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.
Method for the electrolytic polishing of surfaces of metallic objects The present invention relates to a method for the electrolytic polishing of surfaces of metallic objects. The invention be primarily a method for polishing the inner surfaces of tubes with a circular cross-section, especially tubes with a small diameter, but also for polishing the outer or inner surfaces of tubes with other Querschnit th as well as for polishing other metal objects such . B. of sheet metal.
It is known that a metallic object can be electrolytically pickled or polished by switching the object in an electrolyte as an anode and allowing a body connected as a cathode on the metal surface to move past while the electrolyte flows through the gap between anode and cathode. The surfaces of the anode and the cathode are kept parallel to one another so that the current density is the same at all points on the cathode body.
It has been shown that this method does not give a completely satisfactory result, which manifests itself in the fact that the treated surfaces become uneven and uneven. These bumps have z. B. existed in the electrolytic polishing of stainless steel from etching attacks, which are harmful Lich insofar as they reduce the corrosion resistance of the poled metal surfaces.
According to the present invention, it has been shown that a uniform surface can be obtained if the cathode wall is held in such a position relative to the anode that the gap between the cathode and the surface connected as the anode is in the direction of movement of the cathode with respect to the Surface to be polished expanded or narrowed in the direction of movement of the anode with respect to the cathode, and that the electrolyte is made to flow in the direction of movement of the cathode or against the direction of movement of the anode.
The good success that is achieved with the method according to the invention is likely to be based on the fact that one reduces the harmful influence that the gas bubbles that occur on the polishing process exert.
In the course of electrolytic polishing, it is known that a large number of gas bubbles are formed which interfere with the passage of current in the gap between anode and cathode, i.e. H. change the current density at different points on the cathode, and which must therefore be removed from the gap as quickly as possible. This happens partly through the movement of the electrolyte, partly through the tendency of the gas bubbles to rise upwards. The most favorable conditions for the removal of the gas bubbles are therefore obtained if the object to be treated is brought into a vertical position and the cathode body gives an upward movement, with the electrolyte in the gap between anode and cathode receiving an upward flow.
At the lower edge of the cathode body, where the gap is narrowest and the current density is greatest as a result, a gas-free electrolyte flows in from below, which quickly pulls the gas bubbles formed in this zone upwards. At the upper edge of the cathode body, the gap is the most pulpy test and the current density is therefore lowest, which is why the gas bubbles located in this zone cannot exert a particularly harmful effect on the course of the treatment.
When the cathode body moves upwards during the treatment, the upper part will therefore give rise to a pre-treatment of the metal surface, while the final treatment, which determines the surface fineness, is carried out from the lower part of the cathode body, with no significant amount of disturbing gas bubbles occurring .
The absence of gas bubbles in the zone where the current density is greatest also means that higher current densities can be used, which in turn results in shorter treatment times than if gas bubbles had disrupted the course of the treatment.
In the following, the invention is described in more detail on the basis of examples with reference to the accompanying drawings: FIG. 1 shows an arrangement for the polishing of inner surfaces of pipes.
FIG. 2 shows the circulation pump for the electrolyte in the arrangement according to FIG. 1 on a larger scale.
Fig. 3 shows an arrangement for double-sided polishing or pickling of metal sheets.
According to Fig. 1, the tube 1, which is to be polished electrolytically inside, is connected by means of a line 2 to the positive pole of a direct current source 15. In the tube there is a cathode body 3, which has the shape of a truncated cone, which is carried by an insulated cable 4, which thus serves as a conductor and is therefore preferably made of copper. The cable 4 is wound onto a drum 5 which is driven by the motor 7. The cable and thus also the cathode body are connected to the negative pole of the direct current source 15 via a sliding contact 6 and a line 16.
To center the cathode body 3 in the tube 1, the cathode body is provided with protruding parts made of insulating material, such as. B. Hard rubber that rest against the inner walls of the tube.
During electropolishing, the electrolyte is fed to the lower end of the tube 1 through the line 18. By means of the tube 10, the electrolyte is passed from the upper edge of the tube 1 to a container 11 in which part of the gas bubbles formed during the electrolysis is removed. From the loading container 11, the electrolyte is guided by means of the line 12 to a circulation pump 8, which in principle can have any type of construction, but which in the arrangement shown is intended to consist of a mouthpiece 19 that is used to blow a Gas, such as air, is used in the electrolyte.
