DE2313026A1 - Verfahren zum elektolytischen polieren der innenflaeche eines niobhohlkoerpers - Google Patents

Description

Verfahren zum elektrolytischen Polieren der Innenfläche eines Niobhohlkörpers

Zusatz zu Patent (Patentanmeldung

Akt.Z. P 21 46 794.7)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Polieren der Innenfläche eines mit wenigstens einer Öffnung versehenen Niobhohlkörpers, wobei der Niobhohlkörper als Anode nur teilweise in einen H₂SO., HP und H₂O enthaltenden Elektrolyten derart eingetaucht und um eine durch die Öffnung verlaufende Drehachse derart drehbar 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, wobei ferner eine Kathode durch die Öffnung in den Niobhohlkörper eingeführt und im Elektrolyten derart gegenüber dem Niobhohlkörper angeordnet wird, daß der Bereich des Elektrolyten, in welchem die an der Kathode bei Stromdurchgang gebildeten Gase zum Elektrolytspiegel aufstejpn, frei von Teilen der Innenfläche des Niobhohlkörpers ist, wobei weiterhin zwischen dem Niobhohlkörper und der Kathode eine konstante elektrische Spannung 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 so eingestellt wird, daß gedämpfte Stromschwingungen auftreten,

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und dann die Folge von Zuständen mit eingeschalteter und abgeschalteter Spannung noch mehrfach durchlaufen wird, und wobei der Niobhohlkörper während der Auflösung der Oxidschicht in Ruhe gehalten und vor dem erneuten Anlegen einer Spannung um die Drehachse weitergedreht wird.

Durch die Offenlegungsschrift 2 027 156 ist ein Verfahren zum elektrolytischen Polieren von Niobteilen bekannt, bei welchem das zu polierende Niobteil als Anode in einen HpSO., HP und H₂O enthaltenden Elektrolyten eingebracht und zwischen dem Niobteil und einer ebenfalls im Elektrolyten angeordneten Kathode eine konstante elektrische Spannung angelegt wird. Die konstante elektrische Spannung wird dabei derart eingestellt, daß dem Elektrolytstrom überlagerte gedämpfte Stromschwingungen auftreten. Spätestens nach vollständigem Abklingen der Stromschwingungen wird die Spannung solange abgeschaltet, bis die während der Stromschwingungen aufgebaute Oxidschicht aufgelöst ist. Anschließend wird erneut eine konstante Spannung so eingestellt, daß gedämpfte Stromschwingungen auftreten. Die Folge von Zuständen mit eingeschalteter und abgeschalteter Spannung wird dann noch mehrfach durchlaufen.

Im einzelnen wird bei diesem bekannten Verfahren das zu polierende Niobteil in einen Elektrolyten aus 86 bis 93 Gew.-H₂SO., 1,5 bis 4,0 Gew.-fo HF und 5,5 bis 10,0 Gew.~% H₂O mit einer Temperatur zwischen 15 und 5O⁰O eingebracht und eine konstante Spannung zwischen 9 und 15 V so eingestellt, daß gedämpfte Stromschwingungen auftreten.

Während der Stromschwingungen, die dem Elektrolytstrom überlagert sind und nach einiger Zeit abklingen, tritt an der Nioboberflache eine hervorragende Polierwirlcung auf. Gleichzeitig wird eine Oxidschicht aufgebaut, die zum Abxlingen der Schwingungen führt. Von der jeweils eingestellten konstanten Spannung sind Abweichungen von etwa +_ 0,1 7

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zulässig. Durch das Abschalten der Spai nung 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 andernfalls die zu polierende Nioboberflache angeätzt wird, so daß neue Oberflächenrauhigkeiten entstehen. Durch die mehrfache Wiederholung der Perioden mit eingeschalteter und abgeshalteter 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. Mit dem Abschalten der Spannung braucht nicht gewartet zu werden, bis die Stromschwingungen vollständig abgeklungen sind. Um die während der Stromschwingungen auftretende Polierwirkung sieht zu schlecht auszunutzen, sollte die Spannung jedoch frühestens jeweils erst dann abgeschaltet werden, wenn die Maximalamplitude der Stromschwingungen überschritten ist.

