DE2146794B2 - Verfahren und vorrichtung zum anodischen polieren von niobteilen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum anodischen polieren von niobteilenInfo
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Description
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (7) außerhalb des
Elektrolytbehälters (6) mit Schleifkontakten (26) zur Stromzuführung versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des an
den Niobhohlkörpers (1 bis 5) anschließenden Flanschendes die Wandung des Flansches (7) mit
Bohrungen (21) versehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Niobhohlkörper
(1 bis 5) einführbare Kathode (13) rohrförmig ausgebildet ist und in der Wandung ihres
innerhalb des Niobhohlkörpers liegenden Teiles Bohrungen (19) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum anodischen
Polieren eines Niobhohlkörpers mit stark ausgebuchteter Innenfläche die Kathode (13) in
die Ausbuchtungen hineinragende Fortsätze (20) aufweist.
Das Hauptpatent 2 027156.1 betrifft ein Verfahren
zum anodischen Polieren von Niobteilen in einem eine Temperatur zwischen 15 und 50° C aufweisenden
Elektrolyten aus 86 bis 93 Gewichtsprozent H2SO4,
1,5 bis 4,0 Gewichtsprozent HF und 5,5 bis 10 Gewichtsprozent H2O, wobei eine konstante Spannung
zwischen 9 und 15 Volt derart eingestellt wird, daß dem Elektrolytstrom überlagerte gedämpfte Stromschwingungen
auftreten, und spätestens nach vollständigem Abklingen der Stromschwingungen die
Spannung solange abgeschaltet wird, bis die während
der Stromschwingungen aufgebaute Oxidschicht aufgelöst ist, anschließend erneut eine konstante Spannung
zwischen 9 und 15 V so eingestellt wird, daß gedämpfte Stromschwingungen auftreten, und die
Folge von Zuständen mit eingeschalteter und abgeschalteter Spannung noch mehrf ach durchlaufen wird.
Während der Stromschwingungen, die dem Elektrolytstrorn
überlagert sind und nach einiger Zeit abklingen, tritt an der Nicboberfläche eine hervorragende
Polierwirkung auf. Gleichzeitig wird eine Oxidschicht aufgebaut, die zum Abklingen der
Schwingungen führt. Von der jeweils eingestellten konstanten Spannung sind Abweichungen von etwa
±0,1 V zulässig. Bei stärkeren Abweichungen treten keine Schwingungen mit ausreichender Amplitude
mehr auf. Durch das Abschalten der Spannung wird erreicht, daß die Oxidschicht aufgelöst wird, so daß
beim erneuten Einschalten der Spannung wiederum Stromschwingungen ermöglicht werden. Die Spannung
muß spätestens nach dem vollständigen Abklingen der Schwingungen abgeschaltet werden, da anderenfalls
die zu polierende Nioboberfläche angeätzt wird, so daß neue Oberfliichenrauhigkeiten entstehen.
Durch die mehrfache Wiederholung der Perioden mit eingeschalteter und abgeschalteter Spannung werden
in kurzer Zeit spiegelblanke Oberflächen erzielt. Durch zahlreiche Wiederholungen dieser Perioden
können ferner auch verhältnismäßig dicke Schichten ohne störendes Ätzen der Oberfläche abgetragen
werden, so daß ein Endprodukt mit spiegelblanker Oberfläche entsteht.
Die günstigste Spannung zur Herbeiführung der Stromschwingungen hängt etwas von der Zusammensetzung
und der Temperatur des Elektrolyten ab und kann in einfacher Weise durch Hochfahren der Spannung
bis zum Einsetzen der gewünschten Schwingungen experimentell ermittelt werden. Als besonders
vorteilhaft hat es sich bei dem Verfahren nach dem Hauptps-cnt erwiesen, mit einem Elektrolyten aus
89,0 bis 90,5 Gewichtsprozent H2SO^, 2,2 bis 3,0 Gewichtsprozent
HF und den restlichen Gewichtsanteilen H2O mit einer Temperatur von 20 bis 35° C und
mit konstanten Spannungen zwischen 11 und 13 V zu arbeiten. Unter diesen Bedingungen treten besonders
schnelle Stromschwingungen auf, die eine besonders gute Polierwirkung ergeben.
Mit dem Abschalten der SpannunQ braucht nicht gewartet zu werden, bis die Stromschwingungen voll
ständig abgeklungen sind. Um die während der Stromschwingungen auftretende Polierwirkung nicht
zu schlecht auszunutzen, sollte die Spannung jedoch frühestens jeweils erst dann abgeschaltet werden,
wenn die Maximalamplitude der Stromschwingungen überschritten ist. Der früheste Zeitpunkt zum Wiedereinschalten
der Spannung kann im Einzelfall ebenfalls leicht experimentell ermittelt werden. Solange
nämlich noch eine Oxidschicht vorhanden ist, können beim Einschalten der Spannung keine erneuten
iitromschwingungen auftreten. Um eine vollständige Auflösung der während der Stromschwingungen aufgebauten
Oxidschicht zu gewährleisten, sollte die Spannung bei ruhendem Elektrolyten vorzugsweise
jeweils wenigstens etwa vier Minuten abgeschaltet bleiben. Die Auflösung der Oxidschicht kann beschleunigt
werden, wenn man den Elektrolyten wenigstens an der zu polierenden Oberfläche des Niobteils
in Bewegung häit. In diesem Fall sollte die Spannung vorzugsweise jeweils wenigstens etwa 1,5
Minuten lang abgeschaltet bleiben.
