DE664201C - Verfahren zum elektrolytischen Beizen von Werkstuecken aus Metallen und Metallegierungen, besonders Eisen und Eisenlegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beizen von Werkstücken aus Metallen und Metallegierungen, besonders Eisen und Eisenlegierungen. Es kann für die verschiedenartigsten Eisen-, Stahl- oder Metallgegenstände verwendet werden.

Es wurde bereits ein elektrolytisches Beizverfahren vorgeschlagen, bei dem die Beizflüssigkeit auf elektrolytischem Wege gleichzeitig mit dem Beizvorgang regeneriert wird. In diesem Fall durchfließt der elektrische Strom die Anode, das Werkstück als Mittelleiter und soll das gelöste Metall an der Kathode abscheiden. Es ist auch bekannt, als Beizelektrolyten für diesen Verwendungszweck angesäuerte Eisensulfatlösung zu verwenden. Kathoden- und Anodenraum sind nicht getrennt. Diese Anordnung macht es naturgemäß unmöglich, Stromverluste durch das Hinundherpendeln von Metallionen zwisehen zwei verschiedenen Wertigkeitsstufen hintanzuhalten. Bei dieser Anordnung ist es ferner nur möglich, einen sehr niedrigen Säuregrad zu halten, weil eine höhere Azidität die Abscheidung des Metalles an- der Kathode verhindert bzw. lösend auf dieselbe wirkt. Diese Übelstände werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß zwischen Anode und Kathode bzw. um die Kathode ein Diaphragma angeordnet wird. Dadurch werden Stromverluste verhindert und die Regeneration gegebenenfalls bis zu einem hohen Säuregrad ermöglicht.

Auch die Verwendung von Diaphragmen bei der elektrolytischen Mittelleiterbeize ist prinzipiell bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren ist sowohl die Kathode als auch die Anode von Diaphragmen umgeben. Die

Ware befindet sich zwischen den Diaphragmen, während der Anoden- und der Kathodenraum frei von Beizgut bleibt. Diese Anordnp hat den Nachteil, daß der anodisch gebijaete Sauerstoff vom Beizelektrolyten ferngehalten wird und nicht nur durch Verhinderung^ Beizsprödigkeit qualitätsverbessernd auf das Material wirken kann; außerdem bringt das Anodendiaphragma einen zusätzlichen Stromverlust. Bei diesen Verfahren ist auch eine Regeneration des Beizelektrolyten durch kathodisch abgeschiedenes Metall wegen des Säuregehaltes im Katholyten nicht möglich. Alle geschilderten Unzulänglichkeiten werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß das Beizgut als Mittelleiter oder als Anode in den Anodenraum eingebracht wird, so daß der sauerstoffgesättigte Anolyt gleichzeitig Beizelektrolyt ist. Hierdurch wird die Beizsprödigkeit auf ein Mindestmaß zurückgedrängt. Stromsparend wirkt ferner bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Weglassung des Anodendiaphragmas und die Teilnahme von Metallionen am Stromtransport, wodurch auch die Wasserstoffentladung an der Kathode herabgesetzt wird. Außerdem ist erfindungsgemäß der Katholyt nicht so sauer wie der Anolyt, so daß eine ständige Metallabscheidung und Regenerierung der Beizflüssigkeit möglich ist. Erfindungsgemäß wird das Werkstück in ein ,geeignetes Beizbad von an sich bekannter Zusammensetzung gebracht. Im Beizbottich befinden sich eine oder mehrere Anoden aus indifferenten Stoffen, wie Pb₃ Fe₃O₄, MnO₂, C, oder auch die anodisch geschalteten Werkstücke, ferner eine oder mehrere Kathoden, vorzugsweise aus dem gleichen Stoff wie das Werkstück bestehend. Zwischen Kathoden und Anoden sind außerdem ein oder mehrere Diaphragmen derart eingeschaltet, daß sich die zu beizende Ware im Anodenraum befindet. Die Gestaltung dieser Diaphragmen kann je nach Art und Zweck verschieden sein. Das Plattendiaphragma ist wegen seiner Größe sehr zerbrechlich, besser ist schon das unterteilte und in Rahmen gefaßte Plattendiaphragma. Es ist das völlige Abdichten der Fugen ziemlich schwierig. Wird das Plattendiaphragma während des Betriebes undicht, muß das Beizen in dem betreffenden Bottich unterbrochen werden, will man nicht Gefahr laufen, daß die ganze Kathode zerstört und das bestandene Gleichgewicht gestört wird. Um den Schaden beheben zu ''können, muß die Beizflüssigkeit abgelassen werden.

