DE686131C

DE686131C - Process for anodic polishing of metals, in particular steel

Info

Publication number: DE686131C
Application number: DE1938S0131303
Authority: DE
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 1938-02-10
Filing date: 1938-03-19
Publication date: 1940-01-03
Also published as: BE426294A; US2294227A; CH209170A; FR850135A; GB524272A

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
3. JANUAR 1940ISSUED ON
JANUARY 3, 1940

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 48 a GRUPPECLASS 48 a GROUP

S131303 Vlj48a S 131303 Vlj48a

Die Erfinder haben beantragt, nicht genannt zu werden.The inventors have requested not to be named.

Patentiert im Deutschen Reiche vom ig. März 1938 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 7. Dezember 1939Patented in the German Empire by ig. March 1938 Patent issued December 7, 1939

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum anodischen Polieren von Metallen, insbesondere von Stahl, in einem Pyrophosphorsäure enthaltenden Elektrolyten. Es ist schon vorgeschlagen worden, zum Polieren von Metalloberflächen, insbesondere von Kupferoberflächen, eine wäßrige Lösung von Pyro- oder Orthophosphorsäure zu verwenden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß mit Orthophosphorsäure keine befriedigenden Ergebnisse erzielbar sind, vor allem wenn es sich um Eisen oder Stahl handelt. Der Grund hierfür beruht anscheinend darauf, daß die Elektrolyse, zum mindesten bei Eisen oder Stahl, zum Bilden eines Eisenorthophosphates führt, welches sich in Form von Hydraten oder Hydroxyden niederzuschlagen sucht.The invention relates to a method for anodic polishing of metals, especially of steel, in an electrolyte containing pyrophosphoric acid. It has been suggested for polishing metal surfaces, in particular of copper surfaces to use an aqueous solution of pyro- or orthophosphoric acid. It has been found, however, that orthophosphoric acid is not satisfactory Results are achievable, especially when it comes to iron or steel. The reason for this is apparently due to that electrolysis, at least in the case of iron or steel, leads to the formation of an iron orthophosphate leads, which seeks to precipitate in the form of hydrates or hydroxides.

Aber auch eine wäßrige Lösung von Pyrophosphorsäure hat keine befriedigenden Ergebnisse. Demi eine solche wäßrige Lösung von Pyrophosphorsäure hat keine ausreichende Stabilität, vielmehr hat die Pyrophosphorsäure in wäßriger Lösung die Neigung, sich in Orthophosphorsäure zu verwandeln. Diese Eigenschaft wird noch durch Wärme oder durch die Anwesenheit einer anderen Säure gefördert.But even an aqueous solution of pyrophosphoric acid does not give satisfactory results. Such an aqueous solution of pyrophosphoric acid does not have sufficient stability, but pyrophosphoric acid has in aqueous solution the tendency to transform into orthophosphoric acid. This property is still through Heat or promoted by the presence of another acid.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich in jeder Hinsicht befriedigende, einwandfreie Ergebnisse erzielen lassen, wenn die Pyrophosphorsäure in einem Mittel gelöst wird, das die Stabilität dieser Säure während des Polierverfahrens sicherstellt. Ein solches Lösungsmittel darf offenbar nicht Wasser enthalten, da Wasser, wie gesagt, die Umwandlung in Orthophosphorsäure begünstigt. Es darf ferner nicht unter der Wirkung der Elektrolyse Anlaß zu Hydrolyseerscheinungen geben, die ein Freiwerden von Wassermolekeln zur Folge habenkönnen.However, it has been found that in every respect satisfactory, faultless Can achieve results if the pyrophosphoric acid is dissolved in an agent that increases the stability of this acid ensures during the polishing process. Such a solvent is apparently allowed does not contain water, as water, as I said, converts it into orthophosphoric acid favored. Furthermore, it must not give rise to hydrolysis phenomena under the action of electrolysis which can lead to the release of water molecules.