Das Verfahren nach dem Hauptpatent hat gegenüber bekannten Verfahren zum elektrolytischen Polieren
von Niob unter anderem den Vorteil, daß sonst schwer kontrollierbare Änderungen der Parameter
des Polierverfahrens, insbesondere Konzentrationsanderungen des Elektrolyten, an der Änderung der
Form der gedämpften Schwingungen, beispielsweise an der Änderung der Schwir.gungsfrequenz, der
Stärke der Dämpfung und der Höhe der Maximalamplitude während des Zustandes mit eingeschalteter
Spannung erkannt werden können. Die Änderungen der Parameter können daher schon beim nächsten
Verfahrensschritt durch Änderung der Konzentrationsverhältnisse der Elektrolytbestandteile oder noch
günstiger durch eine Erhöhung der einzustellenden konstanten Spannung im Bereich von y bis 15 V korrigiert
werden. Die wesentlichste Änderung der Parameter besteht in der Regel in der leichten Abnahme
des HF-Anteils im Elektrolyten, da die Flußsäure zur Auflösung der auf dem Niobteil vorhandenen bzw.
gebildeten Oxidschicht verbraucht wird. Diese Abnahme des HF-Anteils führt zu einer Verkleinerung
der Maximalamplitude der Schwingungen und kann durch eine geringfügige Spannungserhöhung beim
nächsten Einschalten einer konstanten Spannung kompensiert werden. Beispielsweise beträgt die zur
Kompensation erforderliche Spannungserhöhung bei einer Abnahme des HF-Anteiles um 0,25% etwa 0,5
bis 1 V. Bei einem Elektrolytvolumen, das groß im Vergleich zum zu polierenden Niobteil ist, sind die
Änderungen der Konzentration der Elektrolytbestandteile bei nicht übermäßig langer Dauer des Ver-
fahrens so geringfügig, daß Korrekturen nicht erforderlich sind. Beim wiederholten Einschalten der
Spannung kann daher in diesem Falle jeweils die gleiche konstante Spannung eingestellt werden. Das
Verfahren wird dadurch wesentlich vereinfacht.
ίο Das Verfahren nach dem Hauptpatent eignet sich
hervorragend zur Herstellung von spiegelglatten Nioboberflächen mit hoher Oberflächengüte und zur
Abtragung ganzer Oberflächenschichten mit gleichzeitiger Polierwirkung. Eine hohe Oberflächengüte ist
1S beispielsweise bei supraleitenden Hohlraumresonatoren
aus Niob erforderlich, bei denen die Supraleitfähigkeit des Niobs ausgenutzt wird. Solche Hohlraumresonatoren
können insbesondere für Teilchenbeschleuniger verwendet werden. In der supraleitenden
Oberflächenschicht der Hohlraumresonatoren findet beim Betrieb der Resonatoren Hochfrequenzabsorption
statt. Um diese Hochfrequenzabsorption und damit die Verluste klein zu halten, soll die Oberflächenschicht
möglichst homogen zusammengesetzt, möß-
a5 liehst glatt und möglichst frei von Störungen aller Art
sein. Die bei der maschinellen Bearbeitung der Nioboberflächen unvermeidlichen Oberflächenrauhigkeiten
müssen daher durch Polieren beseitigt werden. Ferner ist es in der Regel erforderlich, eine Oberfl ichenschicht
des Niobteils von mehreren 100 μιη abzutragen,
soweit diese durch die vorhergehende Bearbeitung hervorrufene Störungen im Kristallgitter
aufweist, die zu Verlusten führen können. Allgeme n sind spiegelglatte Nioboberflächen immer dann von
Vortei', wenn Hochfrequenz- bzw. Wechselstromverluste
in den supraleitenden Niobteilen vermieden werden sollen. Dies gilt insbesondere auch für supraleitende
Niobseparatoren für Teilchenbeschleuniger und für beispielsweise rohrförmige Niobleiter für supraleitende
Wechselstromkabel.
Während kleinere Niobteile insbesondere geometrisch einfacher Form mit Hilfe des Verfahrens nach
dem Hauptpatent ohne besondere zusätzliche Vorkehrungen in einfacher Weise elektrolytisch poliert
werden können, hat es sich jedoch gezeigt, daß beim Polieren der Innenflächen von Niobhohlkörpern erhebliche
Schwierigkeiten auftreten können. Um die Innenfläche eines Niobhohlkörpers elektrolytisch polieren
zu können, muß man die Kathode durch eine öffnung im Niobhohlkörper ins Innere des Niobhohlkörpers,
der selbst als Anode geschaltet wird, einführen. Während des Zustandes mit eingeschalteter
Spannung, d. h. beim Stromdurchgang durch den Elektrolyten zwischen Kathode und Anode, findet
nun an der Kathode eine starke Entwicklung von gasförmigem Wasserstoff statt, der von der Kathode aus
im Elektrolyten aufsteigt. Diese Gasentwicklung wirkt sich sehr störend aus. Zunächst besteht insbesondere
bei Niobhohlkörpern mit komplizierter geometrischer Struktur, also beispielsweise bei Niobhohlkörpern, die
als Separatoren in Teilchenbeschleunigern Verwendung finden sollen, die Gefahr, daß sich im Inneren
des Niobhohlkörpers Gaspolster bilden, so daß Teile der zu polierenden Innenfläche des Niobhohlkörpers
überhaupt nicht mehr vom Elektrolyten benetzt und somit auch nicht poliert werden. Man kann nun zwar
unter gewissen Umständen bei hinreichend einfacher geometrischer Form des Niobhohlkörpers durch ent-
sprechende Anordnung des Niobhohlkörpers und der
Kathode im Elektrolyten dafür sorgen, daß die an c.er
Kathode gebildeten Gasblasen ohne Bildung ν Dn
Gaspolstern zur Elektrolytoberfläche aufsteigen kennen. Beispielsweise kann man bei einem rohrförniigen,
ein- oder beidseitig offenen Niobhohlkörper eine stabförmige Kathode in der Rohrachse anordnen und
den Niobhohlkörper mit einer öffnung nach oben derart in den Elektrolyten eintauchen, daß Rohrachse
und Kathode senkrecht zur Elektrolytoberfläche siehen. Auch durch eine solche Anordnung können jedoch
die durch die Gasentwicklung auftretenden Schwierigkeiten nicht mit Sicherheit vermieden werden.