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 der Offenlegungsschrift 2 027 156 erwiesen, mit einem Elektrolyten aus 89,0 bis 90,5 Gew.-^ H₂SO., 2,2 bis 3,0 Gew.-^ HF und den restlichen Gewichtsanteilen HgO mit einer Temperatur von 20 bis 35⁰C 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.

Das Verfahren nach der Offenlegungsschrift 2 027 156 eignet sich hervorragend zur Herstellung von spiegelglatten Niob-

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oberflächen mit hoher Oberflächengüte und zur Abtragung ganzer Oberflächenschichten mit gleichzeitiger KLierwirkung. Eine hohe Oberflächengüte ist beispielsweise bei supraleitenden Hohlraumresonatoren aus Niob erforderlich, bei denen die Supraleitfähigkeit des Mobs ausgenutzt wird. Ganz allgemein sind spiegelglatte Moboberflächen immer dann von Vorteil, wenn Hochfrequenz- bzw. Wechselstroiiverluste in den supraleitenden Niobteilen vermieden werden sollen. Dies gilt insbesondere auch für supraleitende Mobseparatoren für Teilchenbeschleuniger und Mobleiter für supraleitende Wechselstromkabel.

Während kleinere Niobteile insbesondere geometrisch einfacher Form mit Hilfe des in der Offenlegungsschrift 2 027 156 beschriebenen Verfahrens ohne besondere zusätzliche Vorkehrungen in einfacher Weise elektrolytisch poliert werden können, hat es sich gezeigt, daß beim Polieren der Innenflächen von Mobhohlkörpern erhebliche Schwierigkeiten auftreten können, die insbesondere darauf zurückzuführen sind, daß beim Stromdurchgang durch den Elektrolyten zwischen Kathode und Anode an der Kathode eine starke Entwicklung von gasförmigem Wasserstoff stattfindet, der von der Kathode aus im Elektrolyten aufsteigt. Diese Gasentwicklung wirkt sich sehr störend aus. Einmal besteht insbesondere bei Mobhohlkörpern mit komplizierter geometrischer Struktur, also beispielsweise bei Niobhohlkörpern, die als Separatoren in Teilchenbeschleunigern Verwendung finden sollen, die Gefahr, daß sich im Innern des Mobhohlkörpers Gaspolster bilden, so daß Teile der zu polierenden Innenflächen des Mobhohlkörpers überhaupt nicht mehr vom Elektrolyten benetzt und somit auch nicht p&iert werden. Zum anderen stören aber auch unmittelbar an der Innenfläche des Hohlkörpers entlangströmende und mit dieser in Berührung geratende Gasblasen so stark, daß die für eine gute Polierwirkung erforderlichen Stromschwingungen weitgehend unterdrückt werden bzw. überhaupt nicht auftreten.

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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde in der Patentanmeldung Akt.Z. P 21 46 794.7 vorgeschlagen, daß ein mit wenigstens einer öffnung versehener Niobhohlkörper zum Polieren seiner Innenfläche nur teilweise in den Elektrolyten derart eingetaucht und um eine durch die Öffnung verlaufende Drehachse derart drehbar 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, daß ferner die Kathode durch die Öffnung in den Niobhohlkörper eingeführt und im Elektrolyten derart gegenüber dem Niobhohlkörper angeordnet wird, daß der Bereich des Elektrolyten, in welchem die an der Kathode bei Stromdurchgang gebildeten Gase zum Elektrolytspiegel aufsteigen, frei von Teilen der Innenfläche des Niobhohlkörpers ist und daß der Niobhohlkörper während der Auflösung der Oxidschicht in Ruhe gehalten und nach Auflösung der Oxidschicht vor einem erneuten Anlegen einer konstanten Spannung um die Drehachse weitergedreht wird. Während des Anliegens der konstanten Spannung soll der Niobhohlkörper nach diesem Vorschlag ebenfalls in Ruhe gehalten werden. Durch die in der Patentanmeldung Akt.Z. P 21 46 794.7 vorgeschlagenen Maßnahmen können die infolge der starken Gasentwicklung an der Kathode auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden. Insbesondere können die bei Stromdurchgang gebildeten Gasblasen innerhalb des Elektrolyten aufsteigen, ohne diejenigen Teile der Innenfläche zu erreichen, die sich jeweils im Elektrolyten befinden. Ferner kann das Gas in den freien Raum oberhalb des Elektrolytspiegels aufsteigen und, da der freie Raum durch die öffnung mit der äußeren Umgebung in Verbindung steht, ungehindert aus dem Niobhohlkörper austreten.

