DD238074A1

DD238074A1 - Verfahren zum hochglaenzen stromleitender werkstuecke im anodischen elektrolytplasma

Info

Publication number: DD238074A1
Application number: DD27712085A
Authority: DD
Inventors: Hans Hoyer; Eckart Roessner; Klaus Rabending; Egbert Kirsche; Jan Pampel
Original assignee: Forschungszentrum Veb
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1986-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hochglaenzen stromleitender Werkstuecke insbesondere fuer Ein- und Mehrphasenlegierungen, die auf elektrochemischem Wege als nicht hochglaenzbar gelten. Der Hochglanzeffekt wird durch ein sich ausbildendes Elektrolytplasma bewirkt, dass bei Elektrolyttemperaturen von 290-320 K, einer Spannung von 90-290 V und einer Stromdichte von 15-210 A/dm2 einer Zeit von 5-200 Sekunden auf die Werkstueckoberflaeche einwirkt. Die Erfindung ist anwendbar in der Schmuck- und Uhrenindustrie, in der Mikroelektronik, im Musikinstrumentenbau sowie in der Geraete- und Werkzeugfertigung.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hochglänzen stromleitender Werkstücke im anodischen Elektrolytplasma, insbesondere von mehrphasigen Bunt- und Edelmetallegierungen und Stählen, vor allem in der Schmuck- und UhTenindustrie, in der Mikroelektronik, im Musikinstrumenten- und Textilmaschinenbau, sowie in der Werkzeugfertigung.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Es sind eine große Anzahl von Verfahren zum Glänzen und Polieren bekannt, bei denen die Werkstückoberfläche auf mechanischem Wege abgetragen und eingeebnet wird. Durch die mechanische Einwirkung kommt es zu strukturellen Veränderungen des Werkstückes in der Oberflächenzone. Bei den in vielen Fällen wirtschaftlicheren elektrochemischen Glänzverfahren, die auch außenstromlos durchgeführt werden können, beobachtet man keine solchen Veränderungen der Oberflächenzone. Die ungestörte Oberfläche hat oft eine höhere Korrosionsbeständigkeit Zum elektrolytischen Glänzen von metallischen Werkstoffen sind eine Vielzahl von Elektrolytlösungen bekannt, die für bestimmte Werkstoffgruppen spezifisch sind und in einem Stromdichtebereich von 10 bis 200A/dm² bei Badspannungen von 7 bis 40 V eine anodische Metal !auflösung gewährleisten, die die Oberfläche einebnet.

Der größte Teil der industriell genutzten Elektrolyte besteht aus Mischungen konzentrierter Säuren, wie Phosphorsäure und Schwefelsäure, denen teilweise Chromsäure und verschiedene organische Stoffe zugesetzt werden. Für das Glänzen von Stahlteilen werden Elektrolyte auf der Basis Perchlorsäure/Essigsäure verwendet In der Praxis sind aggressive Elektrolyte, wie z. B. die, welche konzentrierte Säuren enthalten und die, welche bei höheren Temperaturen angewendet werden müssen, schwierig zu handhaben. Essigsäure—Perchlorsäure—Elektrolyte neigen außerdem in einem bestimmten Konzentrationsbereich und oberhalb einer bestimmten Temperatur zur Explosion. Die Wirksamkeit einer Vielzahl von Elektrolytlösungen ist an das Vorhandensein toxischer Bestandteile, wie z. B. Chromsäure, Fluorwasserstoffsäure oder Cyanide, gebunden.