Insbesondere bei Niobhohlkörpern, deren Länge groß im Vergleich zur kleinsten lichten Weite ihres
Innenraumes ist, wird bei entsprechender Länge der Kathode praktisch der gesamte Raum zwischen der
Innenfläche des Niobhohlkörpers und der Kathode von den im Elektrolyten autsteigenden Gasblas.en
durchsetzt. Die Gasblasen strömen dabei auch unmit- *°
telbar an der Innenfläche des Hohlkörpers entlang und geraten mit dieser in Berührung. Dabei wird offenbar
die Ausbildung einer anodischen Grenzschicht, in welcher vorwiegend der Spannungsabfall zwischen
Anode und Kathode erfolgen soll, so stark gestört, *5
daß die für eine gute Polierwirkung erforderlichen Stromschwingungen weitgehend unterdrückt werden
bzw. überhaupt nicht auftreten. Oberflächen hoher Güte sind dann nicht mehr zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Hauptpatent so auszugestalten,
daß beim anodischen Polieren der Innenfläche von Niobhohlkörpern die erwähnten Schwierigkeiten vermieden
werden und insbesondere auch bei Niobhohlkörpern komplizierter geometrischer Struktur oder
großer Länge spiegelglatte Innenflächen mit hoher Oberflächengüte erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mit wenigstens einer Öffnung versehener
Niobhohlkörper zum Polieren seiner Innenfläche ohne vollständige Überdeckung der Öffnung in den
Elektrolyten eingetaucht und während des Anliegens der konstanten Spannung und der anschließenden
Auflösung der Oxidschicht in Ruhe gehalten und vor einem erneuten Anlegen einer konstanten Spannung
um die durch die Öffnung verlaufende Drehachse weitergedreht wird, wobei die durch die Öffnung in
den Niobhohlkörper eingeführte Kathode so angeordnet wird, daß die an der Kathode gebildeten Gase
unterhalb des Elektrolytspiegels nicht an die Innen- 5«> fläche des Niobhohlkörpers gelangen, und wobei der
Niobhohlkörper selbst so angeordnet wird, daß zwischen dem Elektrolytspiegel und allen oberhalb des
Elektrolytspiegels befindlichen Teilen der Innenfläche des Niobhohlkörpers in jeder Stellung des Niobhohlkörpers
ein zusammenhängender, durch die Öffnung mit der äußeren Umgebung in Verbindung stehender freier Raum vorhanden ist und beim Drehen
des Niobhohlkörpers die einzelnen Teile seiner Innenfläche nacheinander in den Elektrolyten eintauchen,
jedoch kein Teil der Innenfläche ständig im Elektrolyten verbleibt.
Es ist zwar bereits an sich bekannt, beim Elektropolieren
der Innenfläche von Hohlkörpern mit wenigstens einer öffnung oder beim galvanischen Abscheiden
auf solchen Innenflächen den Hohlkörper ohne vollständige Überdeckung der öffnung in den Elektrolyten
einzutauchen und so um eine durch die öffnung verlaufende Achse drehbar zu lagern, daß zwischen
dem Elektrolytspiegel und allen oberhalb befindlichen Teilen der Innenfläche ein mit der Umgebung
in Verbindung stehender freier Raum vorhanden ist und beim Drehen des Körpers Oberflächenteile
nacheinander in den Elektrolyten eintauchen, jedoch kein Teil der Innenfläche ständig im Elektrolyten
bleibt (US-PS 1850426). Bei diesen bekannten Verfahren sind jedoch weder die Merkmale des Verfahrens
nach dem Hauptpatent gegeben, noch wird beim Drehen des Hohlkörpers auf spezielle Phasen
des Poliervorganges Rücksicht genommen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden alle
infolge der starken Gasentwicklung an der Kathode auftretenden Schwierigkeiten vermieden. Da die an
der Kathode gebildeten Gase unterhalb des Elektrolytspiegels nicht an die Innenfläche des Niobhohlkörpers
gelangen, bleibt die anodische Grenzschicht ungestört. Da ferner zwischen dem Elektrolytspiegel und
allen oberhalb desselben befindlichen Teilen der Innenfläche des Niobhohlkörpers stets ein freier Raum
vorhanden ist, der durch die Öffnung mit der äußeren Umgebung in Verbindung steht, kann das aus dem
Elektrolyten in den freien Raum aufsteigende Gas ungehindert aus dem Niobhohlkörper austreten. Beim
Drehen des Niobhohlkörpers um 360" tauchen alle Teile seiner Innenfläche nacheinander in den Elektrolyten
ein und können poliert werden. Da kein Teil der Innenfläche ständig im Elektrolyten verbleibt,
wird vermieden, daß an bestimmten Stellen der Innenfläche unabhiingig von der Stellung des Hohlkörpers
fortwährend poliert wird und sich infolge der dadurch verstärkten Materialabtragung störende Stufen
zu benachbarten, nur bei einer bestimmten Stellung des Niobhohlkörpers in den Elektrolyten eintauchenden
Oberflächenteilen bilden.
