Verfahren zum Reinigen und Blankmachen der Oberfläche von Metallen, Die Erfindung betrifft ein Verfahren zuni Reinigen und Blankmachen der Oberfläche von Metallen, zum Beispiel zum Entfernen der durch Walzen, Hämmern, Schmieden oder dergleichen gebildeten Zunderschicht.
Gemäss der Erfindung wird die die Ober fläche bedeckende Schicht von Verunreini gungen, zum Beispiel von Zunder, Schlacke oder dergleichen, .durch auf elektrolytischem Wege sich bildenden Wasserstoff entfernt und die blanke Oberfläche sofort mit einer gleichmässigen Metallschicht überzogen. Da durch wird die blanke Oberfläche vor schäd lichen Einflüssen .des Wasserstoffes, wie Ätzen, Narbenbildung, Zerfressen der Ober fläche und dergleichen, wirkungsvoll ge schützt. Die zu reinigenden Gegenstände bil den die Kathode und können ruhig in einem Bade hängen; sie können jedoch auch durch eine über dem Bade befindliebe Kette durch dieses gezogen werden, wodurch eine leichte Handhabung ermöglicht wird.
Ein Bad zur Entfernung der Zunderschicht von Eisen- und Stahlteilen kann zum Beispiel aus einer wässerigen Lösung mineralischer Säuren, wie Schwefel- und Salzsäure, bestehen, wel che auch Blei enthalten muss.
Im folgenden werden anhand der Zeich nung Ausführungsbeispiele des Verfahrens erläutert Abb. 1 ist ein Schaubild eines Behälters, der die notwendige Lösung und die Anoden und Mittel zum Befestigen der Arbeitsstüeke zwischen ihnen zeigt, Abb. 2 ein Längsmittelschnitt. des Behäl ters und einer Fördervorrichtung mit weg gebrochenem Mittelteil, und Abb. 3 ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der Abb. 2, um die Lage der Arbeits stücke zwischen den beiden Reihen von Anodenplatten sichtbar zu machen.
Bei der Wärmebehandlung von Stahl gehäusen, Werkzeugteilen, Gusseisenrahmen, WalzproJukten und anderem, bildet sich eine harte Zunderschicht an .der Oberfläche d@@r Stahl- und Eisenteile. Diese Zunderschicht ist meist ausserordentlich hart, und wenn sie nicht entfernt wird, macht sie das Arbeits stück unbrauchbar. Dies zeigt sich zum Bei spiel bei Getrieberädern, wo jede Spur einer Zunderschicht zwischen den Zähnen entfernt werden muss, um ein rasches Abnutzen der Zähne zu verhindern.
Früher wurde die Zunderschicht vom Me tall durch verschiedene Verfahren entfernt. Eines derselben besteht in der mechanischen Abschürfung durch Verwendung von Sand strahlgebläsen, Stahlbürsten und Schmirgel scheiben. In einem andern Verfahren werden die Stahl- oder andere Metallteile nach ihrer Bearbeitung in starke, anorganische Säuren gelegt. Dieser chemische Prozess ist jedoch schwer zu kontrollieren, geht langsam vor sich und ergibt oft tief genarbte und zer fressene Metallteile. Schliesslich wurden auch elektrolytische Verfahren vorgeschlagen.
Bei einem dieser elektrolytischen Verfahren wird das Metall als Anode verwendet, und zwar in einer Schwefelsäurelösung. Es wurde ge funden, dass dieser Prozess, obgleich etwas schneller als der gewöhnliche Prozess, bei welchem die Stücke nur in die Säure gelegt werden, wirkt, ähnliche Ergebnisse bringt, nämlich eine Oberfläche mit tiefen Narben.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird eine Oberflächenschicht von Zunder, Schlacke oder dergleichen rasch vollständig von der Oberfläche des Metalles entfernt, besonders bei solchen, die in Hitze bearbeitet wurden, wie Gehäuse, Getriebe, Federn, Bleche und dergleichen. Gleichzeitig wird das Metall gegen Risse, Narben usw. durch einen Über zug geschützt, welcher eine vollständig eben mässige Oberfläche bildet. Die Oberfläche dieser Metalle kann mit Vorteil weiter be handelt werden durch Ablagern von Metal len, oder können auch als fertige Artikel in den Handel kommen, ohne dass ihre Ober fläche Entartungen, wie Zerfressen und der gleichen, ausgesetzt ist.