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Es hat sich Jedoch gezeigt, daß bei dem vorgeschlagenen Verfahren, bei dem der Niobhohlkörper während des Anliegens der konstanten Spannung und der anschließenden Auflösung der Oxidschicht in Ruhe gehalten wird, häufig Stufenbildungen an den Stellen der Innenfläche des Hohlkörpers nicht völlig vermieden werden können, an denen der Slektrolytspiegel während eines solchen Poliervorganges die Innenfläche berührt, Aufgabe der Erfindung ist es, das in der Patentanmeldung Akt.Z. P 21 46 794.7 vorgeschlagene Verfahren derart zu verbessern, daß die Ausbildung von Stufen an der Innenfläche des zu polierenden Niobhohlkörpers weitestgehend vermieden wi rd.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Niobhohlkörper' während der Zustände mit konstanter Spannung langsam um seine Drehachse mit einer so kleinen Drehgeschwindigkeit gedreht wird, daß die Ausbildung der gedämpften Schwingungen nicht gestört wird.

Während ursprünglich angenommen worden war, cia5 durch Drehen des Niobhohlkörpers während des Zustandes mit angelegter Spannung die Stromschwingungen auf jeden Fall verhhdert würden, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß eine Störung der Stromschwingungen dann nicht auftritt, wenn die Drehung hinreichend langsam erfolgt. Andererseits wird aber beim langsamen Drehen der Bereich, in welchem der Elektrolytspiegel beim Polieren die Innenfläche des Niobhohlkörpers beruht, langsam entlang dieser Innenfläche verschoben und dadurch die Ausbildung von Stufen verhindert.

Eine Störung der Ausbildung der gedämpften Schwingungen wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in der Hegel dann vermieden, wenn die Drehgeschwindigkeit so klein ist, daß die Ausbildung der Oxidschicht an der Innenfläche des Niobhohlkörpers nicht durch eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten

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entlang dieser Innenfläche beeinträchtigt wird.

Eine Störung der gedämpften Schwingungen kann in der Regel insbesondere dann vermieden werden, wenn der Niobhohlkörper während eines in der Regel etwa 0,7 bis 4 min dauernden Zustandes mit angelegter Spannung höchstens soweit gedreht wird, daß die Breite der beim Abschalten der Spannung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone der Innenfläche des Niobhohlkörpers höchstens etwa 5 mm beträgt.

Bei Niobhohlkörpern mit kleineren Durchmessern kann zur Vermeidung einer zu hohen Umfangsgeschwindigkeit der Niobhohlkörper während des Zustandes mit angelegter Spannung vorteilhaft insbesondere nur soweit gedreht werden, daß die Breite der beim Abschalten der Spannung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone der Innenfläche des Niobhohlkörpers höchstens etwa 3 mm beträgt. Besonders vorteilhaft ist es, den Niobhohlkörper soweit zu drehen, daß die Breite der beim Abschalten der Spannung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone zwischen etwa 1 und 3 cm liegt.

Die Drehung während eines Zustandes mit konstanter Spannung kann kontinuierlich erfolgen. Der Niobhohlkörper kann aber auch in einzelnen kleinen Schritten gedreht werden.

