DD238074A1

DD238074A1 - METHOD FOR HIGHLY GLAINING POWER-CONDUCTIVE WORKSTUFFS IN ANODIC ELECTROLYTE PLASMA

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.The invention relates to a method for high-gloss electroconductive workpieces in particular for single and multi-phase alloys, which are considered to be non-high-gloss electrochemical. The high-gloss effect is caused by a forming electrolyte plasma that acts on the workpiece surface at electrolyte temperatures of 290-320 K, a voltage of 90-290 V and a current density of 15-210 A / dm2 a time of 5-200 seconds. The invention is applicable in the jewelry and watch industry, in microelectronics, musical instrument making and in the Geraete- and tool production.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a method for high-gloss current-conducting workpieces in anodic electrolyte plasma, especially of multiphase non-ferrous and precious metal alloys and steels, especially in the jewelry and UhTenindustrie, in microelectronics, in musical instrument and textile machinery, and in tool production.

Characteristic of the known technical solutions

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.There are a large number of methods for polishing and polishing known in which the workpiece surface is removed and leveled by mechanical means. The mechanical action leads to structural changes of the workpiece in the surface zone. In many cases, more economical electrochemical polishing processes, which can also be carried out without external current, no such changes of the surface zone are observed. The undisturbed surface often has a higher corrosion resistance For the electrolytic glazing of metallic materials, a variety of electrolyte solutions are known, which are specific to certain material groups and anodic metal dissolution in a current density range of 10 to 200A / dm ² at bath voltages of 7 to 40 V. ensure that the surface levels.

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.The majority of industrially used electrolytes consists of mixtures of concentrated acids, such as phosphoric acid and sulfuric acid, to which chromic acid and various organic substances are added in part. For the glazing of steel parts electrolytes based on perchloric acid / acetic acid are used. In practice, aggressive electrolytes, such. Those which contain concentrated acids and those which must be used at higher temperatures, difficult to handle. Acetic acid-perchloric acid electrolytes also tend to explode in a certain concentration range and above a certain temperature. The effectiveness of a variety of electrolyte solutions is due to the presence of toxic components, such as. As chromic acid, hydrofluoric acid or cyanides bound.

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.With electrolyte solutions that have found wide application, usually only pure metals and single-phase alloys can be shone. For polyphase alloys, e.g. / S brass or carbon steels, the microstructural constituents dissolve selectively. Such alloys can not be highly electrolytically glazed. Another disadvantage of all electrochemical glazing is that material defects and inhomogeneities of the base material are highlighted on the surface. In the case of electrolytic glazing in baths, burrs can also be removed from the workpiece edges at the same time. A targeted removal of the base material or the burr is carried out especially at high current densities in flowing electrolyte solutions in the form of electrochemical contour machining. Under certain conditions, this process also achieves a leveling of the workpiece surface up to the polishing effect. In special cases, z. Voltages of 300 to 700 V are used in electro-flow drilling, for example.At such high voltages, in addition to the electrochemical processes at the anode, discharge processes also take place, which are generally used for treating and processing electrically conductive materials in electrolytic solution Discharge processes, a characteristic behavior of the temperature profile of the workpiece surface T on the cell voltage U occurs.

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I: Elektrolysebereich II:. BereichderStromunterbrechungen III: Erwärmung der Werkstückoberfläche IV: elektro-hydrodynamisches RegimeI: electrolysis area II :. Range of current interruptions III: heating of the workpiece surface IV: electro-hydrodynamic 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.In OD WP 154715 z. Example, a cleaning of the workpiece surface of the subsequent chemical-thermal treatment described by the anode connected to the workpiece in an electrolytic cell initially a higher voltage than the occurrence of the heating effect is necessary, a short time acts and then by reducing the voltage, the chemical-thermal treatment is initiated. The chemical-thermal treatment is carried out in the area III, with no high-gloss surfaces arise.

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.The invention has the goal to hochzuglänzen with little effort electrically conductive workpieces to deburr in one operation, thereby saving processing time and energy and improve occupational health and safety.

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.The invention has for its object to provide a method for glazing and deburring of electrically conductive workpieces in one operation, in particular of parts of multi-phase alloys, which are considered to be electrochemically difficult or non-glossy.

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.According to the invention the object is achieved in that the part to be machined connected as an anode dips into an electrolytic cell with a comparatively large-area cathode in an electrolyte solution. It has been found that in suitable electrolyte solutions when applying a voltage in the range of 90 to 290 V, ie in the region of heating of the workpiece surface III, high-gloss surfaces are achieved at the anode after relatively short times. The upper and lower limits of the ranges of stress in which glossiness occurs depend on the nature of the material, the composition of the electrolyte, and the temperature of the electrolyte. The current densities are in the range of 0.15 to 2.1 A / cm ² . At the anode, therefore, other processes take place than in the anodic metal dissolution of conventional Schänzverfahren. The current / voltage characteristic is similar to that in the heating in the anodic electrolyte plasma. Outside the limits of the voltage range in which the gloss effect occurs, melting or selective dissolution of the material is observed, depending on the material composition. Best gloss effects are achieved at electrolyte temperatures of 290 to 320K. It has been found that alkali metal salts and ammonium salts of mineral acids or lower carboxylic acids and their free acids are suitable as electrolyte solutions in a range of the specific electrical conductivity of 0.04 to ₁ SScrrr ¹ and that the voltage ranges in which bright effects occur. by additions of organic complexing agents, such as amines or alcohols and by additions of viscosity-increasing substances, such as. As water-soluble polymers or polyhydric alcohols, expand.

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.When using the method according to the invention occurs at a processing time of 10 to 200s, the desired high gloss effect. Advantages of the method are that the edges of the workpiece deburred in the same operation, the surface is leveled and different gloss levels can be realized by varying the processing time. Surprisingly, it was found that when using the method and multiphase alloys such. B. 0-brass, wrought alloys and carbon-rich iron alloys, which are considered not electrochemically glossy, shiny. Further advantages of this method are that surface inhomogeneities and defects of the base material are not highlighted by the high gloss process and the electrolyte solutions are simply composed, contain no toxic components and operate at low working temperature.

embodiment The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

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 derA casting for a bridge side holder for electric guitars made of the cast brass material GK-Cu Zn 38 Al is positioned in an electrolytic cell with overflow in the center of a cylindrical net cathode of steel wire mesh. A voltage of 105 V is applied to the cell. By flowing the electrolyte solution of the composition 10% ammonium chloride and 10% glycerol with a specific electrical conductivity of 0.18Scm ^_1 , the circuit is closed and the

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.Discharge process ignited, which spreads after complete wetting over the entire workpiece surface. The electrolyte solution flows through the overflow from the electrolytic cell, is pumped in the circulation and kept by cooling to a temperature in the range of 300 to 305 K. After a processing time of 90 s, the voltage is switched, the workpiece is taken from the electrolysis cell, rinsed with water and dried. The workpiece has a high-gloss surface, the burr is removed, the edges are rounded. The irregularities in the workpiece surface resulting from the casting process are balanced or do not emerge clearly.

Claims

Invention claim:

1. A method for high-gloss current-conducting workpieces in the anodic electrolyte plasma, wherein the workpiece to be machined as anode connected together with a comparatively large-area cathode immersed in an electrolyte solution, characterized in that at a temperature of the electrolyte solution of preferably 290-320 K, a voltage in the range of preferably 90-290V is applied for a time of preferably 5-300s, the workpiece is heated and the electrolyte solution contains alkali and / or ammonium acid of the mineral acids or lower carboxylic acids and organic additives.

2. A method for high-gloss electroconductive workpieces in anodic electrolyte Piasma according to item 1, characterized in that are used as the basic electrolyte solutions aqueous solutions of alkali or ammonium halides having a specific electrical conductivity of 0.04-0.3 S cm ^-1 .

3. A method for high-gloss electroconductive workpieces in anodic electrolyte plasma according to item 1 and 2, characterized in that are used as additives amines, alcohols, water-soluble high polymers or saccharin.