Zweckmässig wird als Elektrolyt zum Reinigen von Eisen- und Stahlteilen eine wässerige Lösung von anorganischen Säuren, wie Schwefel- und Salzsäure, mit einem Zu- ratz von Natriumsalzen, vorzugsweise Chlori den oder Sulfaten, benutzt. Wichtig ist e, class .die Lösung Blei enthält. Blei- oder Antimonblei-Anoden werden verwendet, und in Gegenwart von Salzsäure oder Chloriden werden diese angegriffen und dienen zur Wiederherstellung des Bleigehaltes des Ba des. Es können auch Bleisalze dem Bade in bestimmten Zeiträumen zugeführt werden.
Die Verhältnisse zwischen Säuren und dem Natriumsälz können innerhalb weiter Gren zen verändert werden, wie es für,die beson- .dere Art der Arbeit am besten geeignet ist. Die Lösung kann kalt verwendet werden, je doch geschieht ,das Reinigen rascher und wir kungsvoller in heisser Lösung.
Im vorliegenden Verfahren wird das zu reinigende Arbeitsstück als Kathode in dem Bade bei einer Stromstärke von ungefähr 0,075 bis '/", Amp. pro Quadratzentimeter oder mehr verwendet. Bei niedrigerer Strom stärke verläuft der Reinigungsprozess .lang sam. Es ist jedoch für gewöhnlich un möglich, so geringe Stromstärken in diesem Prozess zu verwenden als gewöhnlich beider Blei- oder Kupferplattierung verwendet wer den.
In Ausführung des Prozesses in einem Bleibad für Eisen und Stahl wurde entgegen der allgemeinen Erfahrung und der Ansicht der Fachleute des Elektroplattierens gefun den, dass man bei Verwendung hoher Strom stärken eine dünne, gleichmässige Bleihaut bekommt. Es ist bekannt, dass bei ausser ordentlich hohen Stromstärken, wie in die sem Fall, Blei in lose zusammenhängender Form abgesetzt wird; hier jedoch wird ge zeigt, .dass bei hohen Stromstärken eine zu sammenhängende, glatte Bleihaut gebildet wird, die unter dem schwammigen Blei liegt, und dassdiese Bleihaut homogen und prak tisch frei von Löchern oder andern Fehlern ist.
Um diesen Reinigungsprozess durchzu führen, ist es notwendig, dass die anhaftende harte Zunderschicht auf mechanische Weise weggebracht wird. Zu diesem Zweck ist ein verhältnismässig starker Strom notwendig, um einen genügenden Vorrat an Wasserstoff gas herzustellen, damit bei einer einzigen Be- handlung die vollständige Entfernung aller fremden Bestandteile stattfindet und gleich zeitig sich auf dem Arbeitsstück eine Schutz haut aus Blei bildet.
Statt der Anoden aus Antimonblei oder :der Anoden aus gewöhn lichem Blei können zum Reinigen von Eisen und Stahl andere Anoden, besonders solche aus Kohle, Graphit, Eisen, Siliziumeisen und Zink verwendet werden.
Wird Essigsäure statt Salz- oder Schwe felsture verwendet, so. kann der .Aufwand an Blei im Bade geregelt werden, und zwar entweder durch Benutzung einer Verbindung von Kohlenanoden und Bleianoden oder Kohlenanoden allein, und weiter unter Hin zufügung von Bleiazetat von Zeit zu Zeit. Die anorganischen Säuren haben jedoch den Vorteil grösserer Dauerhaftigkeit und bes serer elektrischer Leitungsfähigkeit.
