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Verfahren zum chemischen Glätten von Metallgegenständen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Glätten und Glänzen der Oberflächen von Metallgegenständen,
insbesondere von Aluminiumgegenständen oder von Gegenständen aus rostfreiem Stahl.
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Es ist bekannt, metallische Gegenstände zur Erzielung einer möglichst
glänzenden Oberfläche mit Schleif- und Polierpasten zu behandeln. Bei dieser Arbeitsweise
wird Material abgenommen oder verdrängt. Diese mechanische Einebung hat den Vorteil,
daß sie wenig oder gar nicht vom Gefüge des Werkstoffs beeinflußt wird; sie hat
andererseits aber den Nachteil, daß Poliermittel in die Oberfläche eingedrückt wird.
Dies bringt bei weiterer Behandlung, z. B. beim Galvanisieren und bei der anodischen
Oxydation, mitunter erhebliche Nachteile mit sich.
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Es ist nun schon versucht worden, diese störende Schicht aus Poliermitteln
und den Verbindungen des Metalls durch einen Beizvorgang abzulösen und die Oberfläche
dann weiter mit Hilfe wäßriger Aufschlämmungen von Polieroxyden zu behandeln. Dieses
Verfahren führt bis zu diesem großen Grade zu guten Ergebnissen, hat aber den erheblichen
Nachteil, daß durch die Beizung ein unterschiedlicher Angriff auf der Oberfläche
erfolgt. Davon abgesehen müssen die Polieroxyde sehr fein sein. Solche Oxyde sind
aber nur schwer zugänglich, demgemäß entsprechend kostspielig, so daß auch wirtschaftliche
Gesichtspunkte der Verwendung diesem bekannten Verfahren entgegenstehen.
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Schließlich neigen derartige feine Oxyde dazu, sehr fest an der Oberfläche
zu »kleben«. Eine vollständige Entfernung des OxydfiIms (PoIieroxydfilms) bereitet
im technischen Maßstabe erhebliche betriebliche Schwierigkeiten.
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Es wurde demgemäß auch schon versucht, das Problem in anderer Weise
zu lösen. Eine solche andere Arbeitsweise zur Einebnung von Oberflächen besteht
in der chemischen oder elektrochemischen Glättung. Hierbei werden mit oder ohne
Strom die Erhebungen der Oberfläche schneller aufgelöst als die Vertiefungen. Die
technisch angewendeten Glanzbäder bestehen aus konzentrierten Lösungen. Die Arbeitstemperatur
liegt zwischen 60 und 120° C.
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Der Nachteil liegt hierbei darin, daß die Wirkung dieser chemischen
und elektrochemischen Glättungsverfahren sehr vom Reinheitsgrad und der Wärmebehandlung
des Metalls abhängig ist. Bei hohen Anforderungen an den Glanz können nur sehr reine
Metalle verwendet werden.
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Hierdurch sind diese Verfahren in ihrer Anwendbarkeit natürlich sehr
beschränkt. Durch die Erfindung ist es nun in überraschend einfacher und wirkungsvoller
Weise gelungen, alle den bekannten Verfahren eigenen Nachteile zu überwinden. Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß außerordentlich glatte und glanzfähige
Oberflächen dann erhalten werden können, wenn diese Oberflächen mit Lösungen in
Berührung gebracht werden, die darauf durch mechanische Behandlung leicht entfernbare
Schichten guter Rücklöslichkeit bilden. Es ist dem Fachmann bekannt, daß, nachdem
konzentrierte Lösungen (z. B. Chromsäure oder Phosphorsäure) entweder unlösliche
Passivierungsschichten bilden oder (wie-z. B. Salzsäure, Flußsäure u. dgl.) eine
Beiz- und. Ätzwirkung unter Bildung von Schichten mit hoher, durch mechanische Mittel
nicht beeinflußbarer Auflösungsgeschwindigkeit aufweisen, hierfür allein verdünnte
Lösungen in Frage kommen: Erfindungsgemäß wird demgemäß in der Weise vorgegangen,
daß die Gegenstände mit verdünnten Lösungen, die also mit dem Werkstoff unter Bildung
einer Passivierungsschicht reagieren und eine gute Rücklöslichkeit für die die Passivierungsschicht
aufbauenden Verbindungen haben, zusammengebracht werden und die Passivierungsschicht
während der Einwirkung der Lösung laufend unter Verwendung mechanischer Mittel entfernt
wird.
