Verfahren zum elektrolytischen Polieren von Oberflächen metallischer Gegenstände Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrolytischen Polieren von Ober flächen metallischer Gegenstände. Die Erfindung be trifft in erster Linie ein Verfahren zum Polieren der Innenflächen von Rohren mit kreisförmigem Querschnitt, besonders Rohren mit kleinem Durch messer, aber auch zum Polieren der Aussen- oder Innenflächen von Rohren mit anderen Querschnit ten sowie auch zum Polieren anderer Metallgegen stände, z. B. von Blechen.
Es ist bekannt, dass man einen metallischen Ge genstand elektrolytisch beizen oder polieren kann dadurch, dass man den Gegenstand in einem Elektro lyt als Anode schaltet und einen als Kathode ge schalteten Körper an der Metalloberfläche sich vor beibewegen lässt unter gleichzeitiger Strömung des Elektrolyten durch den Spalt zwischen Anode und Kathode. Dabei hält man die Oberflächen der Anode und der Kathode parallel zueinander, so dass die Stromdichte an allen Punkten des Kathodenkörpers gleich ist.
Es hat sich gezeigt, dass diese Methode kein voll zufriedenstellendes Resultat liefert, was sich darin äussert, dass die behandelten Oberflächen uneben und ungleichförmig werden. Diese Unebenheiten haben z. B. beim elektrolytischen Polieren von rostfreiem Stahl aus Ätzangriffen bestanden, die insofern schäd lich sind, als sie die Korrosionsbeständigkeit der po lierten Metalloberflächen herabsetzen.
Laut vorliegender Erfindung hat es sich gezeigt, dass man eine gleichförmige Oberfläche erhalten kann, wenn man die Kathodenwand in einer solchen Stellung zur Anode hält, dass sich der Spalt zwischen der Kathode und der als Anode geschalteten Ober fläche in der Bewegungsrichtung der Kathode be züglich der zu polierenden Oberfläche erweitert bzw. in der Bewegungsrichtung der Anode bezüglich der Kathode verengt, und dass der Elektrolyt in der Be wegungsrichtung der Kathode bzw. entgegen der Be wegungsrichtung der Anode zum Strömen gebracht wird.
Der gute Erfolg, der mit dem erfindungsgemässen Verfahren erreicht wird, dürfte darauf beruhen, dass man den schädlichen Einfluss reduziert, den die auf tretenden Gasblasen auf den Poliervorgang ausüben.
Im Verlauf des elektrolytischen Polierens wird bekanntlich eine grosse Anzahl von Gasblasen gebil det, welche den Stromdurchgang im Spalt zwischen Anode und Kathode stören, d. h. die Stromdichte an verschiedenen Punkten der Kathode verändern, und welche daher so schnell wie möglich vom Spalt ent fernt werden müssen. Dies geschieht teils durch die Bewegung des Elektrolyts, teils durch die Tendenz der Gasblasen, nach oben zu steigen. Die günstigsten Bedingungen für die Entfernung der Gasblasen er hält man daher, wenn man den zu behandelnden Ge genstand in lotrechte Stellung bringt und dem Katho denkörper eine Aufwärtsbewegung gibt, wobei eben falls der Elektrolyt im Spalt zwischen Anode und Kathode eine nach oben gerichtete Strömung erhält.
An der Unterkante des Kathodenkörpers, wo der Spalt am schmalsten ist und die Stromdichte infolge dessen am grössten, strömt von unten ein gasfreier Elektrolyt ein, der die an dieser Zone gebildeten Gasblasen rasch mit nach oben reisst. An der oberen Kante des Kathodenkörpers ist der Spalt am brei testen und die Stromdichte daher am geringsten, wes halb die an dieser Zone befindlichen Gasblasen keine besonders schädliche Wirkung auf den Verlauf der Behandlung ausüben können.
Bei der Aufwärtsbewe gung des Kathodenkörpers während der Behandlung wird daher der obere Teil Anlass geben zu einer Vor behandlung der Metalloberfläche, während die Fer tigbehandlung, die die Oberflächenfeinheit bestimmt, von der unteren Partie des Kathodenkörpers besorgt wird, wobei störende Gasblasen in nennenswertem Umfang nicht auftreten.
Die Abwesenheit von Gasblasen in der Zone, wo die Stromdichte am grössten ist, hat auch zur Folge, dass man grössere Stromdichten zur Anwen dung bringen kann, wodurch wiederum kürzere Be handlungszeiten erreicht werden, als wenn Gasbla sen den Verlauf der Behandlung gestört hätten.
In folgendem wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Hinweis auf beigefügte Zeichnungen näher beschrieben: Fig. 1 zeigt eine Anordnung für das Polieren von Innenflächen von Rohren.
