DD279698A1 - Vorrichtung zum elektrolytischen polieren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrolytischen Polieren von Bauteilen als vorbereitende Arbeitsstufe, beispielsweise fuer die zerstoerungsfreie metallografische oder elektronenmikroskopische Untersuchung von Bauteilen. Sie besteht aus einer Elektrolysezelle, die unabhaengig von der Position der Bauteile, insbesondere unter beengten Platzverhaeltnissen auf deren Oberflaeche, zum Beispiel auf Bauteile von Kraftwerken, dichtend aufsetzbar ist. Zur Verbesserung der Polierqualitaet und Vergroesserung der polierten Oberflaeche ist innerhalb der Elektrolysezelle (2) unmittelbar oberhalb der zu polierenden Oberflaeche ein nahezu die gesamte Oberflaeche ueberdeckendes Turbinenrad (5) zentrisch drehbar gelagert, dessen einzelne Segmente (6) aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen. Das Turbinenrad (5) wird durch den auftreffenden Elektrolytstrahl in Drehbewegung versetzt und verteilt den Elektrolyten gleichmaessig auf der Oberflaeche. Gleichzeitig gewaehrleistet es die Ausbildung eines gleichmaessigen Polierfilms. Fig. 1

Description

DE-PS 1048754 versucht, durch Anordnung von Leitolementen die unmittelbare Zufuhr von ständig firschen Elektrolyten auf eine der Einleitungsöffnung naheliegenden lokal begrenzten Tailfläche, die zu einem inhomogenen Abtrag des Materials führen würde, zu verhindern, wobei jedoch die o.g. Turbulenzen und damit eine Beeinträchtigung der Ausbildung des Polierfilms in Kauf genommen werden muß. An den Stellen, an denen sich kein ausreichender Polierfilm ausbildet, kommt es zu partiellen Ätzungen, was jedoch eine anschließende Untersuchung dieser Stellen erheblich beeinträchtigt.

Ziel dor Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum elektrolytischen Polieren zu schaffen, die ohne wesentliche Erhöhung des gerätetechnischen Aufwandes und bei gleichem Zeitaufwand pro Poliervorgang wie bisher auch bei großen Flächen eine deutlich verbesserte Polierqualität gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten transportablen Vorrichtungen zum elektrolytischen Polieren, bei denen die Elektrolytzuführung bzw. -abführung zentrisch in a°.r Elektrolysezelle angeordnet ist, derart zu verändern, daß unter Verwendung einfacher Mittel und ohne Werkstückbewegung auch größere Flächen innerhalb eines Poliervorganges homogen abgetragen werde η können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb der Elektrolysezelle unmittelbar oberhalb der als Anode geschalteten, zu polierenden Oberfläche ein nahezu die gesamte Oberfläche überdeckendes Turbinenrad drehbar gelagert ist. Es besteht aus einzelnen Segmenten aus elektrisch nichtleitendem Material. Die Segmente schirmen die ihnen jeweils gegenüberliegenden Bereiche der Katoden- und Anodenfläche zeitweise ab, so daß momentan nur ein Teil der zu bearbeitenden Fläche, nämlich die schlitzförmigen Bereiche zwischen den einzelnen Segmenten, der Elektrolyse ausgesetzt sind. Genau für diese Bereiche ist die bei bekannten Elektrolysezellen üblicherweise zur Verfügung stehende Stromstärke ausreichend. Mit der Rotation des Turbinenrades verschieben sich diese aktiven Bereiche gleichmäßig über die gesamte zu bearbeitende Fläche. Beim Auftreffen des Elektrolytstrahls auf das Turbinenrad wird seine kinetische Energie in Rotationsenergie des Turbinenrades umgewandelt. Das rotierende Turbinenrad verteilt den Elektrolyten bei zentrisch angeordneter Elektrolytzuführung bis an den Rand unter nahezu lamellaren Sfömungsverhältnissen gleichmäßig auf der anodischen Werkstückoberfläche. Ist die Elektrolytabführung zentrisch anjieordnet, wird der Elektrolyt bei entsprechender Stellung der Segmente des Turbinenrade" von der am Rand befindlichen Elektrc lytzuführung unter den gleichen günstigen Bedingungen zur Mitte transportiert. Die geringe Relativbewegung des Elektrolyte ι zur Anode sichert die Ausbildung des verfahrensnotwendigen gleichmäßigen Polierfilms an der Anode. Durch das Überstreichon des Polierfilms mittel? der Turbinensegmente werden eventuell anhaftende Gasblasen bewegt und abgestreift. Ferner trifft der Elektrolytstrahl nicht ständig an ein und derselben Stelle auf die Werkstückoberfläche auf, so daß ein punktförmiger Abtra., an dieser Stelle sowie die Zerstörung der Polierschicht vermieden werden.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll liie Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und Fig. 2: einen Querschnitt an der in Fig. 1 gekennzeichneten Stelle.