Bei dem Reinigungsprozess ist der Metall überzug, zum Beispiel Blei, auf :dem Ar beitsstück bei der Behandlung von Eisen und Stahl wichtig,-besonders bei Stahlteilen mit unebener Oberfläche, wie zum Beispiel bei grossen Zahnrädern. Die Zun:derschicht oder ein anderer Belag zwischen den Zähnen wird viel rascher gelöst und entfernt bei Ver wendung des oben genannten Bades, und es wird eine reine Oberfläche hergestellt in folge der Wirkung der Bleisalze. Dies ist mit keinem :der bekannten Bäder bis jetzt mög lich.
Ein anderer Vorteil dieses Prozesses auf Eisen und Stahl angewandt, ist der, dass Risse und Sprünge in dem Stahl, hervor gerufen durch Hämmern, Walzen oder an dere mechanische Arbeitsgänge, nach :dieser elektrolytischen Behandlung entdeckt wer den. So wird zum Beispiel Zunder oder Schlacke, die sich in :der Oberfläche eines geschmiedeten oder gehämmerten Stückes be findet, nach der :elektrolytischen Behandlung sofort gesehen.
Schliesslich ist es ein deut licher Fortschritt gegenüber dem gewöhn liehen chemischen Prozess, bei dem .die Teile in Säuren gelegt werden, abgesehen von der grösseren Geschwindigkeit, dass die Metall- oberfläche :durch einen Metallüberzug sofort nach :der Reinigung geschützt wird.
Die Beschreibung wurde auf die Reini gung von Eisen und Stahl einschliesslich Stahllegierungen beschränkt. Dieser Prozess ist jedoch auch zum Reinigen nicht eisen haltiger Metalle und ihrer Legierungen, ein schliesslich Aluminium und dessen Legie rungen verwendbar.
In der Zeichnung wurden zwei verschie dene Vorrichtungen dargestellt. In einer hängt das Werkstück zwischen zwei Anoden reihen in der Lösung, in der zweiten wird es durch die Lösung zwischen zwei Reihen von Anoden durch einen langen Behälter gezogen. Das Arbeitsstück wird bei der zweiten An ordnung an einem Ende des Behälters ein geführt und verlässt ihn gereinigt am andern Ende.
Die Abb. 1, 2 und 3 zeigen einen Behäl ter 5, 5a, die Lösung 6 im Behälter, ferner zwei Reihen Anoden 7, 7a, .die bei 8 an .den Endteilen des Behälters unterstützt und mit den positiven Enden eines Generators nie derer Spannung durch Drähte 9 verbunden werden. Die Anoden 4 sind mit. Haken 10 versehen, mittelst welcher sie an den Stäben 7 hängen, die als Leiter für Strom dienen. Der :dritte Stab 11 (Abb. 1) zwischen :den zwei Ano:.denreihen 7, 7 angeordnet, ist ebenso durch zwei Lager 12 unterstützt und dient als Kathode, der mit dem negativen Pol des Stromes in Verbindung steht.
Das gezeigte Arbeitsstück hat ringför mige Gestalt, ist mit 13 bezeichnet und durch einfache Haken 14, die vom Kathoden stab 11 herunterhängen, unterstützt. Das Arbeitsstück ist in gleichem Abstand zwi schen den beiden Anodenreihen aufgehängt.
Der Behälter 5a, gezeigt in Abb. 2 und 3, besitzt bewegliche,Kathoden, ist ähnlich dem in Abb. 1 gezeigten Behälter, nur länger, und besitzt auch Reihen von Anodenstäben 7a, auf denen eine grössere Anzahl Anoden ebenso wie in Abb. 1 befestigt ist. In diesen Abb. 2 und 3 werden die Kathoden während des Reinigungsprozesses durch das Bad me- zogen.
Um dies bewerkstelligen zu können, ist an je einem Ende des Behälters ein Kettenrad 15 befestigt., und zwar auf Wellen 16. Über diese Kettenräder läuft eine Kette 11a, auf der in entsprechenden Abständen die Arbeitsstücke 13 angeordnet sind. Ausser dem dient die Kette auch als Leiter für den negativen Strom des Generators. Das zu reinigende Arbeitsstück wird auf der linken Seite des Behälters in das Bad geführt, wie Abb.2 zeigt, von Ader Kette gehalten und dann nach und nach zwischen den Anoden durch das Bad geführt. Am .andern Ende des Behälters wird es gereinigt wieder aus dem Behälter gezogen.