Erfindungsgemäß werden alle diese geschilderten Übelstände dadurch beseitigt, daß man die Diaphragmen als Gefäße ausbildet, So welche die Kathodenräume umschließen. Eine vorzugsweise Ausführungsform dieser Diaphragmen ist die Ausbildung als Zylinder. Erfindungsgemäß ist es auch von besonderem !•.Vorteil, nicht einen, sondern mehrere Kathodenräume in einer Beizanlage zu haben, 4?eil dadurch der Betrieb auch bei Bruch einiger Diaphragmen zumindest noch so lange aufrechterhalten werden kann, bis, auch während des Betriebes, Reservediaphragmen eingesetzt sind. Von besonderem Vorteil kann es sein, das Diaphragmengefäß nicht aus einem Stück herzustellen, sondern aus mehreren kurzen zylindrischen Einzelstücken zusammenzufügen. Es kann die Bodenplatte des. Diaphragmengefäßes aus nichtleitendem Werkstoff, wie z. B. Bakelit, hergestellt werden. Diese Bodenplatte kann auch durch irgendeine Aufhängevorrichtung, z. B. eine Eisenstange, auf der Kathodenschiene befestigt werden und trägt auf diese Weise das ganze Diaphragma. Die Aufhängevorrichtung befindet sich innerhalb der Diaphragmenröhre. An der Aufhängestange können auch gleichzeitig das oder die Kathodenbleche aufgeschraubt sein, welche ins Diaphragmeninnere 8g (den Kathodenraum) hereinhängen. Der Strom fließt dann vom Kathodenblech durch die Aufhängestange und durch die Kathodenschiene »ab. Das Diaphragma kann aus allen möglichen, an sich bekannten Diaphragmen-Werkstoffen bestehen, z. B. aus verschiedenen : Sinterprodukten oder aus gebranntem Ton. Die Kathode allein oder samt Diaphragma befindet sich entweder dauernd in der Beizflüssigkeit oder kann auch erst bei Bedarf in diese gebracht werden. Hierfür können gegebenenfalls auch Aufhänge- oder Tragvorrichtungen aus Holz- oder anderem isolierendem Material vorgesehen werden. Es können vorteilhaft die Elektroden oder die Dia-100 phragmen durch säurebeständige, elektrisch indifferente Stoffe geschützt werden. Diese Schutzvorrichtungen sind so gebaut, daß sie im Bad einen möglichst geringen Widerstand erzeugen, beispielsweise Gitterkonstruktionen. Erfindungsgemäß hat man es in der Hand, bei einem bestimmten Beizgutdurchsatz die geeignete Azidität durch die pro Zeiteinheit durch das Bad geschickte Strommenge einzustellen. Die geeigneten Hilfsmittel hierzu sind 110 ^; Veränderung der Leistung der Stromquelle, Veränderung des elektrischen Widerstandes der Diaphragmen durch Veränderung der Dicke und Dichte- der Diaphragmenwände oder Änderung der Anzahl der eingesetzten Diaphragmenzylinder, ferner die Beeinflus- "

sung der Leitfähigkeit des Bades durch chemische Zusätze sowie Änderung der Temperatur.

Es werden erfindungsgemäß folgende Vorteile erzielt: Die Regeneration kann bis zu ■'■■; einer hohen Konzentration der aktiven