Fig. 2 zeigt in grösserer Skala die Zirkulations- pumpe für den Elektrolyten in der Anordnung laut Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur doppelseitigen Polierung oder Beizung von Blechen.
Nach Fig. 1 ist das Rohr 1, das inwendig elektro lytisch poliert werden soll, mittels einer Leitung 2 an den positiven Pol einer Gleichstromquelle 15 angeschlossen. Im Rohr befindet sich ein Kathoden körper 3, der die Form eines abgestumpften Konus hat, der von einem isolierten Kabel 4 getragen wird, welches somit als Stromleiter dient und daher mit Vorzug aus Kupfer besteht. Das Kabel 4 ist auf eine Trommel 5 aufgewickelt, die von dem Motor 7 angetrieben wird. Über einen Schleifkontakt 6 und eine Leitung 16 ist das Kabel und damit auch der Kathodenkörper an den negativen Pol der Gleich stromquelle 15 angeschlossen.
Zur Zentrierung des Kathodenkörpers 3 im Rohr 1 ist der Kathodenkörper mit vorspringenden Teilen aus isolierendem Material versehen, wie z. B. Hart gummi, die an den Innenwänden des Rohres anliegen.
Während des Elektropolierens wird dem unteren Ende des Rohres 1 der Elektrolyt durch die Leitung 18 zugeführt. Mittels des Rohres 10 wird der Elektro lyt vom Oberrand des Rohres 1 zu einem Behälter 11 geleitet, in welchem ein Teil der während der Elektro lyse gebildeten Gasblasen entfernt wird. Vom Be hälter 11 wird der Elektrolyt mittels der Leitung 12 zu einer Zirkulationspumpe 8 geführt, die im Prinzip eine beliebig geartete Konstruktion haben kann, die aber in der gezeigten Anordnung so gedacht ist, dass sie aus einem Mundstück 19 besteht, das zum Ein blasen von Gas, beispielsweise Luft, in den Elektro lyt dient.
Das Gas reisst teils durch Injektorbewegung, teils durch Mammutpumpwirkung Elektrolytflüssig- keit mit sich. Die Mischung von Flüssigkeit und eingeblasenem Gas steigt durch das Standrohr 20 zu einem Rohr mit weiterem Innendurchmesser oder einem Behälter 21 auf, wo Gas und Flüssigkeit ge trennt werden, wonach der Elektrolyt infolge seines Eigengewichtes durch die Leitung 13 zu einem Wär mebehälter 14 rinnt, wo er gekühlt oder erwärmt werden kann,
um von hier durch die Leitung 18 zum Unterteil des Rohres 1 zu fliessen. Nach Fig. 2 besteht das Mundstück der Pumpe zum Einblasen von Luft - generell mit 19 bezeich net - aus einem inneren Mundstücksrohr 22, welches an die Pressluftleitung 9 angeschlossen ist und aus einem äusseren Mundstücksrohr 23, welches mit einer Anzahl Öffnungen 24 versehen ist.
Der Kathodenkörper, der mit Vorteil aus Kupfer besteht, wird an seinem oberen Ende so gross gehal ten, wie dies für den Anschluss an das stromzufüh rende Kabel 4 notwendig ist. Das untere Ende des Konus wird nicht grösser gewählt, als das der Spalt zwischen Konus und Rohrwand den Durchfluss der erforderlichen Elektrolytmenge gestattet. Die Länge des Kathodenkörpers, d. h. also die Höhe des Konus, wird so gewählt, dass die Mantelfläche des Konus der gewünschten Stromdichte entspricht, die im all gemeinen 0,5-1,0 A/cm2 beträgt, aber in günstigen Fällen viel höher sein kann, siehe Beispiel 2.
Die Bewegung des Kathodenkörpers muss als Relativbewegung betrachtet werden, da teils der Ka thodenkörper bewegt wird, teils aber, in anderen Fällen, die Anode am Kathodenkörper vorbei bewegt werden kann. Die Anordnung laut Fig. 3 besteht aus einem so bemessenen Elektrolyttank, dass das Blech 27, das poliert oder gebeizt werden soll und das an Leinen 28 aufgehängt ist, mittels eines nicht gezeigten Aufzuges in den Tank gesenkt werden kann, wobei diese Auf zugsanordnung ein langsames Senken mit konstanter Geschwindigkeit gestattet. Das Blech ist auf eine nicht gezeigte Weise als Anode in einen Stromkreis eingeschaltet.
In Tank 26 sind zwei langgestreckte, waagrecht angeordnete Elektroden 29 so an jeder Seite des Bleches angebracht, dass der Spalt zwischen jeder Elektrode und dem Blech sich nach oben er weitert. Die Elektroden 29 sind auf nicht gezeigte Weise als Kathoden in den Stromkreislauf eingeschal tet.