Als ein besonders geeignetes und den Anforderungen des anodischen Polierens in jeder Weise entsprechendes Lösungsmittel hat sich Alkohol erwiesen.As a particularly suitable and the requirements of anodic polishing in Alcohol has proven to be a suitable solvent in every way.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß es auch schon vorgeschlagen ist, Orthophosphorsäure mit Äther und Über-It should be noted in this connection that it has also already been proposed is, orthophosphoric acid with ether and super-

chlorsäure mit konzentrierter Essigsäure zu mischen. Weder Äther noch Essigsäure korn men jedoch als Lösungsmittel für Pyrophos- - phorsäure bei dem Verfahren gemäß der Erfindung· in Frage. Äther scheidet schon deswegen aus, weil er außerordentlich rasch verdampft und daher eine Mischung mit Äther unbrauchbar ist, während die Verwendung von Essigsäure als Lösungsmittel die ίο Umwandlung der Pyrophosphorsäure in Orthophosphorsäure begünstigen würde; wobei diese Umwandlung bei der Elektrolyse noch durch die Hydrolyse beschleunigt würde, zu der die Essigsäure Veranlassung geben würde. Eine Lösung der Pyrophosphorsäure in Essigsäure wäre also völlig unstabil.Mix chloric acid with concentrated acetic acid. Neither ether nor acetic acid grain Men, however, as a solvent for pyrophosphoric acid in the method according to the Invention · in question. Ether is eliminated because it moves extremely quickly evaporated and therefore a mixture with ether is unusable while in use of acetic acid as a solvent, the ίο conversion of pyrophosphoric acid into orthophosphoric acid would favor; this conversion still occurs during electrolysis would be accelerated by the hydrolysis which acetic acid would give rise to. A solution of the pyrophosphoric acid in acetic acid would therefore be completely unstable.

Die Erfindung ist in der "beiliegenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen dieThe invention is explained in more detail in the "accompanying drawings, namely show the

Fig. ι und 2 zwei verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, währendFig. Ι and 2 two different devices for performing the method according to the invention while

Fig. 3 den anodischen Poliervorgang selbst zu erläutern sucht.3 seeks to explain the anodic polishing process itself.

Der anodische Poliervorgang scheint sich folgendermaßen erklären zu lassen. Bei dem anodischen Polieren unter Verwendung eines Elektrolyten, der aus einer Lösung von Pyrophosphorsäure vorzugsweise in Alkohol besteht, bildet sich während der Elektrolyse, auf der von dem zu polierenden Körper A (Fig. 3) gebildeten Anode eine Schicht α aus wenig ionisierten und somit schlecht leitenden komplexen Salzen, die vermutlich aus pyrophosphorsaurem Eisen bestehen (das pyrophosphorsäure Eisen löst sich auf und verbindet sich neu mit der Pyrophosphorsäure).. The anodic polishing process seems to be explained as follows. In anodic polishing using an electrolyte consisting of a solution of pyrophosphoric acid, preferably in alcohol, a layer α of little ionized and thus poorly ionized forms during the electrolysis on the anode formed by the body A to be polished (FIG. 3) conductive complex salts, which presumably consist of pyrophosphoric iron (the pyrophosphoric acid iron dissolves and combines with the pyrophosphoric acid anew).

Der elektrische Widerstand dieser Schicht a ist wesentlich höher als der elektrische Widerstand des eig-entlichen Elektrolyten b. The electrical resistance of this layer a is significantly higher than the electrical resistance of the own electrolyte b.

In Fig. 3 sind die durch den Poliervorgäng auszugleichenden Rillen oder Riefen an der Oberfläche des zu polierenden Körpers A übertrieben groß dargestellt. Der Stromdurchgang an den Stellen der Vorsprünge und der Vertiefungen des Körpers A istIn Fig. 3, the grooves or grooves to be compensated by the polishing process on the surface of the body A to be polished are shown in an exaggerated manner. The passage of current at the locations of the projections and the depressions of the body A is

r + R' ■ durch das Verhältnis der Widerstände - ■ r + R '■ by the ratio of the resistances - ■

bestimmt. Wenn der Widerstand der Schicht a groß gegenüber dem Widerstand des Elektrolyten b ist, kann das genannte Verhältnis certainly. If the resistance of the layer a is large compared to the resistance of the electrolyte b , the said ratio can

gesetzt werden. Da ferner R} be set. Furthermore, since R}

1 · u ^Rl
gleich -----r— f 1 u ^Rl
equal ----- r— f

zu Anfang klein ist gegenüber /?², ergibt sich eine sehr energische Nivellierungswirkung, bis T?¹ = R² geworden ist.at the beginning small is opposite /? ² , there is a very vigorous leveling effect until T? ¹ = R ² has become.

Aus der genannten theoretischen Erläuterung des Poliervorganges ergibt sich, daß der Widerstand der auf der Anode gebildeten Schicht α sehr groß sein mti!.') gegenüber dem Widerstand des eigentlichen Elektrolyten. Diese Bedingung wird erfüllt bei einem Pyrophosphorsäure enthaltenden Elektrolyten. The above-mentioned theoretical explanation of the polishing process shows that the resistance of the layer α formed on the anode may be very high compared to the resistance of the actual electrolyte. This condition is met with an electrolyte containing pyrophosphoric acid.

