DE2949807B1 - Elektrolytloesung zum Elektropolieren - Google Patents
Elektrolytloesung zum ElektropolierenInfo
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Description
35
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolytlösung zum Elektropolieren von metallischen Werkstücken
mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs.
Unter dem Begriff Elektropolieren oder elektrochemisches Polieren versteht man ein Verfahren, das
zur Einebnung und zum Glänzen einer ursprünglich rauhen und matten Metalloberfläche durch »anodisches
Abtragen mit äußerer Stromquelle« führt. Auf diese Weise ist es möglich, einem metallischen Werkstück
in relativ kurzer Zeit ohne Einsatz oberflächenbearbeitender Maschinen, wie Läpp- oder Honmaschinen
eine glatte und glänzende Oberfläche zu geben. Bei dem Verfahren werden insbesondere erhöhte Oberflächenbereiche,
wie z. B. die an der Oberfläche eines metallischen Werkstückes befindlichen Spitzen, schneller
abgetragen als die verhältnismäßig gleichförmigen Oberflächenbereiche.
Der theoretische Hintergrund für das Elektropolieren ist in dem Aufsatz »Elektrochemisches Polieren«
von J. Epelboin und M. Garreau, Zeitschrift Galvanotechnik 69, 1978, Nr. 6, S. 494 ff. aufgezeigt
Elektrolytlösungen zum Elektropolieren metallischer Werkstücke sind bekannt Sie bestehen im wesentlichen
aus konzentrierten Mineralsäuren, wie z. B. Schwefel-, Phosphor-, Chrom- oder Perchlorsäuren,
bzw. deren Mischungen. Dieser Grundzusammensetzung (Grundelektrolyt) sind zwecks Vermeidung des
Ätzens der Werkstückoberfläche mehr oder weniger große Mengen organischer Verbindungen, wie z. B.
Alkohole, Amine oder Karbonsäuren zugemischt
Es ist seit langem bekannt, daß diese bekannten Elektrolytlösungen den gestellten Anforderungen nicht
gerecht werden, da die genannten organischen Zumischungen die Kontinuität der Polierbedingungen
nicht gewährleisten. Chemische (z. B. Veresterung) und/oder elektrochemische Reaktionen (z. B. Oxidation,
Reduktion) führen zu fortlaufenden Veränderungen der Zusammensetzung der Elektrolytlösung, die
schließlich unbrauchbar wird.
Der bei den bekannten Elektrolyten bestehende zunehmende Verlust der Polierfähigkeit beruht insbesondere
darauf, daß Hydroniumionen, H3O+, frei werden,
welche die zu polierende Metalloberfläche ätzen. Durch Wasserzufuhr wird diese Dissoziation und damit
die Erzeugung der Protonen noch verstärkt Man hat deshalb versucht, die Bildung von Hydroniumionen
durch Zusatz organischer Verbindungen so weit als möglich zurückzudrängen.
Durch Zusatz organischer Verbindungen, insbesondere Alkohol, ergeben sich nun weitere Nachteile,
weil die Säure mit dem Alkohol unter Bildung von Estern reagiert. Es entstehen schließlich organische
Verbindungen, z. B. aus Phosphorsäure Phosphorsäure-Ester, die ihrerseits zu einem wesentlichen Teil für die
mangelnde Polierfähigkeit der bisherigen Elektrolyse mit verantwortlich sind.
Die Umwandlung bekannter Elektrolyte in einen unbrauchbaren Zustand kann in relativ kurzer Zeit
erfolgen; nachteilig ist, daß sie nur sehr schwierig in
ihrem zeitlichen Ablauf definierbar ist, weil dies bei industrieller Anwendung der Elektrolyte zu Unwägbarkeiten
führt, die bei einer modernen Serienfertigung zu erheblichen Ausfällen führen können. Es ist daher
in der Praxis unbedingt erforderlich, die Zusammensetzung einer im Gebrauch befindlichen Elektrolytlösung
ständig zu analysieren. Diese analytische Oberwachung
muß labormäßig erfolgen und kann somit nur in ganz seltenen Fällen vom Betreiber des Elektrolyten
selbst hinreichend genau durchgeführt werden. Demzufolge stellt die Überwachung der Elektrolytlösung
einen ganz erheblichen Kostenfaktor dar.
Bei einem bekannten Polierverfahren (CH-PS 187 439) wird Metaphosphorsäure in Elektrolyten
zum Polieren von Kupfer verwendet Dieses bekannte Verfahren führt nicht zu befriedigenden Polierergebnissen, da sich während des Poliervorganges eine
Schicht von schwerlöslichem Kupfer-Metaphosphat auf dem zu polierenden Gut bildet die eine gleichmäßige
Auflösung der zu polierenden Werkstückoberfläche verhindert.