Da die beim Drehen aus dem Elektrolyten austauchende Zone der Innenfläche des Niobhohlkörpers je nach ihrer Verweilzeit im Elektrolyten mit einer schwächeren oder auch stärkeren Oxidschicht bedeckt ist, wird zum Auflösen der Oxidschicht, bei dem der Niobhohlkörper in Ruhe gehalten wird, der Elektrolytspiegel innerhalb des Hohlkörpers AOrteDhaft wenigstens um die Breite der beim vorhergehenden Zustand mit angelegter Spannung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone angehoben. Der Elektrolyt erreicht dann auch den oberen Rand dieser Zone und kanr. die auf der Zone befindliche

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OxidscMcht ablösen. Dadurch wird verhindert, daß beim Weiterdrehen des Niobhohlkörpers Teile der Innenfläche wieder in den Elektrolyten eintauchen, die noch mit einer Nioboxidschicht bedeckt sind.

Man kann sber auch ohne Anhebung des Elektrolytspiegels arbeiten, wenn man dafür sorgt, daß der Niobhohlkörper während eines Zustandes mit angelegter Spannung nur soweit gedreht wird, daß die Fläche des am Ende der Drehung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Teiles der Innenfläche höiistens 3 # der Fläche des innerhalb des Elektrolyten befindlichen Teiles der Innenfläche beträgt. Wenn man dann, wie dies bereits in der Patentanmeldung Akt.Z. P 21 46 794.7 vorgeschlagen wurde, den Niobhohlkörper nach dem Auflösen der Oxidschicht vor dem erneuten Anlegen einer konstanten Spannung um etwa 180 um die Drehachse weiterdreht, ist nur ein so kleiner Teil der in den Elektrolyten eintauchenden Innenfläche von einer Nioboxidschicht bedeckt, daß die Stromschwingungen noch nicht behindert werden. Noch günstiger ist es in einem solchen Fall, wenn der Niobhohlkörper während eines Zustandes mit angelegter Spannung nur soweit gedreht wird, daß die Fläche des am Ende der Drehung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Teiles der Innenfläche höchstens 2 i» der Fläche des im Elektrolyten befindlichen Teiles der Innenfläche beträgt.

Ebenso wie bei dem bereits vorgeschlagenen Verfahren sollten auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Polierwirkung die Drehwinkel beim Weiterdrehen des Niobhohlkörpers nach dem Auflösen der oxidschicht so gewählt werden, daß möglichst alle Teile der Innenfläche während des gesamten Poliervorganges etwa gleichlange Zeit in den Elektrolyten eintauchen. Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich, wenn die Drehachse in der durch den Elektrolytspiegel gebildeten Ebene liegt und der Drehwinkel etwa 180 beträgt. Infolge des langsamen Drehens des

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Niobhohlkörpers im Zustand mit angelegter Spannung kommt dann jeweils nach dem Weiterdrehen zwischen Auflösung der Oxidschicht und erneutem Anlegen der Spannung der Elektrolytspiegel an einer anderen Stelle der Innenfläche zu liegen. Dies ist im Sinne einer Vermeidung von Ätzgräben von Vorteil. Beim Polieren von rotationssymmetrischen Niobhohlkörpern kann die Drehachse vorteilhaft mit der Symmetrieachse des Körpers übereinstimmen.

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 Elektrolytvolumen innerhalb des Niobhohlkörpers auftreten können.

Anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen 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 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung senkrecht zur Drehachse.

Zunächst soll anhand der Figuren das Polieren der Innenfläche eines Niobhohlkörpers mit verhältnismäßig komplizierter geometrischer Gestalt erläutert werden. Der Niobhohlkörper 1 , eine Separatorstruktur vom Typ HEM_Q11 für Teilchenbeschleuniger, der an beiden Seiten mit Niobdeckeln 2 und