'Ferner ist die Lösung von Pyrophosphorsäure in Alkohol stabil, d.h. sie besitzt während der ganzen Dauer der Elektrolyse in physikalischer wie in chemischer Hinsicht stets die gleichen Eigenschaften. Schließlieh hat die Lösung von Pyrophosphorsäure in Alkohol eine geeignete Viscosität, die mindestens gleich der des Wassers sein muß, d. h. die Viscosität des Elektrolyten muß mindestens etwa gleich 1 Zentipoise sein. Diese Viscosität ist notwendig, damit nicht die Stabilität der an der Anode gebildeten aktiven Schicht beeinträchtigt wird. Andererseits ist aber auch eine zu hohe Viscosität zu vermeiden, damit nicht etwaige Gasentwicklungen auf der Anode und auf der Kathode verhindert werden. Beispielsweise liegt die obere Viscositätsgrenze in der Größenordnung von einigen Poison.'Furthermore, the solution of pyrophosphoric acid in alcohol is stable, i.e. it has during the entire duration of the electrolysis, both physically and chemically always the same properties. Finally the solution of pyrophosphoric acid in alcohol has a suitable viscosity that must be at least equal to that of water, d. H. the viscosity of the electrolyte must be at least about 1 centipoise. This viscosity is necessary for it the stability of the active layer formed on the anode is not impaired. On the other hand, however, too high a viscosity should also be avoided, thus avoiding any Gas development on the anode and on the cathode can be prevented. For example the upper viscosity limit is of the order of a few poison.

Vorzugsweise ist die Lösung von Pyrophosphorsäure in Alkohol konzentriert, und zwar beispielsweise so weit, daß sich 400g· Pyrophosphorsäure in 1 1 Lösung befinden. Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung müssen vor allem die schnelle Abführung der Wärme erlauben, die in der Lösung beim Durchgang des Stromes auftritt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise, wie dies in Fig. 1 schaubildlich dargestellt ist, der die Kathode bildende Behälter 1 aus Aluminium oder aus sonstigem die Wärme gut leitendem Metall hergestellt. Um den Strom auf den jeweils günstigsten Wert einstellen zu können, ist in den elektrischen Stromkreis ein einstellbarer Widerstand /?^Λ eingeschaltet. Die zu Beginn des Arbeitsvorganges anzuwendende Stromstärke wird derart gewählt, daß sie an der Anode eine reichliche Entwicklung von Sauerstoff hervorruft. Die Stromstärke nimmt dann plötzlich zu, und die Temperatur ist, sofern es sich um das Polieren von Stahl handelt, etwa gleich 20⁰ C. Die Stromstärke wird dann derart eingeregelt, daß sie nicht das Bestreben hat, plötzlich zu- oder abzunehmen. ^uo Ein solcher Wert entspricht einem guten Fortgang des Polierverfahrens. Bei derPyrophosphatlösung, von der oben die Rede gewesen ist, ist die Stromstärke etwa gleich 30 Ampere je dm². ⁿ5The solution of pyrophosphoric acid is preferably concentrated in alcohol, for example so far that there are 400 g · pyrophosphoric acid in 1 liter of solution. The devices for carrying out the method according to the invention must above all permit the rapid dissipation of the heat that occurs in the solution when the current passes through. For this purpose, for example, as is shown diagrammatically in FIG. 1, the container 1 forming the cathode is made of aluminum or of some other metal that conducts heat well. In order to be able to set the current to the most favorable value in each case, an adjustable resistor /? ^Λ switched on. The current strength to be applied at the beginning of the working process is chosen in such a way that it causes an abundant development of oxygen at the anode. The current strength then suddenly increases, and the temperature, if it is a question of polishing steel, is approximately equal to 20 ^° C. The current strength is then regulated in such a way that it does not tend to suddenly increase or decrease. ^uo Such a value corresponds to a good progress of the polishing process. In the case of the pyrophosphate solution mentioned above, the current strength is approximately equal to 30 amperes per dm ² . ⁿ 5

Es ist andererseits darauf hinzuweisen, daß der Poliervorgang" plötzlich durch die bekannte Erscheinung des Passivwerdens des Stahls angehalten werden kann. Um das Auftreten dieser Erscheinung zu verhindern, braucht der Stahlkörper nur mit einem sauberen Kupferstab -in Berührung gebracht zuOn the other hand, it should be noted that the polishing process "suddenly by the known The appearance of the steel becoming passive can be halted. To that To prevent this occurrence, the steel body only needs to be cleaned with a clean one Copper rod-brought into contact with

werden, oder es kann auch eine mechanische •Einrichtung vorgesehen werden, die von Zeit zu Zeit selbsttätig diese Berührung bewirkt.or a mechanical device can be provided, which can be made from time to time at time automatically causes this contact.