In beiden Ausfüh rungen der Vorrichtung werden die Arbeits stücke von den Kathodenstäben gehalten, und zwar zwischen den Anoden, und vollständig in die Lösung getaucht. Der Stromkreis vom Generator wird dadurch geschlossen und der Strom fliesst von den Anoden durch die Lö sung zum Arbeitsstück, das die Kathode bildet.
Process for cleaning and brightening the surface of metals. The invention relates to a process for cleaning and brightening the surface of metals, for example for removing the scale layer formed by rolling, hammering, forging or the like.
According to the invention, the surface covering layer of impurities, for example of scale, slag or the like, is removed by electrolytic hydrogen and the bare surface is immediately coated with a uniform metal layer. As a result, the bare surface is effectively protected against harmful influences of the hydrogen, such as etching, scarring, erosion of the surface and the like. The objects to be cleaned form the cathode and can easily hang in a bath; However, they can also be pulled through a chain located above the bathtub, which enables easy handling.
A bath for removing the scale layer from iron and steel parts can, for example, consist of an aqueous solution of mineral acids such as sulfuric and hydrochloric acid, which must also contain lead.
In the following, exemplary embodiments of the method are explained with reference to the drawing. Fig. 1 is a diagram of a container showing the necessary solution and the anodes and means for fastening the work pieces between them, Fig. 2 is a longitudinal center section. des Behäl age and a conveyor with broken away middle part, and Fig. 3 is a cross section along the line 3-3 of Fig. 2 to make the position of the work pieces between the two rows of anode plates visible.
During the heat treatment of steel housings, tool parts, cast iron frames, rolled products and others, a hard layer of scale forms on the surface of the steel and iron parts. This layer of scale is usually extremely hard, and if it is not removed, it makes the work piece unusable. This can be seen, for example, in gear wheels, where every trace of a layer of scale between the teeth must be removed in order to prevent the teeth from wearing out quickly.
In the past, the layer of scale was removed from the metal by various methods. One of these is mechanical abrasion using sandblasters, steel brushes and emery discs. In another process, the steel or other metal parts are placed in strong, inorganic acids after they have been processed. However, this chemical process is difficult to control, is slow and often results in deeply pitted and pitted metal parts. Finally, electrolytic processes have also been proposed.
One of these electrolytic processes uses the metal as an anode in a sulfuric acid solution. It has been found that this process, although somewhat faster than the usual process in which the pieces are only placed in the acid, gives similar results, namely a surface with deep pits.
In the present method, a surface layer of scale, slag or the like is quickly and completely removed from the surface of the metal, particularly those that have been heat worked such as housings, gears, springs, sheets and the like. At the same time, the metal is protected against cracks, scars, etc. by a coating, which forms a completely even surface. The surface of these metals can advantageously be treated further by depositing metals, or they can also be marketed as finished articles without their surface being exposed to degeneracies such as corroding and the like.
An aqueous solution of inorganic acids, such as sulfuric and hydrochloric acid, with an addition of sodium salts, preferably chlorides or sulfates, is expediently used as the electrolyte for cleaning iron and steel parts. It is important that the solution contains lead. Lead or antimony lead anodes are used, and in the presence of hydrochloric acid or chlorides, these are attacked and serve to restore the lead content of the Ba. Lead salts can also be added to the bath at certain times.
The proportions between acids and the sodium salt can be varied within wide limits as best suited for the particular type of work. The solution can be used cold, but cleaning is quicker and more effective in a hot solution.
In the present method, the workpiece to be cleaned is used as the cathode in the bath at an amperage of approximately 0.075 to 1/2 "amps per square centimeter or more. At lower amperages, the cleaning process is slow. However, it is usually impossible to use currents as low as possible in this process than are usually used in lead or copper plating.