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und Niobrohransätzen 4 und 5 versehen ist, ist in einem Elektrolyttrog 6 angeordnet. Zur Halterung des Niobhohlkörpers 1 dient ein rohrförmiger Plansch 7, der mit dem Rohransatz 4 verbunden, beispielsweise verschraubt, ist. Der Plansch 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 Pig. 1 dargestellten Pail mit der Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Niobhohlkö'rpers 1 überein. Mit Hilfe des am Elektrolyttrog befestigten Motors 9 und eines Treibriemens 10 kann der rohrförmige Plansch 7 und damit auch der mit dem Plansch verbundene Niobhohlkörper 1 um die Drehachse 8 gedreht werden. Zur weiteren Stützung des Niobhohlkö'rpers 1 dienen Kunststoffrollen 11 und 12. Natürlich können diese Kunststoffrollen auch entfallen, wenn man auch zur Halterung des Rohransatzes 5 einen dem rohrförmigen Plansch 7 entsprechenden Plansch vorsieht. Die Kathoda 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 Plansch 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 rohrförmig ausgebildet. Der Teil 14 der Kathode, der in Pig. 2 vergrößert im Querschnitt dargestellt ist, ist an seiner Unterseite mit Bohrungen 19 versehen. Ferner sind an ihm scheibenförmige Portsätze 20 befestigt, die in die Ausbuchtungen der Wand des Niobhohlkörpers 1 hineinragen. Durch solche Portsätze kann trots der starken Ausbuchtungen entlang der Innenfläche des Niobhohlkörpers eine etwa gleichmäßige Stromdichte erzielt werden. Auch die Wandung des Flansches 7 1st an dem an den Niobhohlkörper anschließenden

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Planschende 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 der Kathode verbunden ist. Eine weitere Schlauchleitung 24 dient zum Ansaugen des Elektrolyten aus dem Elektrolyttrog 6. Beim Umpumpen wird der Elektrolyt aus dem Elektrolyttrog 6 in die Kathode 13 hineingepumpt. Durch die Öffnungen 19 im Teil 14 der Kathode strömt der Elektrolyt dann in den Innenraum des Niobhohlkörpers 1. Überschüssiger Elektrolyt kann durch die Öffnungen 21 und, in 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 Elektrolytspiegels 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 Konstantspannung squelle 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 !Bog 29» der mit Kühlwasser zur Aufrech terhaltung der Elektrolyttemperatur bespült wird. Der Trog 6, der rohrförmige Flansch 7, die Kathode 14 sowie alle anderen mit dem Elektrolyten in Berührung kommenden Metall-

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teile 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 eignet sich beispielsweise Polyäthylen. Als Dichtungen können vorzugsweise Simmerringe, z.B. aus Viton, eingesetzt werden. Diese sind in Fig. 1 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

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 der engsten Stelle 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 eingesetzt, wie dies in den Figuren 1 und 3 im einzelnen dargestellt ist. Der Trog 6 wird dann mit dem Elektrolyten gefüllt, bis der Elektrolyt die Drehachse 8 erreicht. Als Elektrolyt wird beispielsweise eine Mischung von 90 Vol.-$ 96 %-iger Schwefelsäure und 10 Vol.-# 40 #-iger Flußsäure verwendet. Diese Mischung entspricht einer Zusammensetzung von etwa 89,8 Gew.-^ H₂SO., 2,6 Gew.-# HF und 7,6 Gew.-^ HpO. Die Badtemperatur wird beispielsweise auf 28⁰C konstant gehalten. Das Gesamtvolumen des in der Vorrichtung befindlichen Elektrolyten beträgt etwa 5 1. Zum Polieren wird mit Hilfe der Kons tantspannungsquelie 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 Elektrolytstrom 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,