The gas carries with it electrolyte fluid partly through the movement of the injector and partly through a mammoth pumping effect. The mixture of liquid and blown gas rises through the standpipe 20 to a pipe with a wider inner diameter or a container 21, where gas and liquid are separated ge, after which the electrolyte due to its own weight through line 13 to a heat mebehistor 14 runs where it can be cooled or heated,
to flow from here through the line 18 to the lower part of the tube 1. According to Fig. 2, the mouthpiece of the pump for blowing air - generally denoted by 19 net - consists of an inner mouthpiece tube 22 which is connected to the compressed air line 9 and an outer mouthpiece tube 23 which is provided with a number of openings 24.
The cathode body, which is advantageously made of copper, is kept as large at its upper end as is necessary for connection to the power supply cable 4. The lower end of the cone is chosen not to be larger than that the gap between the cone and the pipe wall allows the required amount of electrolyte to flow through. The length of the cathode body, i.e. H. i.e. the height of the cone is chosen so that the surface area of the cone corresponds to the desired current density, which is generally 0.5-1.0 A / cm2, but can be much higher in favorable cases, see Example 2.
The movement of the cathode body must be viewed as a relative movement, since the cathode body is partly moved, but partly, in other cases, the anode can be moved past the cathode body. The arrangement according to FIG. 3 consists of an electrolyte tank of such a size that the sheet metal 27 which is to be polished or pickled and which is suspended on lines 28 can be lowered into the tank by means of an elevator (not shown), this elevator arrangement being a slow one Lowering allowed at constant speed. The sheet metal is connected in a circuit as an anode in a manner not shown.
In tank 26, two elongated, horizontally arranged electrodes 29 are attached to each side of the sheet in such a way that the gap between each electrode and the sheet widens upwards. The electrodes 29 are switched on in a manner not shown as cathodes in the circuit.
Under the cathodes 29 horizontal tubes 30 are net angeord with upwardly directed mouthpieces. These tubes 30 are connected to a tube 31 ruled out, which in turn is connected to the pressure side of the pump 32, which sucks in the electrolyte from the lower part of the tank via the line 33.
During the treatment - as already mentioned - the sheet 27 is slowly lowered into the tank, with a pretreatment taking place in the further part of the gap between sheet and cathode, where the final treatment is going on in the narrowest part of the gap. The electrolyte flows in the gap with the help of circulation pumps, which at the same time results in circulation in the entire tank.
Although FIG. 3 shows an arrangement for treating a single sheet, several sheets can be treated at the same time if a large number of cathodes are arranged next to one another, and in this case they are preferably of trapezoidal cross-section. <I> Example 1 </I> In the arrangement according to FIG. 1, a tube made of stainless steel according to type SIS 2333, AISI 304, German material numbers 4301, 4306, which contains 18 chromium and 8% nickel, was electropolished. The pipe was 6 meters long and its internal diameter was 26 mm.
The cathode used was a body made of copper, which had the shape of a truncated cone and had a diameter of 19 mm at the coarsest end and 18 mm at the narrowest end.
The length of the cathode body was 265 mm; the cathode body was suspended from a plastic-insulated copper cable and was lifted at a speed corresponding to a polishing time of 6 minutes.
A direct current voltage of 6-10 volts and a current intensity were used for polishing which corresponded to an average current density of 0.76 A / cm2.
The electrolyte was of the phosphoric acid type and was kept at a temperature of 50 ° C., which was measured when the electrolyte entered the tube. The speed of the electrolyte movement was about 70 l / min. The tube showed over its entire inner surface a uniform polishing effect with high gloss and without errors that could result from Po lieren such. B. discoloration, porosity or etching.
<I> Example 2 </I> Stainless wire of the type 18% chromium, 8% nickel and with a diameter of 1.5 mm was electrolytically polished. The wire, which was wound on a drum and connected as an anode, ran from top to bottom through a cylindrical hollow cathode body made of copper, which was provided with a conical bore and had the following dimensions: outer diameter 26 mm, length <B> 100 mm. The taper had a ratio of 1: 2, 10 mm at the bottom and 20 mm at the top.
The polishing was done in an electrolyte of the sulfuric acid-phosphoric acid-chromic acid type. The current strength was 68 A and the bath voltage 11 V. The current strength mentioned corresponds to an average current density of approximately 14 A / cm2, calculated on the wire surface.
The speed of movement of the wire through the cathode body was 0.5-1 m / min, depending on the desired degree of polishing. The electrolyte was introduced at the lower end of the cathode body; H. there where the gap was the narrowest, and led out at the upper end. The polished wire was rinsed with flowing water, after which it was rewound on a drum.
In this description, no general data regarding operating conditions such as temperature, current density or chemical composition of the electrolyte have been given, since these belong to the known technique of the process.
The arrangements shown in the drawings can of course be varied or completed in various ways; you can z. B. with arrangements for the regeneration of the elec trolyte in and per se known manner will be seen ver.