Agenzien ermöglicht werden. Ein Verbrauch an Beizlösung findet nicht oder nur in geringem Maße statt, d. h. das im Bad wirksame Reagens regeneriert sich durch den Strom und braucht keine Wartung. Das durch die Beize evtl. gelöste Metall geht nicht verloren, sondern schlägt sich auf der Elektrode nieder. Es kann ein sehr dichter Metallniederschlag erzielt werden. Evtl. abblätterndes abgeschiedenes Metall kommt nicht mehr zur Auflösung, sondern sammelt sich im Kathodenraum. Sollte mehr Beizgut die Beize passieren, als dem Stromdurchgang bzw. der Regeneration entspricht, dann ist ein Wechsein des Beizbades nicht zu umgehen; es werden jedoch gegenüber der chemischen Beize pro Einheit gebeizter Ware weniger Säure verbraucht und ein Beizgut nahezu frei von Beizsprödigkeit erzielt. Das Hinundherwandem von Metallionen, die in mehreren Wertigkeitsstufen stabil sind, zwischen Anode und Kathode ist praktisch nnmöglich gemacht; hierdurch werden die größten Stromverluste ausgeschaltet. Die Anoden- und Beizflüssigkeit ist mit anodisch gebildetem Sauerstoff übersättigt, und es hat sich gezeigt, daß in einem solchen "Bad die Wasserstoffaufnahme und damit die Beizsprödigkeit verhindert wird. Die hängende Anordnung des Diaphragmas hat den Vorteil, daß Störungen jeder Art, auch Undichtigkeit des Diaphragmas, ohne Unterbrechung des Betriebes behoben werden können. Die Dichtung des Diaphragmas kann außerhalb des Beizbottichs durchgeführt werden. Außerdem können sich Bad verunreinigungen, wie z. B. Zunderreste, unter dem Diaphragmengefäß ablagern. Die Beizzeit ist sehr kurz, und die Beizschärfe ist gesteigert, so daß auch rostfreies Metall ohne weitere Zusätze gebeizt werden kann.

Ausführungsbeispiel A

Im Beiztrog befindet sich außer einer schwach angesäuerten Ferrosulfatlösung die Anode samt Schutzvorrichtung und die Kathode. Ferner befindet sich zwischen Anode und Kathode, jedoch näher bei letzterer, eine Diaphragmenplatte, welche Anoden- und Kathodenraum trennt. Anode: Graphit, Kathode:

Eisenblech. Das Diaphragma besteht aus gebranntem Ton und sind vier Platten in einen Kreuzrahmen eingesetzt. Der Strom wird eingeschaltet. Stromdichte 100 Amp./m², Spannung 8 Volt. Elektrolyteisen schlägt sich auf der Kathode nieder, die Anodenflüssigkeit reichert sich mit Schwefelsäure an. Ebensogut kann man gleich erstmalig von jener Badzusammensetzung ausgehen, welche man auf eben beschriebene Weise erhalten hat. Das Bad wird auf etwa 50° C erwärmt und dig zu beizenden Gegenstände in den Anodenriötöi*' eingebracht. Der Strom bleibt während-der Beizung eingeschaltet und bringt die in Lösung gegangenen Eisenmengen wieder zur Abscheidung. Säurekonzentration: etwa 5°/o freie Schwefelsäure. Sulfatkonzentration: nahezu heiß gesättigt. Ware: verzunderte Drahtringe. Beizdauer etwa 20 Minuten. Nach Ausbringen der gebeizten Ware ist die Beize wieder betriebsbereit.

Ausführungsbeispiel B

Im Beizbottich befindet sich eine unangreifbare Anode, außerdem vier Diaphragmengefäße (zylindrisch) von folgenden Abmessungen: Innerer Durchmesser 10 cm, Wandstärke ι cm. In den Diaphragmengefäßen befinden sich die Kathodenflüssigkeit und die Kathoden aus Eisenblech. Diese sind durch eine Querschiene miteinander leitend verbunden. Die Diaphragmengefäße stehen in der Heizflüssigkeit (Anodenflüssigkeit) und sind im Bottich so aufgestellt, daß zwischen ihnen und der Anode 'ein möglichst großer freier Platz bleibt. Hier wird das Beizgut eingetragen. Badzusammensetzung, Beizdauer, elektrische Daten und Temperatur wie in Ausführungsbeispiel A.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrolytischen Beizen von Werkstücken aus Metallen und Metallegierungen, besonders Eisen und Eisenlegierungen, nach dem Mittelleiterveirfahren oder bei Schaltung des Werk-Stückes als Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Ware sich im Anodenraum befindet und dieser durch ein oder mehrere Diaphragmen vom Kathodenraum getrennt-ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen Anode und Kathode befindliche Diaphragma als Gefäß ausgebildet ist, welches den Kathodenraum umschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch gleichzeitige Verwendung mehrerer Diaphragmengefäße in einem Beizbottich der Kathodenraum unterteilt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geeignete Säuregrad durch Regulierung der durch das Bad pro Zeiteinheit gehenden Elektrizitätsmenge eingestellt wird.