Die Form und Ausbildung der Mittel zum Halten des zu polierenden Körpers hängen von letzterem ab. Wenn es sich beispiels_; weise um die Achse 2 einer Rolle handelt,The shape and design of the means for holding the body to be polished depend on the latter. If it is for example _; is wise around the axis 2 of a role,

. die in Fig. 1 dargestellt ist, so kann man diese Achse in den Behälter 1 mittels eines Stahlkörpers hineinhängen, welcher den Elektrodenträger bildet. Das Ganze ist derart angeordnet, daß die Stromverteilung auf der zu polierenden Oberfläche möglichst gleichförmig ist.. which is shown in Fig. 1, you can this axis in the container 1 by means of a Hang in the steel body, which forms the electrode carrier. The whole thing is like that arranged so that the current distribution on the surface to be polished is as uniform as possible is.

Gemäß Fig. 2 ist angenommen, daß es sich um das Polieren einer Rolle 4 handelt. Diese ruht beispielsweise auf einem dreillüssigen Gestell 5 aus Glas auf. Die Kathode kann durch eine Stange 6 verlängert werden, die sich bis in das Zentrum der Rolle erstreckt. Die Zuleitung des Stromes zu der Anode geschieht beispielsweise durch einfachen Kontakt einer Elektrode 3, die durch das Innere eines Glasrohres 7 hindurchgeführt ist.According to FIG. 2, it is assumed that a roller 4 is being polished. This rests, for example, on a three-pipe Frame 5 made of glass. The cathode can be extended by a rod 6, which extends to the center of the roll. The supply of electricity to the Anode happens, for example, by simply contacting an electrode 3, which is through the interior of a glass tube 7 is passed through.

Selbstverständlich können bei anderen Formen und Abmessungen der zu behandelnden Körper auch irgendwelche anderen Einrichtungen benutzt werden.Of course, with other shapes and dimensions of the to be treated Body can also be used in any other facility.

Mit dem Verfahren und den Vorrichtungen gemäß der Erfindung erhält man eine praktisch vollkommene Polierwirkung, die außerdem noch sehr rasch erzielt wird. Die er-Imdungsgemäß erzielte Polierwirkung schließt jede Möglichkeit des Fressens der polierten Teile aus, erhöht ihre Widerstandskraft und hat eine erhebliche Putzwirkung auf die Metalloberfläche. With the method and devices according to the invention one obtains a practical one perfect polishing effect, which is also achieved very quickly. The he-Imdue The polishing effect achieved eliminates any possibility of seizure of the polished parts, increases their resistance and has a significant cleaning effect on the metal surface.

Wenn es sich beispielsweise um eine Achse handelt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, und wenn eine alkoholische (Spiritus-) Lösung von Pyrophosphorsäure verwendet wird, so ist der Poliervorgang innerhalb von etwa ro Minuten vollendet. Nach diesem Zeitraum wird der polierte Teil so rasch wie möglich aus der Lösung herausgenommen und in eine Säurelösung eingetaucht, welche die Spuren von pyrophosphorsaurem Eisen, die noch an der Oberfläche des Körpers haften können, auflöst. Zu dem genannten Zweck kann beispielsweise eine verdünnte, wäßrige Lösung von Ortophosphorsäure dienen. Hierauf wird der Körper mit destilliertem Wasser und mit Alkohol abgespült und auf sauberer Wäsche getrocknet.For example, if it is an axis as shown in Fig. 1, and if an alcoholic (spirit) solution of pyrophosphoric acid is used, so the polishing process is completed within about ro minutes. After this period the polished part is taken out of the solution as quickly as possible and immersed in an acid solution, which Dissolves the traces of pyrophosphoric acid that may still adhere to the surface of the body. To the above A dilute, aqueous solution of orthophosphoric acid, for example, can serve this purpose. Then the body is distilled with Water and rinsed with alcohol and dried on clean laundry.

Claims

Patent claims:

1. Process for anodic polishing of metals, especially steel, in an electrolyte containing pyrophosphoxic acid, characterized in that that the pyrophosphoric acid is used dissolved in an agent which increases the stability of this acid during the polishing process ensures.

2. The method according to claim 1, characterized in that alcohol is used as the solvent.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the concentration the solution is 400 g of pyrophoric acid per liter of solution.

1 sheet of drawings