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Durch die Erfindung gelingt es also z. B. Reflektoren für Kraftfahrzeugscheinwerfer
herzustellen, d. h. die Oberfläche von Metallgegenständen ohne jegliche Polieroxyde
zu glätten, wenn man also verdünnte Lösungen wählt, welche solche Schichten guter
Rücklöslichkeit bilden, deren Entfernung mechanisch unterstützt werden muß. Die
Geschwindigkeit der Rücklösung, die ohne Einwirkung äußerer Kräfte nur entsprechend
der
Diffusionsgeschwindigkeit ablaufen würde, wird also z. B. durch Bearbeitung der
Oberfläche mit weichen Tüchern, Schwämmen u. dgl. auf ein praktisch verwertbares
Maß gebracht.
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Diese Bearbeitung kann aber nur dann im Sinne einer Glättung und Glänzung
wirken, wenn die Passivierungsschicht in der verwendeten Lösung gut rücklöslich
ist, d. h., diese Bearbeitung ist für sich allein ohne Glättungs, und Glänzungswirkung.
Bei unlöslichen oder schlecht löslichen Verbindungen würde es vielmehr während der
Bearbeitung zu einer Verschmierung an der Oberfläche der Metallgegenstände kommen.
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Diese Passivierung ist ist ein theoretisch nicht ganz geklärtes Phänomen.
Die hierbei anfangs schnell, später mit deutlich verringerter Geschwindigkeit aufgebauten
passivierenden Deckschichten, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren laufend erzeugt
und rückgelöst werden, bestehen ganz oder zum überwiegenden Teil aus den Verbindungen
des Grundmetalls und seiner Legierungselemente. Verwendet man zur Passivierung z.
B. Kochsalzlösung, so entstehen bei der Einwirkung auf Aluminium Hydrate der Zusammensetzung
A1243 XH20, bei Eisen yFe203 oder bei rostfreien Stählen Verbindungen vom Ferrittyp,
wie Fe0, NiO - Cr2O3 und Doppelverbindungen aus Chromi-Chromaten und Ferriten.
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Der Schichtaufbau ist an der Verschiebung des Potentials, z. B. von
-1,67 V im aktiven Zustand auf -0,5 V beim Aluminium und --0,44 V im aktiven Zustand
auf etwa -0,6 V bei Eisen, deutlich zu erkennen.
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In Lösungen mit Ionen mit einem höheren Potential als dem des Grundmetalls
kann es bei einer sehr weit gehenden Bedeckung zur Einstellung des Potentials des
edleren Metalls kommen; oftmals entsteht sekundär eine schwerlösliche Verbindung
z. B. Bleichchlorid auf einer ausgefällten Bleischicht in Salzsäure. Schichten dieser
Art sind ebensowenig Passivierungs-Deckschichten im hier gebrauchten Sinne, wie
völlig oder zum großen Teil aus »artfremden« Verbindungen aufgebaute Schichten,
die beispielsweise in manchen chromhaltigen Bädern, wie sie für die chemische Oxydation
des Aluminiums verwendet werden, gebildet werden und die große Mengen von Chromhydroxyd
enthalten oder ganz aus basischen Chromi-Chromaten bestehen.
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Passivierende Deckschichten, die ganz aus den Verbindungen des Grundmetalls
bestehen, werden beispielsweise in Wasser gebildet. Die Rücklöslichkeit dieser Schicht
in Wasser ist aber so gering, daß eine Glättung in der beschriebenen Weise nicht
möglich ist. Wie sich aus obiger Zusammensetzung der bekannten Verhältnisse ergibt,
können also als Beispiele für Lösungen, die im Sinne der Erfindung verwendet werden
können, vor allem die bekanntlich passivierend wirkenden verdünnten Lösungen der
Alkali- und Erdalkalimetalle angeführt werden, d. h. unter Berücksichtigung obiger
allgemein dargelegter Gesichtspunkte die Lösungen von Ionen solcher Metalle, die
im Sinne der elektrochemischen Spannungsreihe unedler sind als das zu glänzende
Metall.
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Gut geeignet sind beispielsweise. die wäßrigen Lösungen der Chloride
und Sulfate der Alkali- und Erdalkalimetalle. Die in derartigen Lösungen entstehenden
Schichten weisen eine mittlere oder hohe Porosität auf. Dadurch werden alle Vorgänge
erleichtert, die zu einer Rücklösung und Neubildung der die Schicht aufbauenden
Verbindungen und damit zu hohen Umsetzungsgeschwindigkeiten führen. Ohne mechanische
Einwirkung ist die Passivierung durch diese Schichten trotz der Porosität gut, was
unter anderem daraus hervorgeht, daß Aluminium in Meerwasser praktisch unbegrenzt
haltbar ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es tatsächlich, mit einfachsten
Mitteln bemerkenswerte Vorteile zu erzielen und auch die bei der elektrochemischen
Einebnung immer verbleibende gewisse Makrorauhigkeit zu überwinden. Die »Wellenlänge«
der Makrovertiefungen beträgt z. B. beim anodischen Glänzen von Kupfer in Phosphorsäure
0,0134 cm.
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Bei vielen Verfahren zur chemischen Glättung in schwermetallhaltigen
Bädern erfolgt eine laufende Ausfällung bzw. Wiederauflösung dieser Schwermetalle
auf bzw. von der Oberfläche des zu glättenden Metalls. Für kurze Zeit wirken diese
Schwermetallteilchen als Kathode eines Lokalelementes. Das behandelte Metall geht
anodisch in Lösung. Es entstehen sehr deutliche, Apfelsinenschalenhaut genannte
Makrorauhigkeiten. Die Gesamtreflexion derartiger Flächen ist dennoch nicht zu schlecht;
sie liegt z. B. bei chemisch nach dem Erftwerkverfahren geglänzten Teilen aus einer
Reinstaluminium-Magnesium-LegierungAlMg, bei etwa 89%. Die absolute gerichtete Reflexion
liegt dagegen nur bei 80'0/0 und der Spiegelwert (Gerichtete Reflexion/Gesamtreflexion)
bei 90'0/0. Bei wesentlich tieferen Werten für die gerichtete und die Gesamtreflexion
liegt,der Spiegelwert für glanzverchromtes Messingblech bei 9711/o. Schon durch
einen Anstieg des Eisenwertes im Aluminium von 0,002 auf 0,03 11/o sinkt der Spiegelwert
der nach dem gleichen Verfahren behandelten Legierung auf unter 70% ab.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einer AlMgSi-Legierung
mit einem Fe-Gehalt von 0,0611/o ein Spiegelwert von 9411/o erzielt. Hieraus ist
die technisch bedeutsame Tatsiche ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren
zur Glättung und Glänzung mittels von außen gesteuerter Diffusion auch bei den handelsüblichen
Reinheitsgraden zu sehr guten Ergebnissen führt. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens bestehen darin, daß es bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann, die
zur Anwendung kommenden Lösungen leicht zugänglich und sehr billig sind und keinerlei
Schutzmaßnahmen notwendig sind. Von Bedeutung ist schließlich, daß auch sehr dünnwandige
Werkstücke und Plattierschichten ohne Bedenken behandelt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll an Hand der nachfolgenden Beispiele
näher erläutert werden. Beispiel 1 Es wurde ein Werkstück aus einer vergüteten Aluminiumlegierung
der Gattung AlMgSi trocken mit Schwabbelscheiben und tonerdehaltiger Polierpaste
vorbehandelt und dann in eine 1. Gewichtsprozent NaC1 und 5 Gewichtsprozent MgCl,
enthaltende, 20° C aufweisende wäßrige Lösung eingebracht und die Oberfläche mit
Schwämmen behandelt. Das Werkstück zeigte nach kurzer Zeit an der behandelten Oberfläche
ausgezeichneten Glanz.
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Beispiel 2 Es wurde ein Werkstück aus Stahl mit 1411/o Cr und 0,08'0/D
C trocken mit Chromgrün-Paste vorpoliert
und dann wie im
Beispiel 1, jedoch mit einer 10 Gewichtsprozent MgS04 enthaltenden Lösung behandelt.
Auch hier zeigte das Werkstück nach kurzer Zeit hervorragenden Glanz.