Es ist ferner bekannt, zum Polieren von Nickel-Oberflächen
oder von Nicht-Eisenlegierungen des Nickels Meta- und Pyrophosphorsäuren einem chromsäurehaltigen
Elektrolyten zuzusetzen (GB-PS 610 019). Dieses bekannte Verfahren ist jedoch wegen der
Chromatanteile im Abwasser nachteilig, da die Abwässer nur durch eine aufwendige Abwasseraufbereitung
wieder entgiftet werden könnea
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolytlösung zu schaffen, deren Zusammensetzung
sich auch nach langem und häufigem Gebrauch nicht ändert und deren Polierfähigkeit auch bei längerem
Gebrauch nicht beeinträchtigt wird sondern unverändert erhalten bleibt
Die Elektrolytlösung soll ferner so beschaffen sein,
daß keine schwer bzw. unlösliche Schicht auf dem zu polierenden Gut entsteht und bei der lediglich eine
normale Neutralisation für die Reinigung des Abwassers erforderlich ist
ORIGINAL INSPECTED
Elektropolieren von metallischen Werkstücken mit einem Grundelektrolyt aus konzentrierten Mineralsäuren,
wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chromsäure oder Perchlorsäure oder Mischungen hieraus
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Zusatz Polyphosphat
vorgesehen ist
Besondere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Elektrolytlösung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Im folgenden wird für das Elektropolieren von ι ο Werkstücken aus rostfreiem, sogenanntem VA-Stahl,
eine optimale Zusammensetzung einer Elektrolytlösung angegeben:
Wasser 100 ml/1
Hinsichtlich der Polyphosphate ist dabei anzumerken, daß auch mit Substitutionsgrößen π = 26 oder
η — 36 überraschend gute Ergebnisse erzielt wurden.
Als Netzmittel kann beispielsweise ein fluoriertes Netzmittel benutzt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Elektrolytlösung wurden bei den nachfolgend angegebenen Polierbedingungen
hervorragende Polierergebnisse erzielt. Insbesondere hat es sich gezeigt, daß die Zusammensetzung der
Elektrolytlösung auch nach sehr langer Zeit und häufigemGebrauch
nahezu unverändert geblieben ist, so daß eine weitgehend gleichmäßige Polierqualität des Elektrolyten
gewährleistet ist
(Bad) Temperatur
Strotndid-*-
45-55°C
8-20 A/dm*
5—10 min
8-20 A/dm*
5—10 min
40
Dabei ergibt sich bei den unteren Stromdichtewerten hinsichtlich der Oberflächengüte der sogenannte
»Industrie-Glanz«; im oberen Stromdichtebereich wird Spiegelglanz erzielt
Für das Elektropolieren von Kupfer hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die erfindungsgemäße Elektrolytlösung
ausschließlich auf der Basis von Phosphorsäure als Grundelektrolyt anzusetzen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrolytlösung besteht darin, daß der Elektrolyt weitgehend
geruchlos ist und umweltschädliche Zusätze, wie Chromsäure, die bisher angewandt werden mußten,
entfallen können. Da auch der Zusatz von Alkohol nicht mehr notwendig ist fallen auch alle durch
Alkoholzusatz bedingten Nachteile weg, wie beispielsweise die Entstehung von Verpuffungen im Zusammenhang
mit dem bei jeder Elektrolyse anfallenden Sauerstoff und Wasserstoff. Die erfindungsgemäße
Elektrolytlösung ist somit insgesamt umweltfreundlicher, und zwar auch insbesondere deshalb, weil
diese gegenüber bekannten den Vorteil der Geruchlosigkeit hat und umweltschädliche Zusätze, beispielsweise
Chromsäure, wie sie bisher verwendet wurden, gänzlich entbehrlich werden.
Ein wesentlicher Vorteil liegt ferner darin, daß infolge
des Fortfalles organischer Zusätze, wie Alkohole, Amine, Karbonsäuren, die bisher notwendigen komplizierten
Analysen, bei denen meist aufwendige Trennverfahren, wie Chromatographie, notwendig
waren, entfallen können. Die Analyse der anorganischen Mischbestandteile gemäß der Erfindung ist
einfach.
Aus der einfachen Analysierbarkeit des erfindungsgemäßen Elektrolyten ergibt sich, daß die Elektrolysebäder
im industriellen Einsatz wesentlich einfacher zu überwachen sind. Diese Überwachung kann vom
Benutzer selbst durchgeführt werden, und die komplizierte Analyse in chemischen Labors kann in der
Regel entfallen.
Der erfindungsgemäße Elektrolyt hat nicht nur eine erheblich Standzeit mit ihm sind auch qualitativ
bessere Polierergebnisse bei sonst gleichen Bedingungen im Vergleich zu den bekannten Elektrolyten
erzielbar.
Schließlich liegt ein weiterer Vorteil darin, daß der
Schlammanteil bei Gebrauch des erfindungsgemäßen Elektrolyten geringer als bei vergleichbaren Elektrolyten
und vergleichbaren Elektrolysebedingungen ist
Claims (5)
1. Elektrolytlösung zum Elektropolieren von metallischen Werkstücken, bei der ein Grundelektrolyt
aus konzentrierter Mineralsäure, wie Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Perchlorsäure
oder Mischungen davon vorgesehen ist, dem mindestens ein das Ätzen der Metalloberfläche des zu
polierenden Werkstückes verhinderndes Zusatzmittel beigegeben ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zusatzmittel Polyphosphat ist
2. Elektrolytlösung nach Anspruch 1 zur Verwendung bei Werkstücken aus rostfreiem Stahl,
dadurch gekennzeichnet, daß der Grundelektrolyt aus einem Gemisch von Schwefel- und Phosphorsäure
besteht
3. Elektrolytlösung nach Anspruch 1 zur Verwendung bei Werkstücken aus Kupfer, dadurch gekennzeichnet,
daß als Grundelektrolyt Phosphorsäure vorgesehen ist
4. Elektrolytlösung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Grundelektrolyten
etwa 4 bis 5 g/l Polyphosphat zügemischt sind.
5. Elektrolytlösung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, gekennzeichnet durch einen Grundelektrolyten
aus 800 ml/1 etwa 85%iger technischer Phosphorsäure, 100 ml/1 etwa 96%iger Schwefelsäure,
100 ml/1 Wasser, 2,5 bis 3 mg/1 Netzmittel und 4—5 g/l Polyphosphat
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