Mit Elektrolytlösungen, die eine breite Anwendung gefunden haben, können in der Regel nur reine Metalle und einphasige Legierungen geglänzt werden. Bei mehrphasigen Legierungen, wie z.B. /S-Messingoder Kohlenstoffstählen, lösen sich die Gefügebestandteile selektiv auf. Solche Legierungen können damit elektrolytisch nicht hochgeglänzt werden. Ein weiterer Nachteil aller elektrochemischen Glänzverfahren besteht darin, daß Materialfehler und Inhomogenitäten des Grundwerkstoffs an der Oberfläche hervorgehoben werden. Beim elektrolytischen Glänzen in Bädern läßt sich gleichzeitig auch Grat von den Werkstückkanten entfernen. Ein gezieltes Abtragen des Grundwerkstoffes bzw. des Grates wird vor allem bei hohen Stromdichten in strömenden Elektrolytlösungen in Form der elektrochemischen Konturbearbeitung durchgeführt. Bei diesem Verfahren erreicht man unter bestimmten Bedingungen auch eine Einebnung der Werkstückoberfläche bis hin zur Polierwirkung. In spezieilen Fällen, z. B. beim ,Electro-stream drilling" werden dabei Spannungen von 300 bis 700V angewendet. Bei solchen hohen Spannungen laufen neben den elektrochemischen Vorgängen an der Anode auch noch Entladungsvorgänge ab, die allgemein zum Behandeln und Bearbeiten stromleitender Werkstoffe in Elektrolytlösung genutzt werden. Bei diesen Entladungsvorgängen tritt ein charakteristisches Verhalten des Temperaturverlaufes der Werkstückoberfläche T über der Zellspannung U auf.

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I: Elektrolysebereich II:. BereichderStromunterbrechungen III: Erwärmung der Werkstückoberfläche IV: elektro-hydrodynamisches Regime

In OD WP 154715 wird z. B. eine Reinigung der Werkstückoberfläche von der nachfolgenden chemisch-thermischen Behandlung beschrieben, indem auf das als Anode geschaltete Werkstück in einer Elektrolysezelle zunächst eine höhere Spannung als für das Auftreten des Erwärmungseffektes nötig ist, kurze Zeit einwirkt und anschließend durch Verringern der Spannung die chemischthermische Behandlung eingeleitet wird. Die chemisch-thermische Behandlung erfolgt dabei im Bereich III, wobei keine hochglänzenden Oberflächen entstehen.

ZieIderErflndung

Die Erfindung hat das Ziel, mit geringem Aufwand stromleitende Werkstücke hochzuglänzen, in einem Arbeitsgang zu entgraten, dabei Bearbeitungszeit sowie Energie einzusparen und den Arbeits- und Gesundheitsschutz zu verbessern.

DarlegungdesWesensderErfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Hochglänzen und Entgraten stromleitender Werkstücke in einem Arbeitsgang zu schaffen, insbesondere von Teilen aus mehrphasigen Legierungen, die als elektrochemisch schwer- oder nichtglänzbar gelten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das zu bearbeitende Teil als Anode geschaltet in eine elektrolytische Zelle mit einer vergleichsweise großflächigen Katode in eine Elektrolytlösung eintaucht. Es wurde gefunden, daß in geeigneten Elektrolytlösungen beim Anlegen einer Spannung im Bereich von 90 bis 290V, also im Bereich der Erwärmung der Werkstückoberfläche III, an der Anode nach relativ kurzen Zeiten hochglänzende Oberflächen erreicht werden. Die unteren und oberen Grenzen der Spannungsbereiche, in denen Glänzwirkung auftritt, sind von der Natur des Werkstoffes, von der Elektrolytzusammensetzung und von der Elektrolyttemperatur abhängig. Die Stromdichten liegen dabei im Bereich von 0,15 bis 2,1 A/cm². An der Anode laufen also andere Vorgänge ab als beim anodischen Metallauflösen herkömmlicher Glänzverfahren. Die Strom-/Spannungscharakteristik ist ähnlich wie beim Erwärmen im anodischen Elektrolytplasma. Außerhalb der Grenzen des Spannungsbereiches, in dem Glänzwirkung auftritt, wird in Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung Aufschmelzen oder selektives Auflösen des Werkstoffes beobachtet. Beste Hochglanzwirkungen werden bei Elektrolyttemperaturen von 290 bis 320K erreicht. Es wurde gefunden, daß sich als Elektrolytlösungen Alkali- und Ammoniumsalze der Mineralsäuren oder der niederen Carbonsäure sowie deren freie Säuren in einem Bereich der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von 0,04 bis O₁SScrrr¹ eignen und daß sich die Spannungsbereiche, in denen Glanzwirkungen auftreten, durch Zusätze von organischen Komplexbildern, wie Aminen oder Alkoholen und durch Zusätze viskositätserhöhender Stoffe, wie z. B. wasserlösliche Polymere oder mehrwertige Alkohole, erweitern läßt.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens tritt bereits bei einer Bearbeitungszeit von 10 bis 200s die gewünschte Hochglanzwirkung auf. Vorteile des Verfahrens sind, daß die Kanten des Werkstückes im gleichen Arbeitsgang entgratet, die Oberfläche eingeebnet wird und durch Variation der Bearbeitungszeit verschiedene Glanzstufen realisiert werden. Überraschend wurde gefunden, daß bei Anwendung des Verfahrens auch mehrphasige Legierungen, wie z. B. 0-Messing, Knetlegierungen und kohlenstoffreiche Eisenlegierungen, die als elektrochemisch nicht glänzbar gelten, glänzend werden. Weitere Vorteile dieses Verfahrens sind, daß Oberflächeninhomogenitäten und Fehler des Grundwerkstoffes durch den Hochglanzprozeß nicht hervorgehoben werden und die Elektrolytlösungen einfach zusammengesetzt sind, keine toxischen Bestandteile enthalten und bei niedriger Arbeitstemperatur arbeiten.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Ein Gußteil für einen Stegseitenhalter für Elektrogitarren aus dem Messinggußwerkstoff GK-Cu Zn 38 Al wird in eine Elektrolysezelle mit Überlauf im Zentrum einer zylinderförmigen Netzkatode aus Stahldrahtgewebe positioniert. An die Zelle wird eine Spannung von 105 V angelegt. Durch Einströmen der Elektrolytlösung der Zusammensetzung 10% Ammoniumchlorid und 10% Glycerol mit einer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von 0,18Scm^_1 wird der Stromkreis geschlossen und der

Entladungsvorgang gezündet, welcher sich nach vollständiger Benetzung über die gesamte Werkstückoberfläche ausbreitet. Oie Elektrolytlösung fließt durch den Überlauf von der Elektrolysezelle ab, wird im Kreislauf gepumpt und dabei durch Kühlung auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 305 K gehalten. Nach einer Bearbeitungszeit von 90s wird die Spannung geschaltet, das Werkstück der Elektrolysezelle entnommen, mit Wasser gespült und getrocknet. Das Werkstück hat eine hochglänzende Oberfläche, der Grat ist entfernt, die Kanten sind gerundet Die vom Gießvorgang herrührenden Unregelmäßigkeiten der Werkstückoberfläche sind ausgeglichen bzw. treten nicht deutlich hervor.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zum Hochglänzen stromleitender Werkstücke im anodischen Elektrolytplasma, wobei das zu bearbeitende Werkstück als Anode geschaltet zusammen mit einer vergleichsweise großflächigen Katode in eine Elektrolytlösung eintaucht, gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Temperatur der Elektrolytlösung von vorzugsweise 290-320 K eine Spannung im Bereich von vorzugsweise 90-290V über eine Zeit von vorzugsweise 5-300s angelegt wird, sich das Werkstück erwärmt und die Elektrolytlösung Alkali- und oder Ammoniumsäure der Mineralsäuren oder niederer Karbonsäuren und organische Zusätze enthält.
2. Verfahren zum Hochglänzen stromleitender Werkstücke im anodischen Elektrolytpiasma nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Grundelektrolytlösungen wäßrige Lösungen von Alkali- oder Ammoniumhalogeniden mit einer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von 0,04-0,3 S cm^-1 verwendet werden.
3. Verfahren zum Hochglänzen stromleitender Werkstücke im anodischen Elektrolytplasma nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Zusätze Amine, Alkohole, wasserlösliche Hochpolymere oder Sacharin verwendet werden.