Gemäß ^ig. 1 ist die en'indungsgemäße Vorrichtung auf eine als Anode geschaltete Werkstückoberfläche 1 aufgesetzt und besteht aus einer zur Anode hin offenen Elektrolysezelle 2, in die aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter über eine zentrische Zuführung 3 Elektrolyt eingeleitet wird. In der Zuführung 3 befindet sich eine schraubenförmig ausgebildete Leiteinrichtung 4, die dem Elektrolyt eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente verleiht. In der Verlängerung der Zuführung 3 ist ein Turbinenrad 5 drehbar gelagert. Sein Durchmesser entspricht etwa dem Durchmesser der Elektrolysezelle 2 im Bereich ihrer Öffnung zur Werkstückoberfläche 1. Es besteht, wie aus Fig. 2 erkennbar, aus einzelnen Segmenten 6 aus elektrisch nichtleitendem Material. Oberhalb des Turbinenrades 5 befindet sich eine Katode 7 mit einer zentrischen Öffnung, durch die der Elektrolyt in einen Reaktionsraum 8, in dar si Jh das Turbinenrad 5 befindet, gelangt. Über eine Ablauföffnung 9, die mit einem nicht dargestellten Auffangbehälter verbunden ist, verläßt der verbrauchte Elektrolyt die Elektrolysezelle 2. Die Öffnung des Reaktionsraumes 8 ist von eine · Dichtung 10 umgeben, die bei auf die Werkstückoberfläche 1 aufgesetzter Elektrolysezelle 2 ein Auslaufen des Elektrolyten verhindert.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise d'jr Vorrichtung beschrieben werden. Der Elektrolyt tritt mit einer tangentialen Geschwindigkeitskomponen'e in den Reaktionsraum 8 ein und versetzt dadurch das Turbinenrad in Rotation. Das bewirkt zunächst zwei für den Poliervorgang vorteilhafte Effekte. Der Elektrolyt wird gleichmäßig über der Werkstückoberfläche verteilt, und unter Gewährleistung homogener Strömongsverhältnisse wird ständig verbrauchter Elektrolyt abgeführt und in gleichem Maße frischer Elektrolyt zugeführt. Beides trägt wesentlich zur Ausbildung eines gleichmäßigen Polierfilms bei. Der zweite vorteilhafte Effekt betrifft die Stromdichteverteilung über der gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen deutlich vergrößerten Oberfläche. Die Segmente 6 des Turbinenrades 5 schirmen Teile der Katode 7 zeitweise von der Werkstückoberfläche ab, so daß in den freigegebenen Bereichen zwischen den Segmenten 6 die erforderliche Stromdichte gewährleistet ist. Diese Bereiche laufen bei Rotation des Turbinenrades 5 um, so daß die anodische Werkstückoberfläche gleichmäßig poliert wird. Das rotierende Turbinenrad 5 erfüllt eine weitere, für eine hohe Polierqualität entscheidende Aufgabe. Die Segmente 6 des Tr.rbinenrades 5 bewegen die sich beim Stromfluß im Reaktionsraum 8 bildenden Gasblasen und streifen sie von der Werkstückoberfläche 1 ab. Im allgemeinen wird in der Elektrolysezelle 2 ein Unterdruck erzeugt, der über der Dichtung 10 ein selbständiges Anhaften der Vorrichtung an der Werkstückoberfläche 1 gewährleistet. Der Unterdruck kann bei einer entsprechenden Dimensionierung der Querschnitte der Zuführung 3 und der Ablauföffnung 9 mit Hilfe einer Elektrolytsaugpumpe aufrechterhalten werden.