Unter den Kathoden 29 sind waagrechte Rohre 30 mit nach oben gerichteten Mundstücken angeord net. Diese Rohre 30 sind an ein Rohr 31 angeschlos sen, welches wiederum an die Druckseite der Pumpe 32 angeschlossen ist, welche über die Leitung 33 den Elektrolyten vom unteren Teil des Tankes ansaugt.
Während der Behandlung wird - wie schon ge sagt - das Blech 27 langsam in den Tank gesenkt, wobei im weiteren Teil des Spaltes zwischen Blech und Kathoden eine Vorbehandlung geschieht, wo gegen die Fertigbehandlung im schmalsten Teil des Spaltes vor sich geht. Die Strömung des Elektro lyten im Spalt geschieht mit Hilfe von Zirkulations- pumpen, was gleichzeitig eine Zirkulation im ge samten Tank zur Folge hat.
Obgleich die Fig. 3 eine Anordnung zur Behandlung eines einzigen Ble- ches zeigt, können gleichzeitig mehrere Bleche be handelt werden, wenn man eine grosse Anzahl Ka thoden nebeneinander anordnet, wobei diese in die sem Falle am günstigsten einen trapezförmigen Quer schnitt haben. <I>Beispiel 1</I> In der Anordnung laut Fig. 1 wurde ein Rohr aus rostfreiem Stahl nach Typ SIS 2333, AISI 304, deutsche Werkstoffnummer 4301, 4306, der 18 Chrom und 8 % Nickel enthält, elektropoliert. Das Rohr war 6 Meter lang, und sein innerer Diameter war 26 mm.
Als Kathode wurde ein Körper aus Kupfer verwendet, der die Form eines abgestumpf ten Konus hatte und im gröbsten Ende einen Durch messer von 19 mm und am schmalsten Ende von 18 mm besass.
Die Länge des Kathodenkörpers war 265 mm; der Kathodenkörper war an einem plastisolierten Kupferkabel aufgehängt und wurde mit einer Ge schwindigkeit, die einer Polierzeit von 6 Min. Ober flächeneinheit entspricht, gehoben.
Zum Polieren wurde eine Gleichstromspannung von 6-10 Volt und eine Stromstärke verwendet, die einer mittleren Stromdichte von 0,76 A/em2 ent sprach.
Der Elektrolyt war vom Phosphorsäuretyp und wurde bei einer Temperatur von 50 C gehalten, was beim Einlauf des Elektrolyten in das Rohr gemessen wurde. Die Geschwindigkeit der Elektrolytbewegung war etwa 70 1/Min. Das Rohr zeigte über seine ge samte Innerfläche einen gleichmässigen Poliereffekt mit hohem Glanz und ohne Fehler, welche vom Po lieren herrühren könnten, wie z. B. Missfärbungen, Porösitäten oder Ätzungen.
<I>Beispiel 2</I> Rostfreier Draht vom Typ 18 % Chrom, 8 % Nik- kel und mit einem Durchmesser von 1,5 mm wurde elektrolytisch poliert. Der Draht, der auf eine Trom mel aufgewickelt war und als Anode geschaltet wurde, lief von oben nach unten durch einen zylind rischen hohlen Kathodenkörper aus Kupfer, der mit einer konischen Bohrung versehen war und folgende Abmessungen hatte: Aussendurchmesser 26 mm, Länge<B>100</B> mm. Die Konizität hatte ein Verhältnis von 1 :2, und zwar 10 mm am unteren Ende und 20 mm am oberen Ende.
Das Polieren geschah in einem Elektrolyt vom Typ Schwefelsäure-Phosphor- säure-Chromsäure. Die Stromstärke betrug 68 A und die Badspannung 11 V. Die genannnte Stromstärke entspricht einer durchschnittlichen Stromdichte von etwa 14 A/cm2, auf der Drahtoberfläche berechnet.
Die Bewegungsgeschwindigkeit des Drahtes durch den Kathodenkörper betrug, je nach dem gewünsch ten Grad der Polierung 0,5-1 m/Min. Der Elektro- lyt wurde am unteren Ende des Kathodenkörpers ein geführt, d. h. da wo der Spalt am schmalsten war, und herausgeführt am oberen Ende. Der polierte Draht wurde mit strömendem Wasser gespült, wo nach er wieder auf eine Trommel aufgewickelt wurde.
In dieser Beschreibung wurden keine generellen Daten betreffs Betriebsbedingungen gegeben wie Temperatur, Stromdichte oder chemische Zusam mensetzung des Elektrolyten, da diese zur bekannten Technik des Verfahrens gehören.
Die in den Zeichnungen dargestellten Anord nungen können selbstverständlich auf verschiedene Weise variiert oder komplettiert werden; sie können z. B. mit Anordnungen zur Regenerierung des Elek trolyten auf an und für sich bekannte Weise ver sehen werden.