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die Maximalamplitude der dem Strom überlagerten Schwingungen etwa 10 A. Pro Minute treten etwa 20 Schwingungen auf. Die konstante Spannung wird etwa 1,5 Minuten lang aufrechterhalten. Während dieser Zeit wird der Niobhohlkörper 1 langsam um den Winkel CsLum die Drehachse 8 mit einer solchen Geschwindigkeit weitergedreht, daß am Ende des Zustandes mit konstanter Spannung die Breite der aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone 30 an der Innenfläche des Niobhohlraumresonators 1 etwa 2 mm beträgt. Anstelle einer kontinuierlichen Drehung kann der Niobhohlkörper auch in vielen, beispielsweise 20, kleinen Schritten insgesamt um den Winkel CL gedreht werden, wobei zwischen den Schritten jeweils Pausen von mehreren Sekunden eingelegt werden. Diese Art der schrittweisen Drehung lä.3t sich durch Ein- und Ausschalten des Motors 9 im entsprechenden Takt leicht erreichen, ohne daß ein Getriebe erforderlich ist. Nach der erwähnten Zeit von 1,5 Minuten, nach der die Maximalamplitude der Stromschwingungen überschritten M, wird die Spannung etwa 7 Minuten lang abgeschaltet, um die Auflösung der während der Schwingungen gebildeten Oxidschicht, die mit größter Wahrscheinlichkeit aus IiOpO₁- besteht, zu ermöglichen. Während dieser Pause von 7 Minuten wird der Elektrolyt mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 l/min umgepumpt. Der Elektrolytspiegel wird dabei vorteilhaft mit Hilfe des in Fig. 3 sichtbaren, in Fig. 1 nicht dargestellten, Verdrängerkörpers 31, der in den Elektrolyten eingetaucht werden kann, auf das in Fig. 3 angedeutete Niveau 32 angehoben, so daß er die gesamte während des vorhergehenden Polierschrittes aus dem Elektrolyten ausgetauchte Zone 30 bedeckt. Nach dem Spülen wird der Slektrolytspiegel wieder abgesenkt und der Niobhohlkörper beispielsweise um einen Drehwinkel von etwa 180° um die Drehachse 8 gedreht. Die dabei in den Elektrolyten eintauchende Nioboberflache ist oxidschichtfrei. Anschließend wird wiederum 1,5 Minuten lang eine Spannung von 12,5 V zwischen Anode und Kathode angelegt und der Niobhohlkörper während dieses Zustandes mit angelegter Spannung ebenso wie

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beim ersten Polierschritt langsam weitergedreht. Dabei werden die beim ersten Polierschritt außerhalb des Elektrolyten befindlichen Teile der Innenfläche des Niobhohlkörpers 1 poliert. Nach weiteren sieben Minuten langein Abschalten der Spannung und entsprechender Anhebung des Elektrolytspiegels wird der Niobhohlkörper erneut um etwa 180° weitergedreht und erneut poliert. Bei jedem Polierschritt wird von der Innenfläche des Niobhohlkörpers 1 eine etwa 1,5 /U starke Niobschicht abgetragen. Wird daher beispielsweise die Abtragung einer 150 /U starken Schicht angestrebt, so muß unter den Bedingungen des Ausführungsbeispiels jede Hälfte der Innenfläche des Niobhohlkörpers etwa 100 mal poliert werden, so daß bei einem Drehwinkel von etwa 180° nach jedem Polierschritt im ganzen etwa 200 Polierschritte erforderlich sind.

Die Anhebung des Elektrolytspiegeis zur Auflösung der Oxidschicht kann, wie bereits erwähnt, auch unterbleiben. Beim Drehen des Niobhohlkörpers um 180^J ηaoh dem Auflösen der Oxidschicht taucht dann die in Fig. 3 mit 30 Gezeichnete Zone, auf der sich eine Oxidschicht befindet, wieder in den Elektrolyten ein. Die gedämpften Stromschwingungen werden jedoch dadurch nicht behindert, da bei den angegebenen Abmessungen die Oberfläche dieser Zone nur etwa 1 $ der Fläche des in den Elektrolyten eingetauchten Teiles der Innenseite des Niobhohlkörpers 1 beträgt.