Indem der Niobhohlkörper während des Anliegens der konstanten Spannung und der anschließenden
Auflösung der Oxidschicht in Ruhe gehalten und erst nach der Auflösung der Oxidschicht weitergedreht
wird, v/ird einmal erreicht, daß während des Poliervorganges keine frischen blanken Niobflächen in den
Elektrolyten eintauchen, was zu erheblichen Störungen der für den Poliervorgang wichtigen Stromschwingungen
führen würde. Zum anderen wird dadurch gesichert, daß keine Oberflächenteile aus dem
Elektrolyten austauchen, die noch mit einer Oxidschicht bedeckt sind. Beim erneuten Eintauchen ir
den Elektrolyten würde eine solche Oxidschicht die Stromschwingungen verhindern.
Man kann an sich den Niobhohlkörper erst nad mehrfachem Anlegen einer konstanten Spannung unc
anschließender Auflösung der Oxidschicht weiterdre· hen. Jedoch ist es zur Vermeidung von Stufenbildun
gen an der zu polierenden Innenfläche vorteilhaft, dei Niobhohlkörper nach jedem Auflösen der Oxid
schicht um die E'rehachse weiterzudrehen. Zur Klar stellung sei angemerkt, daß unter Drehachse kein ma
terieller Körper :ni verstehen ist, sondern die Gerade
um welche der Miobhohlkörper drehbar ist. Um eini möglichst gleichmäßige Polierwirkung zu erreichen
sollten die Drefrwinkel beim Weiterdrehen des Niob hohlkörpers so gewählt werden, daß möglichst all·
Teile der Innenfläche während des gesamten Polier vorgamgs etwa gleich lange Zeit in den Elektrolytei
eintauchen. Die Grenzfläche zwischen Elektrolyt um Luf iöllte möglichst nach jedem Weiterdrehen ai
eine andere Stelle der Innenfläche des Niobhohlkör
pers zu liegen kommen. Wenn die Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Luft ständig oder sehr oft an
dergleichen Stelle der Innenfläche liegt, besteht nämlich
infolge der erhöhten Leitfähigkeit des Elektrolyten an seiner Oberfläche die Gefahr, daß in die Innenfläche
des Niobhohlkörpers ein Graben eingeätzt wird. Im Sinne einer gleichmäßigen Poliei wirkung an
der gesamten Innenfläche ist es ferner vorteilhaft, wenn die Drehachse in der durch den Elektrolytspiegel
gebildeten Ebene liegt. Der Drehwinkel kann dann jeweils vorteilhaft um wenige Grad von 180° abweichen
und beispielsweise 175 oder 185° betragen. Beim Polieren von rotationssymmetrischen Niobhohlkörpern
gestalten sich die Verhältnisse besonders einfach, wenn die Drehachse mit der Symmetrieachse *5
des Körpers übereinstimmt.
Während des Auflösens der Oxidschicht kann der innerhalb des Niobhohlkörpers befindliche Elektrolyt
vorteilhaft durch Umpumpen ausgetauscht werden. Insbesondere bei Niobhohlkörpern mit komplizierter *°
geometrischer Form wird durch die dabei entstehende Elektrolytströmung die Auflösung der Oxidschicht
beschleunigt. Außerdem werden Konzentrationsänderungen ausgeglichen, die in dem im Vergleich zur
gesamten Elektrolytmenge verhältnismäßig kleinen »5 Elektrolytvolumen innerhalb des Niobhohlkörpers
auftreten können. Die Innenflächen von Niobhohlkörpern, deren Außenseite mit einem vom Elektrolyten
angreifbaren anderen Metall überzogen ist, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in
einfacher Weise elektrolytisch poliert werden, wenn man das andere Metall durch eine gegenüber dem
Elektrolyten resistente Hülle abdeckt. Dies ist insbesondere bei Niobrohren für supraleitende Kabel wichtig,
die an ihrer Außenseite mit einer Kupferschicht versehen sind.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist zur Halterung
des zu polierenden Niobhohlkörpers wenigstens einen rohrförmigen, mit dem Niobhohlkörper verbindbaren
Flansch auf, der in der Wand eines Elektrolytbehälters drehbar gelagert ist. Der Flansch kann
gleichzeitig als Stromzuführung für den als Anode zu
schaltenden Niobhohlkörper ausgenutzt werden. Er wird dazu vorzugsweise außerhalb des Elektrolytbehälters
mit Schleifkontakten zur Stromzuführung versehen. In der Nähe des an den Niobhohlkörper anschließenden
Flanschendes ist die Wandung des Flansches vorteilhaft mit Bohrungen versehen. Diese Bohrungen stellen eine einfache Verbindung des freien
Gasraumes innerhalb des Niobhohlkörpers mit der äußeren Umgebung dar. Die in den Niobhohlkörper
einführbare Kathode ist vorzugsweise rohrförmig ausgebildet und weist in der Wandung ihres innerhalb
des Niobhohlkörpers liegenden Teiles Bohrungen auf. Eine derartige rohrförmige Elektrode erlaubt ein einfaches Umpumpen des Elektrolyten, indem man dem
Innenraum des Niobhohlkörpers durch die rohrförmige Elektrode Elektrolyten zuführt. Zum elektrolytischen Polieren von Niobhohlkörpern mit stark aus-
gebuchteten Innenflächen eignet sich insbesondere eine Kathode, die in die Ausbuchtungen hineinragende Fortsätze aufweist. Durch solche Fortsätze
kann trotz der starken Ausbuchtungen entlang der Innenfläche des Niobhohlkörpers eine etwa gleichmä-
ßige Stromdichte erzielt werden. Es ist jedoch darauf zu achten, daß die Fortsätze nicht so weit in die Ausbuchtungen des Niobhohlkörpers hineinragen, daß
von den Fortsätzen aufsteigende Gasblasen Teile der in den Elektrolyten eingetauchten Innenfläche des
Niobhohlkörpers erreichen können.
