Verfahren zur elektrochemischen Behandlung von Metall-Werkstücken
Bei der anodischen Oxydation, insbesondere von Aluminium oder Aluminium-Legierungen bereitete es bisher erhebliche Schwierigkeiten, Oxydschichten ganz bestimmter Stärke zu erzeugen. Zur Erzielung solcher masshaltiger Schichten muss nämlich zunächst die Grösse der zu behandelnden Flächen ermittelt werden. Das ist je nach der Form der Werkstücke unter Umständen sehr kompliziert und zeitraubend. Die Stromdichte, die ja abhängig ist von der Grösse der Oberfläche, weicht dann vielfach von den Sollwerten ab. Entsprechend sind die Schwankungen in der Schichtstärke der aufgebrachten Oxydschicht. Bei der normalen anodischen Oxydation, die allgemein unter dem Namen Eloxierung bekannt ist, entstehen dadurch in der Regel keine nennenswerten Nachteile.
Praktisch kommt es dabei entweder auf die dekorative Wirkung oder die Erzielung eines ausreichenden Korrosionsschutzes an.
Für das Aussehen spielt die Stärke der Oxydschicht im allgemeinen keine Rolle. Wenn allerdings ein ausreichender Korrosionsschutz erreicht werden soll, dann muss überall die Stärke der Schutzschicht einen gewissen Mindestwert erreichen. Eine Überschreitung der erforderlichen Schichtstärke wirkt sich vorwiegend in wirtschaftlicher Hinsicht nachteilig aus. Wenn aus Gründen der Sicherheit die notwendige Schichtstärke um einen gewissen Betrag überschritten wird, so kann dadurch leicht eine Kostenerhöhung um 20% und mehr eintreten. Eine stärkere Überschreitung der notwendigen Schichtstärke kann umgekehrt leicht die Qualität der Oxydschicht beeinflussen, wenn sich die Schichtdicke der Rücklösungsgrenze nähert.
Von wesentlich grösserer Bedeutung sowohl bezüglich der Kosten als auch hinsichtlich der Qualität machen sich Über- oder Unterschreitungen der Schichtdicke bemerkbar bei sogenannten harten anodischen Oxydschichten. Solche Schutzschichten werden z. B. auf Maschinenteile oder sonstige Bauteile aufgebracht, um die Verschleissfestigkeit zu erhöhen.
Dabei können Abweichungen von einer vorgeschriebenen Schichtstärke aus Passungsgründen unter Umständen absolut unzulässig sein. Wenn z. B. ein Gewinde entsprechend behandelt wird, so wird durch eine zu starke Schutzschicht die Passung gestört. Es ist dann vielfach eine sehr teure und aufwendige Nachbearbeitung durch Honen, Schleifen und dergleichen notwendig. Bei Schichtstärkenunterschreitung sind masslich tolerierte Teile in der Regel unbrauchbar. Was für Gewinde gilt, gilt in gleicher Weise auch für Bolzen und dergleichen.
In der Praxis gelingt bisher die Aufbringung von anodischen Oxydschichten gewollter Stärke meistens nur durch den Einsatz hochqualifizierter Kräfte, die über eine langjährige Erfahrung verfügen und die dann mehr oder minder gefühlsmässig das Verfahren richtig steuern. Dabei müssen aber notgedrungen gewisse Abweichungen in Kauf genommen werden.
Es ist schon versucht worden, die vorerwähnten Nachteile dadurch zu beheben, dass zuvor die nötige Gesamtstromdichte einer Badcharge ermittelt wurde. Dazu benutzte man Werkstücke mit einer bekannten genau festgelegten Oberfläche, durch die in Zusammenhang mit einem vom Hauptstromkreis getrennt geschalteten Strommessgerät die von der Gesamtoberfläche der Charge unabhängige Stromdichte ermittelt wird.
Dadurch werden aber die vorbeschriebenen Ungenauigkeiten immer noch nicht ausgeschlossen. Die Oberflächengrösse ist nur in seltenen Fällen absolut genau festlegbar. Schon Änderungen in der Oberflächenrauhigkeit und Schwankungen in der Legierungszusammensetzung haben Abweichungen zur Folge, die sich später in der Stärke der aufgebrachten Oxydschicht bemerkbar machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen. Das Aufbringungsverfahren soll mit allen seinen vorher genau festgelegten Einzelheiten selbsttätig exakt so abrollen, dass sich auf der ganzen Oberfläche des Werkstücks eine gleichmässige anodische Oxydschicht genau gewollter Stärke ergibt.
Die Erfindung benutzt dabei zunächst die Erkenntnis, dass sich beim Eintauchen des Werkstückes in das Behandlungsbad ein Ruhepotential einstellt, welches von der Legierung des Werkstücks abhängig ist. Wenn die Legierung unbekannt ist, dann kann sie über den Ruhestrom festgestellt werden. Voraussetzung ist dabei allerdings eine konstante Konzentration des Elektrolyten sowie die Einhaltung einer bestimmten Badtemperatur. Ferner basiert die Erfindung auf der Erkenntnis, dass bei einem vorgegebenen Potential-Sollwert sich eine Strom stärke einstellt, die von der Oberflächengrösse des Werkstücks abhängig ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich nun dadurch aus, dass das beim Eintauchen eines Werkstücks in das Behandlungsbad sich einstellende Ruhepotential sowie anschliessend die bei einem vorgegebenen Potentialwert sich einstellende von der Oberflächengrösse des Werkstücks abhängige Stromstärke als Werte in einen Prozessrechner eingegeben werden, worauf von diesem über eine Steuerung der Spannung selbsttätig die Stromdichte eingestellt wird, bis die Behandlung beendet ist.
Die Beendigung des Behandlungsverfahrens erfolgt durch Abschalten des Stromes und durch gleichzeitiges Ausheben der Werkstücke aus dem Bad.
In gleicher oder ähnlicher Weise wie Aluminium oder Aluminium-Legierungen können auch alle anderen Metalle elektrochemisch behandelt werden. Ferner kann eine Glanz- oder Ätzbehandlung von Metallwerkstücken nach dem gleichen Verfahren durchgeführt werden, wenn entsprechende Elektrolyten in das Bad eingefüllt werden.
Es sei noch erwähnt, dass die Messung der Stärke der anodischen Schutzschicht durch Ermittlung des elektrischen Durchströmwiderstandes bewirkt werden kann.
Process for the electrochemical treatment of metal workpieces
In anodic oxidation, in particular of aluminum or aluminum alloys, it has hitherto been considerable difficulties in producing oxide layers of a very specific thickness. To achieve such dimensionally stable layers, the size of the surfaces to be treated must first be determined. Depending on the shape of the workpieces, this can be very complicated and time-consuming. The current density, which depends on the size of the surface, then deviates many times from the nominal values. The fluctuations in the thickness of the applied oxide layer are corresponding. With normal anodic oxidation, which is generally known under the name of anodizing, there are generally no disadvantages worth mentioning.
In practice, either the decorative effect or the achievement of sufficient corrosion protection are important.
The thickness of the oxide layer is generally irrelevant to the appearance. However, if adequate protection against corrosion is to be achieved, then the thickness of the protective layer must reach a certain minimum value everywhere. Exceeding the required layer thickness has a disadvantageous effect mainly from an economic point of view. If, for reasons of safety, the necessary layer thickness is exceeded by a certain amount, this can easily lead to a cost increase of 20% and more. Conversely, exceeding the necessary layer thickness can easily affect the quality of the oxide layer when the layer thickness approaches the redissolution limit.
Exceeding or falling short of the layer thickness in so-called hard anodic oxide layers are of much greater importance both in terms of cost and quality. Such protective layers are z. B. applied to machine parts or other components to increase wear resistance.
Deviations from a prescribed layer thickness may be absolutely impermissible for reasons of fit. If z. For example, if a thread is treated accordingly, the fit will be disturbed by an excessively thick protective layer. Very expensive and time-consuming post-processing by honing, grinding and the like is then often necessary. If the thickness of the layers is not reached, parts with dimensional tolerances are usually unusable. What applies to threads also applies to bolts and the like in the same way.
In practice, the application of anodic oxide layers of the desired thickness has usually only succeeded through the use of highly qualified personnel who have many years of experience and who then more or less emotionally control the process correctly. However, certain deviations must necessarily be accepted.
Attempts have already been made to remedy the aforementioned disadvantages by first determining the necessary total current density of a bath charge. For this purpose, workpieces with a known, precisely defined surface were used, through which the current density, independent of the total surface of the charge, is determined in connection with an ammeter that is switched separately from the main circuit.
However, this still does not exclude the inaccuracies described above. The surface size can only be determined with absolute precision in rare cases. Even changes in the surface roughness and fluctuations in the alloy composition result in deviations which later become noticeable in the thickness of the applied oxide layer.
The invention is based on the object of eliminating the disadvantages mentioned above. The application process, with all of its previously precisely defined details, should automatically roll off in such a way that a uniform anodic oxide layer of exactly the desired thickness results on the entire surface of the workpiece.
The invention initially uses the knowledge that when the workpiece is immersed in the treatment bath, an idle potential is established which is dependent on the alloy of the workpiece. If the alloy is unknown, it can be determined using the quiescent current. The prerequisite for this, however, is a constant concentration of the electrolyte and compliance with a certain bath temperature. Furthermore, the invention is based on the knowledge that at a predetermined potential setpoint value, a current intensity is established which is dependent on the surface area of the workpiece.
The method according to the invention is now characterized in that the rest potential that occurs when a workpiece is immersed in the treatment bath and then the current intensity that is established at a given potential value and is dependent on the surface area of the workpiece are entered as values in a process computer, whereupon this via a Control of the voltage automatically adjusts the current density until the treatment is finished.
The treatment process is ended by switching off the power and simultaneously lifting the workpieces out of the bath.
All other metals can also be electrochemically treated in the same or a similar way as aluminum or aluminum alloys. Furthermore, a gloss or etching treatment of metal workpieces can be carried out by the same method if appropriate electrolytes are filled into the bath.
It should also be mentioned that the thickness of the anodic protective layer can be measured by determining the electrical flow resistance.