When the process was carried out in a lead bath for iron and steel, contrary to general experience and the opinion of the electroplating experts, it was found that when using high currents, a thin, even lead skin is obtained. It is known that with exceptionally high currents, as in this case, lead is deposited in loosely connected form; Here, however, it is shown that at high currents a coherent, smooth lead skin is formed that lies under the spongy lead, and that this lead skin is homogeneous and practically free of holes or other defects.
In order to carry out this cleaning process, it is necessary that the adhering hard scale layer is removed mechanically. For this purpose, a relatively strong current is necessary to produce a sufficient supply of hydrogen gas so that all foreign components are completely removed in a single treatment and a protective skin made of lead is formed on the workpiece at the same time.
Instead of the anodes made of antimony lead or: the anodes made of ordinary lead, other anodes, especially those made of carbon, graphite, iron, silicon iron and zinc, can be used to clean iron and steel.
If acetic acid is used instead of hydrochloric or sulfuric acid, so. the .Expenditure of lead in the bath can be regulated, either by using a compound of carbon anodes and lead anodes or carbon anodes alone, and further with the addition of lead acetate from time to time. The inorganic acids, however, have the advantage of greater durability and better electrical conductivity.
During the cleaning process, the metal coating, for example lead, is important on: the workpiece when treating iron and steel, especially for steel parts with uneven surfaces, such as large gear wheels. The tarnish layer or other coating between the teeth is loosened and removed much more quickly when using the bath mentioned above, and a clean surface is produced as a result of the action of the lead salts. This is not possible with any of the known baths up to now.
Another advantage of this process applied to iron and steel is that cracks and fissures in the steel, caused by hammering, rolling or other mechanical operations, are discovered after this electrolytic treatment. For example, scale or slag that is in: the surface of a forged or hammered piece is seen immediately after: electrolytic treatment.
After all, it is a clear advance compared to the usual chemical process in which the parts are placed in acids, apart from the greater speed, that the metal surface is protected by a metal coating immediately after cleaning.
The description has been limited to the cleaning of iron and steel, including steel alloys. However, this process can also be used for cleaning non-ferrous metals and their alloys, including aluminum and its alloys.
In the drawing, two different devices were shown. In one, the workpiece hangs between two rows of anodes in the solution, in the second it is pulled through a long container by the solution between two rows of anodes. The workpiece is in the second to order at one end of the container and leaves it cleaned at the other end.
Figs. 1, 2 and 3 show a Behäl ter 5, 5a, the solution 6 in the container, also two rows of anodes 7, 7a, .the supported at 8 at .den end parts of the container and with the positive ends of a generator never those Voltage can be connected by wires 9. The anodes 4 are with. Hooks 10 provided, by means of which they hang on the rods 7, which serve as conductors for electricity. The: third rod 11 (Fig. 1) between: the two rows 7, 7, is also supported by two bearings 12 and serves as a cathode, which is connected to the negative pole of the current.
The workpiece shown has ringför-shaped shape, is denoted by 13 and supported by simple hooks 14 that hang down from the cathode rod 11. The work piece is suspended at the same distance between the two rows of anodes.
The container 5a, shown in Figs. 2 and 3, has movable cathodes, is similar to the container shown in Fig. 1, only longer, and also has rows of anode bars 7a on which a larger number of anodes as in Fig. 1 is attached. In these Figs. 2 and 3, the cathodes are drawn through the bath during the cleaning process.
In order to be able to accomplish this, a chain wheel 15 is attached to each end of the container, namely on shafts 16. A chain 11a runs over these chain wheels, on which the work pieces 13 are arranged at appropriate intervals. The chain also serves as a conductor for the negative current from the generator. The workpiece to be cleaned is led into the bath on the left side of the container, as shown in Fig. 2, held by a chain and then gradually led through the bath between the anodes. At the other end of the container, it is pulled out of the container after cleaning.
In both versions of the device, the work pieces are held by the cathode rods, between the anodes, and completely immersed in the solution. The circuit from the generator is thereby closed and the current flows from the anodes through the solution to the workpiece, which forms the cathode.