Die Dauer des Zustandes mit angelegter Spannung braucht auch nicht genau 1,5 Minuten zu betragen, sondern kann zwischen vorzugsweise etwa 0,7 und 2 Minuten variiert werden. Innerhalb dieser Zeit sollte der Niobhohlkörper vorzugsweise soweit gedreht werden, daß die Breite der am Ende dieser Zeit aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone etwa 1 bis 3 mm beträgt. Auch die Pausen mit abgeschalteter Spannung können kurzer als 7 Minuten, beispielsweise nur 6 Minuten, oder auch langer gewählt werden. Ebenso sind,

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wie bei dem Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 2 027 156 auch etwas andere Elektrolytzusammensetzungen, Badtemperaturen und Spannungen möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das hervorragend glatte Nioboberflachen ohne Stufen liefert, kann auch in einfacher Weise automatisiert werden. Im einfachsten Fall kann beispielsweise das Einschalten und Abschalten der Spannung, das Drehen des Niobhohlkörpers und das Umpumpen des Elektrolyten nach einem fest vorgegebenen Zeitprogramm erfolgen.

9 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims (9)

VPA 73/7544 Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrolytischen Polieren der Innenfläche eines mit wenigstens einer Öffnung versehenen Niobhohlkörpera, wobei der Niobhohlkörper als Anode nur teilweise in einen H₂SO., HP und H₂O enthaltenden Elektrolyten derart eingetaucht und um eine durch die öffnung verlaufende Drehachse derart drehbar 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, wobei ferner eine Kathode durch die öffnung in den Niobhohlkörper eingeführt und im Elektrolyten derart gegenüber dem Niobhohlkörper angeordnet wird, daß der Bereich des Elektrolyten, in welchem die an der Kathode bei Stromdurchgang gebildeten Gase zum Elektrolytspiegel aufsteigen, frei von Teilen der Innenfläche des Niobhohlkörpers ist, wobei weiterhin zwischen dem Niobhohlkörper und der Kathode eine konstante elektrische Spannung 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 so eingestellt wird, daß gedämpfte Stromschwingungen auftreten, und dann die Folge von Zuständen mit eingeschalteter und abgeschalteter Spannung noch mehrfach durchlaufen wird, und wobei der Niobhohlkörper während der Auflösung der Oxidschicht in Ruhe gehalten und nach Auflösung der Oxidschicht vor dem

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erneuten Anlegen einer Spannung um die Drehachse weitergedreht wird, nach Patent (Patentanmeldung

Akt.Z. P 21 46 794.7), dadurch gekennzeichnet, daß der Niobhohlkörper während der Zustände mit konstanter Spannung langsam um seine Drehachse mit einer so kleinen Drehgeschwindigkeit gedreht wird, daß die Ausbildung der gedämpften Schwingungen nicht gestört wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobhohlkörper während eines etwa 0,7 bis 4 min dauernden Zustandes mit angelegter Spannung höchstens soweit gedreht wird, daß die Breite der beim Abschalten der Spannung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone der Innenfläche des Niobhohlkörpers höchstens etwa 5 mm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobhohlkörper höchstens soweit gedreht wird, daß die Breite der beim Abschalten der Spannung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone seiner Innenfläche höchstens etwa 3 mm beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Niobhohlkörper soweit gedreht wird, daß die Breite der beim Abschalten der Spannung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone seiner Innenfläche 1 bis 3 mm beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobhohlkörper während der Zustände mit konstanter Spannung kontinuierlich gedreht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehen des Niobhohlkörpers während der Zustände mit konstanter Spannung in einzelnen kleinen Schritten erfolgt.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auflösen der Oxidschicht der Elektrolytspiegel innerhalb des Hohlkörpers wenigstens um die Breite der beim vorhergehenden Zustand mit angelegter Spannung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Zone angehoben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobhohlkörper während eines Zustandes mit angelegter Spannung nur soweit gedreht wird, daß die Fläche des am Ende der Drehung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Teiles der Innenfläche höchstens 3 i° der Fläche des innerhalb des Elektrolyten befindlichen Teiles .der Innenfläche beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobhohlkörper soweit gedreht wird, daß die Fläche des am Ende der Drehung aus dem Elektrolyten ausgetauchten Teiles der Innenfläche höchstens 2 fo der Fläche des innerhalb des Elektrolyten befindlichen Teiles der Innenfläche beträgt,

A09839/086b

Lee