An Hand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens im Längsschnitt;
Fig. 2 zeigt die bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendete Kathode im Querschnitt;
Fig 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens im Längsschnitt.
Zunächst soll an Hand von Fig. 1 das Polieren der Innenfläche eines Niobhohlkörpers mit verhältnismäßig
komplizierter geometrischer Gestalt erläutert werden. Der Niobhohlkörper 1, eine Separatorstruktur
vom Typ HEM011 für Teilchenbeschleuniger, der
an beiden Seiten mit Niobdeckeln 2 und 3 und Niobrohransätzen 4 und 5 versehen ist, ist in einem Elektrolyttrog
6 angeordnet. Zur Halterung des Niobhohlkörpers 1 dient ein rohrförmiger Flansch 7, der
mit dem Rohransatz 4 verbunden, beispielsweise verschraubt ist. Der Flansch 7 ist elektrisch isoliert und
elektrolytdicht durch die eine Wand des Elektrolyttroges 6 hindurchgeführt und in dieser Wand um die
Drehachse 8 drehbar gelagert. Diese Drehachse 8 stimmt in dem in Fig. 1 dargestellten Fall mit der
Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Niobhohlkörpers 1 überein. Mit Hilfe des am Elektrolyttrog
befestigten Motors 9 und eines Treibriemens 10 kann der rohrförmige Flansch 7 und damit auch der
mit dem Flansch verbundene Niobhohlkörper 1 um die Drehachse 8 gedreht werden. Zur weiteren Stützung
des Niobhohlkörpers 1 dienen die Kunststoffrollen 11 und 12. Natürlich können diese Kunststoffrollen
auch entfallen, wenn man auch zur Halterung des Rohransatzes 5 einen dem rohrförmigen Flansch 7
entsprechenden Flansch vorsieht. Die Kathode 13 besteht aus mehreren Teilen. Der im Innenraum des
Niobhohlkörpers 1 befindliche Teil 14, der gegenüber der Drehachse 8 nach unten versetzt ist, ist über Verbindungsstücke
15 und 16 mit den Teilen 17 und 18 verbunden, die gegenüber dem Flansch 7 und dem
Elektrolyttrog elektrisch isoliert und elektrolytdicht durch die Wände des Elektrolyttroges 6 hindurchgeführt
sind. Die Kathode 13 ist ortsfest angeordnet und wird also beim Drehen des Flansches 7 nicht mitgedreht.
Die Teile 14,15 und 17 der Kathode sind rohr förmig ausgebildet. Der Teil 14 der Kathode, der in
Fig. 2 vergrößert im Querschnitt dargestellt ist, ist an
seiner Unterseite mit Bohrungen 19 versehen. Ferner sind an ihm scheibenförmige Fortsätze 20 befestigt,
die in die Ausbuchtungen in der Wand des Niobhohlkörpers 1 hineinragen. Auch die Wandung des Flansches 7 ist an dem an den Niobhohlkörper anschließenden Flanschende auf ihrem ganzen Umfang mit
Bohrungen 21 versehen. Zum Umpumpen des Elektrolyten dient eine Pumpe 22, die durch eine
Schlauchleitung 23 mit einem Ende des Teiles 17 dei Kathode verbunden ist. Eine weitere Schlauchleitung
24 dient zum Ansaugen des Elektrolyten aus derr Elektrolyttrog 6. Beim Umpumpen wird der Elektrolyt aus dem Elektrolyttrog 6 angesaugt und in die Kathode 13 hineingepumpt. Durch die öffnungen 19 iir
Teil 14 der Elektrode strömt der Elektrolyt dann ir den Innenraum des Niobhohlkörpers 1. Überschuss!
ger Elektrolyt kann durch die öffnungen 21 und ii
609 532/20C
dem in Fig. 1 dargestellten Fall auch durch das offene Ende des Rohransatzes 5 aus dem Innenraum des
Hohlkörpers 1 wieder austreten. Beim Betrieb der Vorrichtung ist der Elektrolyttrog 6 etwa bis zur
Drehachse 8 mit Elektrolyt gefüllt. Wie aus Fig. 1 deutlich zu ersehen ist, können die an der Kathode
gebildeten Gase in den freien Raum 25 oberhalb des Elektrolytspiegels aufsteigen, ohne daß sie in den
Elektrolyten eingetauchte Teile der Innenfläche des Niobhohlkörpers 1 berühren. Die gebildeten Gase
können durch die oberhalb des Elektrolytspiegeis liegenden Öffnungen 21 in der Wandung des Flansches 7
und natürlich auch durch den offenen Rohransatz 5 ungehindert nach außen treten. Der Flansch 7 dient
gleichzeitig als Stromanschluß für den als Anode zu schaltenden Niobhohlkörper 1. Zu diesem Zwecke ist
der Flansch 7 über Schleifringe 26 mit dem positiven Pol einer Konstantspannungsquelle 27 verbunden.
Die Kathode 14 wird am freien Ende ihres Teiles 17 mit dem negativen Pol der Konstantspannungsquelle
27 verbunden. In die Verbindungsleitung ist zusätzlich ein Blattschreiber 28 eingeschaltet, der zur Aufzeichnung
und gleichzeitigen Überwachung der beim Polieren entstehenden Stromschwingungen dient. Der
Elektrolyttrog steht in einem weiteren Trog 29, der mit Kühlwasser zur Aufrechterhaltung der Elektrolyttemperatur
bespült wird. Der Trog 6, der rohrförmige Flansch 7, die Kathode 14 sowie alle anderen
mit dem Elektrolyten in Berührung kommenden Metallteile der Vorrichtung bestehen vorzugsweise aus
hochreinem Aluminium. Als Kunststoff für die Rollen 11 und 12 und die isolierenden Kunststoffteile an den
Durchführungen der Kathode 13 und des Flansches 7 durch die Wände des Troges 6 eignet sich beispielsweise
Polyäthylen. Als Dichtungen können vorzugsweise Simmerringe, z. B. aus einem Fluorelastomer,
eingesetzt werden. Diese sind in Fig. 1 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestelit.
Durch ein spezielles Ausführungsbeispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren noch weiter verdeutlicht
werden. Der Niobseparator 1 mit den Deckeln 2 und 3 und den Rohransätzen 4 und 5, dessen Innenseite
poliert werden soll, hat beispielsweise einen größten lichten Durchmesser von 130 mm und an den engsten
Stellen jeweils einen kleinsten lichten Durchmesser von etwa 40 mm. Die Länge des Niobseparators
einschließlich der Rohransätze 4 und 5 beträgt etwa 300 mm. Zum Polieren wird der Niobseparator 1 zunächst
in den Trog 6 eingesetzt, wie dies in Fig. 1 im einzelnen dargestelit ist. Der Trog 6 wird dann mit
dem Elektrolyten gefüllt, bis der Elektrolytspiegel die Drehachse 8 erreicht. Als Elektrolyt wird beispielsweise eine Mischung von 90 Volumprozent 96%iger
Schwefelsäure und 10 Volumprozent 40%iger Flußsäure verwendet. Diese Mischung entspricht einer
Zusammensetzung von etwa 89,8 Gewichtsprozent H2SO4, 2,6 Gewichtsprozent HF und 7,6 Gewichtsprozent H2O. Die Badtemperatur wird beispielsweise
auf 28° C konstant gehalten. Das Gesamtvolumen aes in der Vorrichtung befindlichen Elektrolyten beträgt
etwa 5 I. Zum Polieren wird mit Hilfe der Konstantspannungsquelle 27 zwischen Anode und Kathode
eine Spannung von 12,5 V angelegt und zunächst konstant (± 0,05 V) gehalten. Unmittelbar nach dem Anlegen der Spannung treten dem Elektroiytstrom überlagerte, gedämpfte Stromschwingungen auf. Die
Amplitude der Stromschwingungen steigt nach einem Einschwingvorgang rasch auf einen Maximalwert an
und wird dann langsam kleiner. Der mittlere Strom beträgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa
50 A, die Maximalamplitude der dem Strom überlagerten Schwingungen etwa 10 A. Pro Minute treten
etwa 20 Schwingungen auf. Beispielsweise nach 1,5 Minuten, nachdem die Maximalamplitude der Stromschwingungen
überschritten ist, wird die Spannung etwa 8 Minuten lang abgeschaltet, um die Auflösung
der während der Schwingungen gebildeten Oxid-
schicht, die mit größter Wahrscheinlichkeit aus Nb2O5
besteht, zu ermöglichen. Während dieser Pause von 8 Minuten wird der Elektrolyt mit einer Geschwindigkeit
von etwa 1 l/min umgepumpt. Anschließend wird der Niobhohlkörper 1 beispielsweise um einen Dreh-
'5 winke! von 185° um die Drehachse 8 gedreht. Anschließend
wird wiederum 1,5 Minuten lang eine Spannung von 12,5 V zwischen Anode und Kathode
angelegt. Dabei werden die beim ersten Polierschritt außerhalb des Elektrolyten befindlichen Teile der In-
nenfläche des Niobhohlkörpers 1 poliert. Nach weiteren 8 Minuten langem Abschalten der Spannung wird
der Niobhohlkörper 1 erneut um 185° weitergedreht und erneut poliert. Bei jedem Polierschritt wird von
der Innenfläche des Niobhohlkörpers 1 eine etwa
a5 1,5 μηι starke Niobcchicht abgetragen. Wird daher
beispielsweise die Abtragung einer 150 μπι starken
Schicht angestrebt, so muß unter den Bedingungen des Ausführungsbeispieles jede Hälfte der Innenfläche
des Niobhohlkörpers 1 etwa lOOmal poliert wer-
den,o so daß bei einem Drehwinkel von etwas über
180° nach jedem Polierschritt im ganzen etwa 200 Polierschritte erforderlich sind.
