DE1202607B

DE1202607B - Verfahren zur anodischen Oberflaechenbehandlung von Metallgegenstaenden

Info

Publication number: DE1202607B
Application number: DEN19011A
Authority: DE
Inventors: Bengt Ivar Andersson
Original assignee: Nyby Bruk AB
Current assignee: Nyby Bruk AB
Priority date: 1961-01-20
Filing date: 1960-10-06
Publication date: 1965-10-07
Also published as: SE204588C1; US3223600A; GB961251A; US3055812A; FR1310997A; DE1260264B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C23b

Deutsche Kl.: 48 a - 3/00

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1202 607
N19011VIb/48a

6. Oktober 1960

7. Oktober 1965

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur anodischen Oberflächenbehandlung von Metallgegenständen mit einer relativ zur Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes bewegten Kathode und einem durch den Spalt zwischen Anode und Kathode strömenden Elektrolyten.

Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Behandlung von Innenflächen von Rohren mit kreisförmigem Querschnitt, besonders Rohren mit kleinem Durchmesser. Die Erfindung kann aber auch zur Behandlung der Außen- oder Innenflächen von Rohren mit anderen Querschnitten angewendet werden, wie auch zur Oberflächenbehandlung anderer Metallgegenstände, ζ. Β. von Blechen.

Es ist bekannt, daß man einen metallischen Gegenstand elektrolytisch beizen oder polieren kann, indem man den Gegenstand in einem Elektrolyten als Anode schaltet und einen als Kathode geschalteten Körper unter gleichzeitiger Strömung des Elektrolyten durch den Spalt zwischen Anode und Kathode an der Metalloberfläche vorbeibewegt. Dabei sind die Oberflächen der Anode und der Kathode parallel zueinander, so daß die Stromdichte an allen Punkten des Kathodenkörpers gleich ist.

Es hat sich gezeigt, daß hierbei die behandelten Oberflächen uneben und ungleichförmig werden. Diese Unebenheiten bestehen z.B. beim elektrolytischen Polieren von rostfreiem Stahl aus Ätzangriffen, die die Korrosionsbeständigkeit der polierten Metalloberfläche herabsetzen.

Nach der Erfindung wird eine gleichförmige ebene Oberfläche dadurch erzeugt, daß der Elektrolyt und die in bestimmter Weise geformte Kathode in Richtung des sich erweiternden Spaltes zwischen Anode und Kathode geführt werden.

Der gute Erfolg dieser Methode beruht darauf, daß der schädliche Einfluß der auftretenden Gasblasen auf den Poliervorgang verringert wird.

Im Verlauf der elektrolytischen Behandlung entsteht bekanntlich eine große Anzahl von Gasblasen, welche den Stromdurchgang im Spalt zwischen Anode und Kathode stören, d. h. die Stromdichte an verschiedenen Punkten der Kathode verändern, und welche daher so schnell wie möglich vom Spalt entfernt werden müssen. Dies geschieht teils durch die Bewegung des Elektrolyten, teils durch das Bestreben der Gasblasen, nach oben zu steigen. Die günstigsten Bedingungen für die Entfernung der Gasblasen erhält man daher, wenn man den zu behandelnden Gegenstand im wesentlichen senkrecht anordnet und die Kathode von unten nach oben bewegt, wobei auch der Elektrolyt im Spalt zwi-Verfahren zur anodischen
Oberflächenbehandlung von Metallgegenständen

Anmelder:

Nyby Bruks Aktiebolag, Nybybruk (Schweden)

Vertreter:

Dr. M. Eule

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. J. Berg,

Patentanwälte, München 2, Hilblestr. 20

Als Erfinder benannt:

Bengt Ivar Andersson, Törshalla (Schweden) - -

sehen Anode und Kathode eine nach oben gerichtete Strömung erhält. An der Unterkante der Kathode, wo der Spalt am schmälsten und die Stromdichte infolgedessen am größten ist, strömt von unten ein gasfreier Elektrolyt ein, der die in dieser Zone gebildeten Gasblasen rasch mit nach oben reißt. An der oberen Kante der Kathode ist der Spalt am breitesten und die Stromdichte daher am geringsten. Deshalb können die in dieser Zone befindlichen Gasblasen keine besonders schädliche Wirkung auf den Verlauf der Behandlung ausüben. Bei der Aufwärtsbewegung der Kathode während der Behandlung wird daher der obere Teil eine Vorbehandlung der Metalloberfläche bewirken, während die Fertigbehandlung, die die Oberflächenfeinheit bestimmt, von dem unteren Teil der Kathode bewirkt wird, an dem störende Gasblasen in nennenswertem Umfang nicht auftreten.

Da zum Polieren von Innenflächen von Rohren der Querschnitt des Anodenkörpers so sein sollte, daß in Bewegungsrichtung des Anodenkörpers sein Abstand von der Rohrinnenwand überall gleichmäßig abnimmt, wird bei Rohren mit kreisförmigem Querschnitt vorteilhaft eine Kathode in Form eines Kegelstumpfes verwendet.

Die Abwesenheit von Gasblasen im Bereich größter Stromdichte hat auch zur Folge, daß man größere Stromdichten anwenden kann, wo-

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durch wiederum kürzere Behandlungszeiten erreicht werden.

Nachfolgend sind an Hand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt das Polieren von Innenflächen von Rohren gemäß Erfindung;

Fig. 2 zeigt in größerer Skala die Zirkulationspumpe für den Elektrolyten in der Anordnung nach Fig. 1; ίο

F i g. 3 zeigt das beidseitige Polieren oder Beizen von Blechen.

Nach Fi g. 1 ist das Rohr I₅ das inwendig elektrolytisch poliert werden soll, mittels einer Leitung 2 an den positiven Pol einer Gleichstromquelle 15 angeschlossen. Im Rohr befindet sich ein Kathodenkörper 3, der die Form eines Kegelstumpfes hat und von einem isolierten Kabel 4 getragen wird, welches als Stromleiter dient und daher vorzugsweise aus Kupfer besteht. Das Kabel 4 ist auf eine Trommel 5 aufgewickelt, die von dem Motor 7 angetrieben wird. Über einen Schleifkontakt 6 und eine Leitung 16 ist das Kabel und damit auch der Kathodenkörper an den negativen Pol der Gleichstromquelle 15 angeschlossen.

Zur Zentrierung des Kathodenkörpers 3 im Rohr 1 ist der Kathodenkörper mit vorspringenden Teilen

17 aus Isoliermaterial, wie z.B. Hartgummi, versehen, die an den Innenwänden des Rohres anliegen.

Während des Elektropolieren wird dem unteren Ende des Rohres 1 der Elektrolyt durch die Leitung

18 zugeführt. Mittels des Rohres 10 wird der Elektrolyt vom Oberrand des Rohres 1 zu einem Behälter U geleitet, in welchem ein Teil der während der Elektrolyse gebildeten Gasblasen entfernt wird. Vom Behälter 11 wird der Elektrolyt mittels der Leitung 12 zu einer Zirkulationspumpe 8 geführt, die im Prinzip eine wie auch immer geartete Konstruktion haben kann, die aber in der gezeigten Anordnung aus einem Mundstück 19 besteht, das zum Einblasen von Gas, beispielsweise Luft, in den Elektrolyten dient. Das Gas reißt die Elektrolytflüssigkeit mit sich. Die Mischung von Flüssigkeit und eingeblasenem Gas steigt durch das Standrohr 20 zu einem Rohr mit größerem Durchmesser oder einem Behalter 21 auf, wo Gas und Flüssigkeit getrennt werden, wonach der Elektrolyt auf Grund des Eigengewichtes durch die Leitung 13 zu einem Wärmebehälter 14 rinnt, wo er gekühlt oder erwärmt werden kann, um von hier durch die Leitung 18 zum Unterteil des Rohres 1 zu fließen.

Nach Fig. 2 besteht das Mundstück 19 der Pumpe zum Lufteinblasen aus einem inneren Mundstückrohr 22, welches an die Preßluftleitung 9 angeschlossen ist, und aus einem äußeren Mundstückrohr 23, welches mit einer Anzahl öffnungen 24 versehen ist.

Der Kathodenkörper, der vorteilhaft aus Kupfer besteht, wird an seinem oberen Ende so dick bemessen, wie dies für den Anschluß an das stromzuführende Kabel 4 notwendig ist. Das untere Ende des Kegels wird so bemessen, daß der Spalt zwischen Kegel und Rohrwand den Durchfluß der erforderlichen Elektrolytmenge gestattet. Die Länge des Kathodenkörpers, d.h. also die Höhe des Kegels wird so gewählt, daß die Mantelfläche des Kegels der gewünschten Stromdichte entspricht, die im allgemeinen 0,5 bis 1,0 A/cm² beträgt, aber in günstigen Fällen viel höher sein kann (s. Beispiel 2).

Die Bewegung des Kathodenkörpers nach oben ist eine Relativbewegung, da nicht nur der Kathodenkörper nach oben bewegt, sondern auch die Anode am Kathodenkörper vorbei nach unten bewegt werden kann.

Die Anordnung nach F i g. 3 besteht aus einem Elektrolyttank 26, in dem das an Leinen 28 aufgehängte Blech 27, das poliert oder gebeizt werden soll, in den Tank mittels eines nicht gezeigten Aufzuges mit konstanter Geschwindigkeit gesenkt werden kann. Im Tank 26 sind zwei langgestreckte, waagerecht angeordnete Elektroden 29 so an jeder Seite des Bleches angebracht, daß der Spalt zwischen jeder Elektrode und dem Blech sich nach oben erweitert.

Unter den Kathoden 29 sind waagerechte Rohre 30 mit nach oben gerichteten Mundstücken angeordnet. Diese Rohre 30 sind an ein Rohr 31 angeschlossen, welches wiederum an die Druckseite der Pumpe 32 angeschlossen ist, die über die Leitung 33 den Elektrolyten vom unteren Teil des Tanks ansaugt.

Während der Behandlung wird das Blech 27 langsam in den Tank gesenkt, wobei im weiteren Teil des Spaltes zwischen Blech und Kathoden eine Vorbehandlung erfolgt, wogegen die Fertigbehandlung im schmälsten Teil des Spaltes vor sich geht. Die Strömung des Elektrolyten im Spalt wird mit Hilfe von Zirkulationspumpen erzeugt, was gleichzeitig eine Zirkulation im gesamten Tank zur Folge hat. Obgleich Fig. 3 eine Anordnung zur Behandlung eines einzigen Bleches zeigt, können gleichzeitig mehrere Bleche behandelt werden, wenn man eine große Anzahl Kathoden nebeneinander anordnet, welche in diesem Fall am günstigsten einen trapezförmigen Querschnitt haben.

Beispiel 1

In der Anordnung nach F i g. 1 wurde ein Rohr aus rostfreiem Stahl nach Typ SIS 2333, AISI304, deutsche Werkstoffnummer 4301, 4306, der 18% Chrom und 8% Nickel enthält, elektropoliert. Das Rohr war 6 m lang, und sein innerer Durchmesser war 26 mm. Als Kathode wurde ein Körper aus Kupfer verwendet, der die Form eines Kegelstumpfes hatte, dessen Grundfläche einen Durchmesser von 19 mm und am schmälsten Ende einen solchen von 18 mm besaß.

Die Länge des Kathodenkörpers war 265 mm; der Kathodenkörper war an einem mit Kunststoff isolierten Kupferkabel aufgehängt und wurde mit einer Geschwindigkeit, die einer Polierzeit von 6 Minuten je Oberflächeneinheit entspricht, gehoben.

Das Polieren wurde bei einer Gleichspannung von 6 bis 10 V und einer mittleren Stromdichte von 0,76 A/cm? ausgeführt.

Der Elektrolyt war vom Phosphorsäuretyp und wurde auf einer Temperatur von 50° C gehalten, was beim Einlauf des Elektrolyten in das Rohr gemessen wurde. Die Geschwindigkeit der Elektrolytbewegung war etwa 70 l/Min. Das Rohr zeigte über seiner gesamten Innenfläche einen gleichmäßigen Poliereffekt mit hohem Glanz und keine Fehler.

Beispiel 2

Rostfreier Draht vom Typ 18% Chrom, 8% Nickel mit einem Durchmesser von 1,5 mm wurde

elektrolytisch poliert. Der Draht, der auf eine Trommel aufgewickelt war und als Anode geschaltet wurde, lief von oben nach unten durch einen zylindrischen hohlen Kathodenkörper aus Kupfer, der mit einer konischen Bohrung versehen war und folgende Abmessungen hatte: Außendurchmesser 26 mm, Länge 100 mm. Die Konizität hatte ein Verhältnis von 1:2, und zwar bei einem Durchmesser von 10 mm am unteren Ende und 20 mm am oberen Ende. Das Polieren geschah in einem Elektrolyten xo vom Typ Schwefelsäure—Phosphorsäure—Chromsäure. Die Stromstärke betrug 68 A und die Badspannung 11V. Die genannte Stromstärke entspricht einer durchschnittlichen anodischen Stromdichte von etwa 14 A/cm². Die Bewegungsgeschwindigkeit des Drahtes durch den Kathodenkörper betrug, je nach dem gewünschten Grad der Polierung 0,5 bis 1 m/Min. Der Elektrolyt wurde am unteren Ende des Kathodenkörpers eingeführt, d.h. da, wo der Spalt am schmälsten war, und am oberen Ende herausgeführt. Der polierte Draht wurde mit fließendem Wasser gespült, wonach er wieder auf eine Trommel aufgewickelt wurde.

In dieser Beschreibung wurden keine generellen Daten in bezug auf Betriebsbedingungen, wie Temperatur, Stromdichte oder chemische Zusammensetzung des Elektrolyten gegeben, da diese zur bekannten Technik des Verfahrens gehören.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur anodischen Oberflächenbehandlung von Metallgegenständen mit einer relativ zur Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes bewegten Kathode und einem durch den Spalt zwischen Anode und Kathode strömenden Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Formgebung bzw. Anordnung der Kathode ein sich erweiternder Spalt zwischen Anode und Kathode in der relativen Bewegungsrichtung der Kathode gebildet und der Elektrolyt in Richtung des sich erweiternden Spaltes geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen senkrechter Anordnung der zu behandelnden Gegenstände die Kathode von unten nach oben bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Polieren von Innenflächen von Rohren mit kreisförmigem Querschnitt eine Kathode in Form eines Kegelstumpfes verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 754 082;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1034 447.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen