hitherto been customary to polish the metals either on polishing machines or tampon machines or by hand or by a combination of automatic and manual operations. Apart from the high price associated with the use of mechanical polishing and tamping processes, especially when the completion, such as e.g. B. with irregularly shaped objects, must be carried out by hand tampon, the mechanical polishing of metals has certain disadvantages, which are based on the properties of the metals themselves. Certain metals such as The non-oxidizable steels, for example, are only mediocre heat conductors, which means that the polishing wheels tend to burn the surface of the metals at the considerable speeds at which they rotate.
This severely limits the speed at which the polishing operations can be carried out.
In addition, during the mechanical polishing of metals, "matting" and microscopic streaks can often be seen on the surface, which indicate that the polished surfaces are hardened and show tension. Processes for the surface treatment of metals in electrolytic baths for the purpose of pickling or superficial oxidation are already known. Various acidic baths have also been proposed for the electrolytic polishing of metals, but these baths were expensive, cumbersome or dangerous to handle and ultimately unsuitable for large-scale use.
The method according to the invention for anodic metal polishing, which can be used in particular for inoxydable steels and for metals and alloys based on copper or nickel, such as Monel or Chromel metal, and in which the metal to be treated or the alloy to be treated serves as an anode in an acidic electrolytic bath essentially consists in using an electrolyte containing sulfuric acid, orthophosphoric acid and perchloric acid. The perchloric acid can be released by the action of an acid contained in the electrolyte on a suitable perchlorate.
This process leads directly to highly polished surfaces without subsequent tamponation or other treatment, which, in contrast to the mechanically polished surfaces, are free of "matting" and microscopic streaks, so have an improved quality with a significant reduction in costs at the same time.
Although it is possible to polish with aqueous mixtures of sulfuric acid, phosphoric acid and perchloric acid, which contain up to 50% water, it is nevertheless preferable to keep the water content of the electrolyte bath relatively low, since it has been found that in general baths which are relatively little Contain water, to achieve satisfactory polishes can be operated at lower current densities and therefore also at lower costs. The proportion of sulfuric acid can vary from 5 to 85%, that of phosphoric acid from 5 to 85% and that of perchloric acid (or the perchlorate radical which it replaces) from 0-1 to 30%, but in all cases the total acid content should vary make up at least 50% of the finished solution.
Of course, instead of adding the perchloric acid as such, it or the equivalent amount of perchlorate ions can also be generated or released by reaction in the electrolyte bath. In the same way, metal perchlorates can also be used in place of the free acid, provided that these are soluble in the baths chosen. The effect of the addition of perchloric acid or radicals of the equi-
<Desc / Clms Page number 2>
valent perchlorate to an electrolyte bath, which contains sulfuric acid and phosphoric acid, is shown in comparison with baths from
Sulfuric acid and phosphoric acid that are free from
Perchloric acid are in the higher gloss or better polish that is achieved on the surface of the treated metal.
In order to obtain the best results within a reasonable period of time, it is advisable to use relatively high current densities, although lower current densities are also used at the expense of extending the duration of the treatment
Can apply current densities. The period of time which is necessary to achieve the desired results depends on the level of current densities used and, to a certain extent, on the particular metal to be polished and the initial properties of its surface. Rough surfaces clearly require a longer time to polish than others which are relatively flat.
The treatment depends to a certain extent on any previous thermal treatment of the metal. The state of the various phases present in the metal influences the character and intensity of the grip on the grain coating; in certain cases it is necessary to increase the current densities in order to achieve satisfactory polishes.
The formation of highly polished and high gloss surfaces, as obtained in the process of the present invention, is believed to be related to the presence of a polarizing layer or film on the surface of the metal during anodic dissolution. The nature of this film is such that the selective attack on the various phases present in the metal or in the alloy is suppressed to a minimum after leveling.
The anodic dissolution obviously takes place at a relatively increased rate at high values of the anodic polarization, from which it follows that the anodic dissolution of the metal brings about a leveling of the surfaces of the crystals and a mirror finish. These conditions do not exist in the case of the mere electrolytic pickling treatments which have been customary in the prior art.
Example:
EMI2.1
<tb>
<tb> Before preferred <SEP> preferred
<tb> limits <SEP> values
<tb> sulfuric acid ......... <SEP> 15-20% <SEP> 15%
<tb> Orthophosphoric acid ... <SEP> 63-67% <SEP> 63%
<tb> Perchloric acid ......... <SEP> 0-1-15% <SEP> 5%
<tb> water <SEP> in the <SEP> essential <SEP> 17%
<tb> the <SEP> rest
<tb>
The bath compositions given above give improved polishes on stainless chromium-nickel steel 18-8 and 25-12, on stainless steels which only contain chromium in amounts of 12 to 18%, on nickel, Monel metal, nickel silver, Chromel and the Ordinary carbon steels, if these metals or alloys or objects made from them are used as anode in the electrolyte bath at bath temperatures between ordinary
EMI2.2
an hour or less or longer depending on the condition of the original surface.
The optimal values for the company
EMI2.3
Technically, you can work in a very satisfactory manner at a current density of 25 Amp./M.
PATENT CLAIMS:
1. A method for anodic polishing (brightening) of metals or metal alloys, in particular of inoxydable steels and of metals and alloys based on nickel, such as Monel or Chromel metal, the metal to be treated or the alloy to be treated as an anode in one acidic electrolytic bath, characterized in that the electrolyte used contains sulfuric acid, orthophosphoric acid and perchloric acid.