Natürlich können die Polierbedingungen gegenüber den als Beispiel angegebenen Werten auch vari-
iert werden. Beispielsweise können die Perioden mit eingeschalteter Spannung auch nur 1 Minute oder
etwa bis zu 3 Minuten lang sein und die Pauser, mit
abgeschalteter Spannung können auch kürzer als 8 Minuten, beispielsweise nur 6 Minuten, oder auch
langer gewählt werden. Ebenso sind, wie bei dem Verfahren
nach dem Hauptpatent, auch andere Elektrolytzusammensetzungen, Badtemperaturen und Spannungen
möglich.
Auch sehr lange Niobhohlkörper, beispielsweise
mehrere Meter lange Niobrohre für supraleitende Kabel, können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
an ihrer Innenseite in einfacher Weise elektrolytisch poliert werden. Eine Vorrichtung zum Polieren
eines solchen langen Niobhohlkörpers ist schematisch
in Fig. 3 dargestellt. Der zu polierende Niobhohlkör per ist ein Niobrohr 31, das an seiner Außenseite mit
einer Kupferschicht 32 überzogen ist. Der Niobhohlkörper kann aber beispielsweise auch eine Niobschicht
sein, die auf die Innenwand eines Kupferrohres aufge-
bracht ist. Damit der Elektrolyt nicht mit dem Kupfer
32 in Berührung kommen kann, sind auf beide Enden
des Rohres 31 ringförmige Aluminiumkappen 33 und 34, erforderlichenfalls unter Zwischenlage von entsprechenden Dichtungen, elektrolytdicht aufgesetzt.
Die Außenseite 3^2 des Rohres 31 wird dann durch
einen Schlauch 35 aus einem elektrolytbeständigen Kunststoff oder Gummi abgedeckt, der dicht auf den
Aluminiumkappen 33 und 34 aufsitzt. Der so vorbereitete Niobhohlkörper 31 wird dann in den Elektro-
lyttrog 36 eingesetzt und über die Aluminiumkappen
33 und 34 mit rohrförmigen Flanschen 37 und 38 verbunden, die elektrolytdicht und elektrisch isoliert
durch die Wände des Elektrolyttroges 36 hindurchge-
<r
führt und um cine Drehachse 39 drehbar sind. Die Drehachse 39 ist gleichzeitig die Rohrachse des Niobkörpers
31. Etwas unterhalb der Drehachse 39 ist ortsfest eine rohrförmig ausgebildete Kathode 40 angeordnet,
die an ihrer Unterseite mit Öffnungen 41 versehen ist. Die Kathode 40 kann vorteilhaft aus
mehreren zusammensetzbaren Teilen bestehen, um die Montage zu erleichtern. Wenn sehr lange Niobhohlkörper
poliert werden sollen, werden vorzugsweise an beiden rohrförmigen Flanschen 37 und 38
Schleifringe 42 und 43 als Stromzuführungen zu dem die Anode bildenden Niobhohlkörper 31 vorgesehen.
Ebenso werden vorzugsweise beide Enden der Kathode 40 mit dem Minuspol der Konstantspannungsqueile
44 verbunden. Als zusätzliche Stütze für den Niobhohlkörper 31 dient eine Kunststoffrolle 45. Wegen
der großen Länge der Kathode 40 wird der Elektrolyt beim Umpumpen, wie durch die Pfeile 46 ange-
deutet ist, vorzugsweise an beiden Enden der Kathode 40 zugeführt. Er kann dann durch die Öffnungen 41
ins Innere des Niobhohlkörpers eintreten. Überschüssiger Elektrolyt sowie die sich oberhalb des mit der
Drehachse 39 zusammenfallenden Elektrolytspiegels sammelnden Gase können durch die in der Wandung
der Flansche 37 und 38 vorgesehenen Öffnungen 47 nach außen austreten. Der Elektrolyttrog 36 steht wiederum
in einem Kühlbehälter 48. Zum Polieren des
ίο Niobhohlkörpers 31 kann entsprechend dem bereits
erläuterten Ausführungsbeispiei verfahren werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher
Weise automatisiert werden. Im einfachsten Fall kann beispielsweise das Einschalten und Abschalten der
>5 Spannung, das Weiterdrehen des zu polierenden Niobhohlkörpers und das Umpumpen der Elektrolyten
nach einem fest vorgegebenen Zeitprogramm erfolgen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum anodischen Polieren von Niobteilen in einem eine Temperatur zwischen 15
und 50° C aufweisenden Elektrolyten aus 86 bis 93 Gewichtsprozent H2SO4,1,5 bis 4,0 Gewichtsprozent
HF und 5,5 bis 10 Gewichtsprozent H2O, wobei eine konstante Spannung zwischen 9 und
15 Volt derart eingestellt wird, daß dem Elektrolytstrom überlagerte gedämpfte Stromschwingungen
auftreten, und spätestens nach vollständigem Abklingen der Stromschwingungen die Spannung
solange abgeschaltet wird, bis die während der Stromschwingungen aufgebaute Oxidschicht aufgelöst
ist, anschließend erneut eine konstante Spannung zwischen 9 und 15 Volt so eingestellt
wird, daß gedämpfte Stromschwingungen auftreten und die Folge von Zuständen mit eingeschalteter
und abgeschalteter Spannung noch mehrfach durchlaufen wird, nach Patent 2027156.1, dadurch
ge kennzeichnet, daß ein mit wenigstens einer Öffnung versehener Niobhohlkörper zum
Polieren seiner Innenfläche ohne vollständige Überdeckung der Öffnung in den Elektrolyten
eingetaucht und während des Anliegens der konstanten Spannung und der anschließenden Auflösung
der Oxidschicht in Ruhe gehalten und vor einem erneuten Anlegen einer konstanten Spannung
um die durch die Öffnung verlaufende Drehachse weitergedreht wird, wobei die durch die
Öffnung in den Niobhohlkörper eingeführte Kathode so angeordnet wird, daß die an der Kathode
gebildeten Gase unterhalb des Elektrolytspiegels nicht an die Innenfläche des Niobhohlkörpers gelangen,
und wobei der Niobhohlkörper selbst so angeordnet wird, daß zwischen eiern Elektrolytspiege!