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum elektrolytischen Polieren von als Anode geschalteten Bauteilen, die aus einer Elektrolysezelle besteht, bei der die Elektrolytzuführung bzw. -abführung zentrisch angeordnet ist und mit einer Elektrolytpumpe in Verbindung steht und die euf die Bauteiloberfläche dichtend aufsetzbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb der Elektrolysezelle (2) unmittelbar oberhalb der zu polierenden Oberfläche ein nahezu die gesamte Oberfläche überdeckendes Turbinenrad (5) zentrisch drehbar gelagert ist, dessen einzelne Segmente (6) aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrolytischen Polieren von Bauteilen als vorbereitende Arbeitsstufe, beispielsweise für die zerstörungsfreie metallografische on ix elektronenmikroskopische Untersuchung von Bauteilen, wobei die Vorrichtung unabhängig von der Position der Bauteile, insbesondere unter beengten Platzverhältnissen auf deren Oberfläche, zum Beispiel auf Bauteile von Kraftwerken, dichtend aufsetzbar ist.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Zur Gewährleistung eines havariefreien Betriebes, insbesondere von Energieerzeugungsanlagen, ist es unerläßlich, exponierte Bauteile dieser Anlagen regelmäßig hinsichtlich ihres Werkstoffzustandes zu untersuchen. Die für diese Untersuchungen notwendigen Probenentnahmen müssen bei laufendem Betrieb und ohne Beeinträchtigung der Festigkeit des Bauteils erfolgen. Diese Bedingungen erfüllt die elektrolytische Gefügeentwicklung, bei der die ausgewählte Bauteiloberfläche zunächst elektrolytisch poliert wird. Die dazu erforderliche Vorrichtung muß transportabel und auch unter ungünstigen räumlichen Bedingungen, beispielsweise in Überkopfposition oder engen, schwer zugänglichen Bereichen einsetzbar sein. Zu diesem Zweck wurden Elektrolysezellen entwickelt, die einseitig offen und als Katode ausgebildet sind und auf die als Anode geschaltete Bauteiloberfläche dichtend aufgesetzt werden. Der Elektrolyt wird mittels Saug- oder Druckpumpe aus einem Vorratsbehälter in die Elektrolysezelle gefördert (DE-PS 1048754; DD-PS 138026; GB-PS 2203756; SU-US 1039251; JP 60-174899; FR-PS 1165583; FR-PS 2561672). Gemäß DF PS 1048754 besteht die Elektrolysezelle aus zwei ineinander geführten Röhren. Die äußere Röhre, in der in einem dof inierten Abstand von der zu polierenden Oberfläche eine ringförmige Katode eingefügt ist, sichert den Zufluß des frischen Elektrolyten auf die als Anode geschaltete Werkstückoberfläche. Die Ableitung des mit Reaktionsprodukten versetzten, infolge der Jouleschen Wärme des elekrolytischen Prozesses erwärmten Elektrolyten erfolgt durch die innere Röhre. Aufgrund des rotationssymmetrischen Querschnittes der Elektrolysezelle ist die polierte Fläche ein Kreis. Nach FR-PS 2561672, DE-PS 1192522 und GB-PS 2203756 werden Elektrolysezellen mit beliebigem Querschnitt und mit asymmetrisch angeordneten Einleitungs- und Ableitungsöffnungen vorgeschlagen. Bei diesen Vorrichtungen bleibt die Strömungsrichtung des sich mit wachsender Entfernung von der Einlaßöffnung zunehmend verbrauchenden Elektrolyten zwangsweise während des gesamten Behandlungsablaufes unverändert. Der Mangel der Vorrichtungen, denen dieses Funktionsprinzip zugrunde liegt, besteht sowohl bei <'er symmetrischen als auch be> der asymmetrischen Anordnung der Einleitungs- und Ableitungsöffnungen da in, daß die polierbare Fläche begrenzt ist. Sie ist durch die zur Anode hingerichtete Öffnung der Elektrolysezelle bestimmt, deren Größe zur Gewährleistung einer hinreichend hohen Stromdichte wiederum vo^ der durch die Polierspannungsquelle lieferbaren Stromstärke abhängig ist. Vorschläge zur Verminderung der aufzubringenden Stromstärke durch Bündelung der Stromlinien auf den kürzesten Abstand zwischen Katode und Anode (DE-OS 2928621, DE-OS 2528942) erfordern eine Bewegung des Werkstückes. Das ist jedoch bei der Prüfung von stationären Anlagen nicht möglich bzw. erfordert die Demontage des zu prüfenden Teils, was in einer Vielzahl von Fällen ebenfalls nicht realisierbar ist. Die Anwendung dieser technischen Lösungen ist daher auf nichtstationäre Objekte beschränkt. Die in der DD-AP 138998 vorgeschlagene elektrische Segmentierung einer relativ zur Anode in Ruhe bleibenden flächenhaften Katode erfordert aufwendige Stromsteuereinrichtungen. Außerdem wird durch das Auftreten möglicher Randeffekte an den Stellen der Segmentisolation die Qualität der polierten Oberfläche verschlechtert. In der FR-PS 2 561672 wird durch eine fest vor der Katode angeordnete Scheibe aus perforiertem, säurebeständigem Material versucht, den Abtrag trotz Reduzierung der aufzubringenden Stromstärke zu homogenisieren. Da sich jedoch durch die Verringerung des Strömungsquerschnittes im Bereich der Perforation die kinetische Energie des Elektrolyten erhöht, entstehen übor der gesamten bearbeiteten Fläche punktförmige Vertiefungen, die nicht nur die anschli 'ßende Probenentnahme beeinträchtigen, sondern auch die metallografische bzw. elektronenmikroskopische Untersuchung erheblich erschweren. Somit ist gegenwärtig die Anwendung der bekannten transportablen und in jeder Position einsetzbaren Vorrichtungen zum elektrolytischen Polieren auf verhältnismäßig kleine Oberflächen, etwa im Bereich zwischen 0,5 und 1cm², beschrc'ikt. In besonderen Anwendungsfällen sind diese kleinen Flächen für eine Probenentnahme nicht ausreichend. Um eine h«/ne Sicherheit bei der Beurteilung des Zustandes des Werkstoffes der Bauteile zu gewährleisten, müssen die entnommenen Proben größere Flächenbereiche repräsentieren. In diesen Fällen muß die Vorrichtung an mehreren Steilen nebeneinander aufgesetzt werden. Das ist jedoch zeitaufwendig, und in den Randbereichen der aneinandergrenzenden polierten Flächen ist eine gleichmäßig polierte Oberfläche kaum erreichbar.

   Ein weiterer Nachteil aller genannten Elektrolysezellen besteht darin, daß die beim elektrolytischen Polierprozeß entstehenden und an der Anode haftenden Gasblasen nur durch höhere Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten abgeführt werden können, was wiederum die Ausbildung eines gleichmäßigen Polierfilms beeinträchtigt. Die Ausbildung des Polierfilms wird ferner durch anderweitig erzeugte Turbulenzen in der Elektrolytzuführurg verschlechtert. Beispielsweise wird in der