und allen oberhalb des Elektrolytspiegels befindlichen Teilen der Innenfläche des Niobhohlkörpers
in jeder Stellung des Niobhohlkörpers ein zusammenhängender, durch die Öffnung mit der äußeren Umgebung in Verbindung stehender
freier Raum vorhanden ist und beim Drehen des Niobhohlkörpers die einzelnen Teile seiner
Innenfläche nacheinander in den Elektrolyten eintauchen, jedoch kein Teil der Innenfläche ständig
im Elektrolyten verbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körperdrehachse in die
durch den Elektrolytspiegel gebildete Ebene gelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweils um wenige Grad von
180° abweichender Drehwinkel eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem rotationssymmetrischen Niobhohlkörper die Drehachse
in die Symmetrieachse gelegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Auflösens der Oxidschicht der innerhalb des Niobhohlkörpers
befindliche Elektrolyt durch Umpumpen ausgetauscht wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens ein rohrförmiger mit dem zu polierenden Niobhohlkörper (1 bis S)
verbindbarer, in der Wand eines Elektrolytbehäl-
ters (6) drehbar gelagerter Flansch (7) vorgesehen
Priority Applications (12)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712146794 DE2146794C3 (de) | 1971-09-18 | Verfahre" und Vorrichtung zum anodischen polieren von Niobteilen | |
CH1174872A CH567581A5 (de) | 1971-09-18 | 1972-08-09 | |
NLAANVRAGE7211873,A NL171603C (nl) | 1971-09-18 | 1972-08-31 | Verbetering van een werkwijze voor het elektrolytisch polijsten van niobiumonderdelen. |
AT757172A AT313015B (de) | 1971-09-18 | 1972-09-04 | Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Polieren von Niobteilen |
SE7211942A SE392298B (sv) | 1971-09-18 | 1972-09-15 | Sett och anordning for elektrolytisk polering av niobdelar |
US00289543A US3850769A (en) | 1971-09-18 | 1972-09-15 | Method for the electrolytic polishing of niobium structures |
CA151,800A CA1011282A (en) | 1971-09-18 | 1972-09-15 | Method and apparatus for the electrolytic polishing of niobium structures |
FR7233036A FR2153101B2 (de) | 1971-09-18 | 1972-09-18 | |
GB4318872A GB1411392A (en) | 1971-09-18 | 1972-09-18 | Electrolytic polishing of a niobium surface |
JP9352272A JPS5539640B2 (de) | 1971-09-18 | 1972-09-18 | |
GB5368474A GB1411393A (en) | 1971-09-18 | 1972-09-18 | Apparatus for use in the electrolytic treatment of a niobium surface |
AT203874A AT325370B (de) | 1971-09-18 | 1974-03-12 | Verfahren zum elektrolytischen polieren der innenfläche eines niobhohlkorpers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712146794 DE2146794C3 (de) | 1971-09-18 | Verfahre" und Vorrichtung zum anodischen polieren von Niobteilen |
Publications (3)
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DE2146794B2 true DE2146794B2 (de) | 1976-08-05 |
DE2146794C3 DE2146794C3 (de) | 1977-03-31 |
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0046913A1 (de) * | 1980-08-29 | 1982-03-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum chemischen Polieren von Niob-Teilen, insbesondere eines Hohlraumresonators |
EP0074464A1 (de) * | 1981-09-12 | 1983-03-23 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Vorrichtung zur Reinigung der Innenwände von metallischen Leitungssystemen durch Elektropolieren mit Hilfe bewegter Elektroden |
EP0074463A1 (de) * | 1981-09-12 | 1983-03-23 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung der Innenwände von metallischen Leitungssystemen durch Elektropolieren mit Hilfe bewegter Elektroden |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0046913A1 (de) * | 1980-08-29 | 1982-03-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum chemischen Polieren von Niob-Teilen, insbesondere eines Hohlraumresonators |
EP0074464A1 (de) * | 1981-09-12 | 1983-03-23 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Vorrichtung zur Reinigung der Innenwände von metallischen Leitungssystemen durch Elektropolieren mit Hilfe bewegter Elektroden |
EP0074463A1 (de) * | 1981-09-12 | 1983-03-23 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung der Innenwände von metallischen Leitungssystemen durch Elektropolieren mit Hilfe bewegter Elektroden |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5539640B2 (de) | 1980-10-13 |
NL7211873A (de) | 1973-03-20 |
FR2153101A2 (de) | 1973-04-27 |
NL171603C (nl) | 1983-04-18 |
AT313015B (de) | 1974-01-25 |
GB1411392A (en) | 1975-10-22 |
CA1011282A (en) | 1977-05-31 |
DE2146794A1 (de) | 1973-03-22 |
SE392298B (sv) | 1977-03-21 |
FR2153101B2 (de) | 1978-03-03 |
JPS4861334A (de) | 1973-08-28 |
US3850769A (en) | 1974-11-26 |
GB1411393A (en) | 1975-10-22 |
CH567581A5 (de) | 1975-10-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |