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Gerät zum elektrolytischen Polieren und/oder Ätzen
| Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Vorbereitung |
| von Metallen zu inetallographischen Untersuchun- |
| gen, Erzeugung von spannungsfreien Oberflächen- |
| gebiet:n zur Röntgenuntersuchung, Härteprüfung |
| usw. durch kurzes elektrolytisches Polieren und/oder |
| Ätzen. Im Gerät sind Mittel vorgesehen, um einen |
| elektrolytischen Strom durch eine feststehende |
| Kammer zu führen, in -,welcher in ihrer oberen, im |
| wesentlichen horizontalen Wand eine Öffnung vor- |
| gesehen ist, gegen welche das Werkstück anliegen |
| soll. |
| Per Zweck der Erfindung ist, ein Gerät der oben- |
| crwä hnten .\rt herzustellen, durch welches elektro- |
| Ivtisches Polieren ohne die bei den bekannten Ge- |
| räten v(il-liandeiien h'belstände geschehen kann. |
Ein anderer Zweck der Erfindung ist, Kantenuntersuchungen zu ermöglichen und Elektropolieren
zu gestatten, ohne daß die Schleifprobe die Öffnung der Elektrolysenkammer vollständig
zu decken braucht.
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Weitere Zwecke der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung hervor.
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Bei elektrolytischem Polieren stellt der zu polierende Gegenstand
die Anode dar. Eine vollständige Erklärung dessen, was während des Anodenelektropolierens
geschieht, gibt es noch nicht, jedoch in großen Zügen genommen gilt, daß bei einem
gegebenen Metall und einem bestimmten Elektrolyt, angewandt in einem gegebenen Temperaturbereich
und einem bestimmten Stromstärkenbereich, ein
Ausgleich von Unregelmäßigkeiten
in der Oberfläche dadurch geschieht, daß hervorspringende Teile des Metalls verschwinden.
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Einer der ersten, die ein Gerät zur Verwendung bei metallographischen
Untersuchungen konstruierten, war der französische Forscher J a c q u e t Später
konstruierten D e S y und H a e m e r ein ähnliches Gerät mit einem Rührer, um der
Elektrolyt im Elektrolysengefäß in Bewegung zt setzen.
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Schwedische Forscher, wie L ö w g r e n und H i 1 d e b r a n d sowie
v. H a m o s , haben Geräte nach ähnlichen Prinzipien gebaut; gemeinsam für alle
die erwähnten Geräte ist jedoch, daß es zur Erreichung gleichartiger Polierbedingungen
nötig ist, Proben gleicher Form aus dem zu untersuchenden Werkstoff auszuscheiden.
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Dieser Übelstand wurde bei einem von Wayne P a r c e 1 beschriebenen
Gerät behoben, welches die Grundlage für den im Handel befindlichen Y Buehlers Electropolisher«
bildet. Dieses Gerät hat einen Elektrolytbehälter, der während der Bedienung von
einer Lage in die andere geneigt werden kann, so daß der Elektrolyt im einen Fall
nicht bis zur Öffnung in der Wand der Elektrolytkammer reicht, in der anderen Lage
jedoch diese Öffnung deckt. Der zu polierende Gegenstand, die Probe, wird in Anlage
gegen die Öffnung montiert, während der Behälter derart steht, daß der Elektrolyt
nicht auslaufen kann, und nach der Montage wird der Behälter gekippt, worauf die
Elektrolyse ausgeführt wird. Das bekannte Gerät hat u. a. den Nachteil, daß es erforderlich
ist, daß die Probe die Öffnung vollständig deckt, und es ist schwer, den einmal
ausgelaufenen Elektrolyt wieder in den Elektrolytbehälter zurückzuführen.
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Bei einem feststehenden Gerät ist es aus praiktischen Gründen am zweckmäßigsten,
daß die Elektropolierung auf einer abwärts gekehrten Fläche stattfindet, wobei man
vorzugsweise mit einem waagerechten Tisch arbeitet. Indessen gibt gerade eine solche
Anbringung Schwierigkeiten hinsichtlich der Erzielung eines zufriedenstellenden
Elektropolierens, da Neigung zur Blasenbildung an der zu elektropolierenden Fläche
besteht, was ein gutes Resultat verhindert. Rein unmittelbar könnte man meinen,
daß man etwaige Blasen leicht mittels eines Elektrolytstroms entfernen könnte, in
der Praxis zeigen sich aber große Schwierigkeiten, weil Strömung des Elektrolyt
leicht bewirkt, daß an der Unterseite des Werkstücks ein Saugen entsteht, so daß
der Elektrolyt nicht in gleichmäßige Berührung mit dem zu elektropolierenden Gebiet
kommt.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen zeigen,
daß es unumgänglich ist, daß die Elektrolytkammer nach ganz bestimmten Richtlinien
geformt wird, wenn die obenerwähnten Nachteile vermieden werden sollen. Nach der
Erfindung muß die Kammer eine solche Form und einen solchen Ein- und Ablauf für
die Flüssigikeit haben, daß mittels einer Pumpe o. dgl. ein Flüssigkeitsstrom entsteht,
der einerseits einen statischen I Druck gegen die in der Öffnung liegende Fläche
des Werkstücks ausübt und andererseits eine solche Strömung des dicht gegen das
Werkstück anliegendenTeils derFlüssigkeit bewirkt, daß etwaigeLuftblasen mit dem
Flüssigkeitsstrom sofort mitgerissen werden.
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Im folgenden wird die Erfindung näher unter Hinweis auf die rein schematische
Zeichnung beschrieben.
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Fig. i zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines Ausführungsbeispiels
für das Gerät nach der Erfindung, Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen für Deckplatten
nach der Erfindung und Fig. 4 in kleinerem -Maßstab einen Schnitt einer praktischen
Anordnung des Elektrolytbehälters. Das in Fig. i gezeigte Gerät hat eine Oberplatte
i, die eine Schale 2, z. B. aus rostfreiem Stahl oder einem geeigneten Kunststoff,
Glas o. dgl., zum Auffangen gegebenenfalls überlaufenden Elektrolyts, sowie einen
Körper 3 aus einem geeigneten Isolierwerkstoff trägt, in welchem Körpereine Elektro-'
lysenkammer 4 ausgebildet ist. Der Isolierkörper 3, der auswechselbar sein ikann,
ragt in eine geschlossene Kammer 5 hinunter, die von Wänden begrenzt ist, wovon
einige, und zwar 6, 7 und 8, aus der Figur ersichtlich sind. Die Kammer 5 ist flüssigkeitsdicht
mit der Oberplatte i verbunden. An der Unterseite der Wand 7 ist ein Ring 9, z.
B. aus Kunstgummi, angeordnet, gegen welchen ein zylindrischer Glasbehälter io,
der einen Elektrolyt i i enthält, drückt. Der Elektrolytbehälter io wird gegen den
Ring 9 von einer Feder 12 gedrückt, die auf dem Boden eines Metallkäfigs 13 ruht,
welcher z. B. aus zwei rechtwinklig gebogenen, einander kreuzenden Metallbändern
bestehen kann. Nur das eine Band mit zwei senkrechten Schenikeln 14 und 15 ist in
der Figur angedeutet. Der Metallkäfig kann auf verschiedene Weisen leicht abnehmbar
befestigt werden, z. B. mittels eines Bajonettverschlusses. Der Einfachheit halber
ist in der Zeichnung eine Befestigung gezeigt, bei welcher die beiden Schenkel 14
und 15 an dem oberen Ende um zwei Nocken 16 und 17 an-die Außenseite der Wände 6
und 8 greifen. Es ist zweckmäßig, daß die Möglichkeit besteht, den Elektrolyt im
Glasbehälter io während des Betriebs zu betrachten. Die hier beschriebene Bauart
ermöglicht ein Auswechseln des Eloktrolytbehälters in wenigen Sekunden.
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In den Elektrolyt taucht eine Pumpe 18 ein, die rein schematisch gezeigt
ist, und die von einem nicht gezeigten Motor, der außerhalb des den Elektrolytbehälter
io und die Kammer 5 bildenden Raumes liegt, getrieben wird. Eine in der Praxis benutzte
exzentrische Montierung des Elektrolytbehälters io im Verhältnis zur Kammer 5 ist
in Fig. 4 gezeigt. Im Boden der Kammer ist nur eine einzige, halbmondförmige Öffnung
vorhanden, und die senkrechte Welle für die Pumpe ragt außerhalb der Kammer 5 aufwärts.
Die Kraftübertragung zur Pumpe geschieht durch eine ebenfalls nicht gezeigte Transmission.
Die Geschv-indigkeit der Pumpe und somit der Druck können entweder durch mechanische
Mittel
oder durch die Motorgeschwindigkeit regelnde elektrische Mittel geregelt werden.
Die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyt und der statische Druck
an der Unterseite der Probe sind ein charakteristisches Merkmal des Geräts nach
der Erfindung.
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Die Pumpe 18 steht durch eine Röhre i9 mit der Elektrolysenkammer4
in Verbindung, deren waagerechter Querschnitt rechteckig ist. Die der Erfindung
zugrunde liegenden Untersuchungen haben gezeigt, daß die Form der Kammer in Verbindung
mit der Anbringung des Einlaufs 'und des Ablaufs von wesentlicher Bedeutung für
ein gutes Ergebnis bei Geräten des hier besprochenen Typs mit aufwärtsgekehrten
Arbeitsöffnungen und, feststehender Elektrolysenkammer ist. Andere Formen der Elektrolysenkammer
können @-erw-endet werden,'wenn man nur darauf achtet, (laß der Elektrolyt einerseits
einen statischen Druck gegen das Werkstück ausübt und andererseits in einer solchen
Weise strömt, daß etwaige Luftblasen mit dem Flüssigkeitsstrom mitgerissen werden.
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Die l:lektrolysenil:ammer 4 ist oben durch eine leicht abnehmbare
Deckplatte 20 geschlossen,. und zwischen dieser Deckplatte 20 und dem Isolierkörper
3 ist ein geschlossener Überlaufkanal 21 angeordnet, der in einen Ablaufkanal 22
mündet, dessen Mündung ein Stück über die Oberfläche des Iaektrolyt gehoben ist.
In der Deckplatte 20 ist ferner eine Meine Öffnung 23 angebracht, die an der Stelle,
wo der waagerechte Überlaufkanal in den fast senkrechten Ablauf übergeht liegt.
Durch die erwähnten Maßnahmen wird gewährleistet, daß die während des Betriebs im
Ablaufkanal 22 sich befindende Flüssigkeitssäule keinen Einfluß auf die Strö niuiig
und den statischen Druck in der Elektrolysenkammer 4 und dem Überlaufkanal 21 erhält.
1)ie Querschnitte des Einlaufkanals, des Überlaufkanals und des Ablaufkanals werden
in geeigneter Weise gewählt, z. 13. derart, daß der Querschnitt des Einlaufkanals
und des Ablaufkanals größer als der des Vberlaufkanals ist. Dies in Verbindung mit
der Kammergestaltung ermöglicht die Erreichung des erwähnten statischen Drucks.
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In der Deckplatte 20 ist eine Arbeitsöffnung 24 ausgespart (vgl. Fig.
2 und 3), welche zwei verschiedene Ausfiilirurigsforciien der Deckplatte nach der
1?rfindung zeigen, und zwar mit einer runden bzw. einer länglichen, rechteckigen
Arbeitsöffnung. f)ie letztere gibt eine Möglicli@keit, den Charakter grober Querschnitte
mittels einer zusammenhängenden, streifenförmigen Elektropolierung zu untersuche»,
so daß damit eine Untersuchung ermöglicht wird, zu der früher eine wesentlich größere
polierte I# 1ä clie finit entsprechendem größeren elektrischen Zubehiir erforderlich
gewesen wäre. Die Deckplatten in 1, ig. 2 und 3 sind in Unteransicht in Fig. i gezeigt,
und man sieht, daß der Rand um die Arbeitsöffnung 24 herum abgeschrägt ist. Hierdurch
wird eine ()uerschnittsvergrößerung der Arbeitsöffnung 24 vo» außen und nach innen
gegen die Elektrolyseiikammer 4 erreicht, was die Entfernung von Luftblasen erleichtert.
Wenn das Gerät benutzt werden soll, wird eine Deckplatte 2o mit einer Arbeitsöffnung,
deren Form und Größe nach Belieben sein kann, gewählt. Die Deckplatte wird., wie
in Fig. i gezeigt, angebracht, und oben auf dieselbe wird das zu untersuchende Werkstück
25 gelegt. Das Werkstück wird mittels eines Bügels 26 festgehalten, welcher einen
geradlinigen Schenkel 27 hat, der durch eine Öffnung in der Oberplatte geht und
am Ende einen Kragen 28 mit einer Druckfeder 29 hat, die mit ihrem anderen Ende
gegen die Unterseite der Oberplatte i drückt. Ein Kragen 30 oben am Schenkel 27
dient als Anschlag gegen die Oberplatte, wenn der Bügel nicht in Gebrauch ist.
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Wenn das Werkstück 25 angebracht ist, wird die Pumpe angelassen und
derart geregelt, daß der Elektrolyt einen geeigneten Druck gegen die Unterseite
des Teils des Werikstücks 25, der in der Arbeitsöffnung 24 frei liegt, ausübt. Durch
ein nicht gezeigtes Zeitrelais wird während eines vorausbestimmten Zeitraums ein
Strom zugeführt, der durch die Stange 27, den Bügel 26, das Werkstück 25, den Elektrolyt
in der Kammer .4 zu einer im Boden der Elektrolysenkammer 4 montierten Elektrode
3 i und von dort aus zurück zur Stromquelle verläuft. Nachdem das Zeitrelais selbsttätig
den Strom unterbrochen hat, wird der Bügel 26 gehoben, und das Werkstück ikann entfernt
und in üblicher Weise gespült werden.
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Wenn ein Ätzen erwünscht ist, kann dies unmittelbar nach dem Elektropolieren
bei herabgesetzter Spannung, z. B. durch Herabsetzung der Spannung von 45 Volt auf
4,5 Volt, während einer sehr kurzen Zeitspanne vorgenommen werden.
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Da der Bügel 26 seitwärts geschwenkt werden kann und da die
obere Fläche der Deckplatte 20 frei liegt, können Werkstücke beliebiger Größe bearbeitet
werden. Es sind nicht, wie bei bekannten Geräten, nach oben Geräteteile vorgesehen,
die die Stärke der Werkstücke, die elektropoliert werden können, begrenzen. Falls
erforderlich, kann der Bügel 26 ferner leicht abnehmbar oder derart geformt sein,
daß er in seiner Ruhelage unter der oberen Ebene der Deckplatte 20 liegt.
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Ferner kann das Gerät zum Elektropolieren von Flächen, die die Arbeitsöffnung
nicht vollständig decken, verwendet werden. In diesem Fall wird der Pumpendruck
derart eingestellt, daß eine' geeignete Elektrolytsäule, z. 13. von 2 bis 3 mm über
der Oberfläche der Deckplatte, durch die Arbeitsöffnung 24 hinaufgepreßt wird. Etwa
überlaufender Elektrolyt wird in der Schale 2 aufgefangen, läuft dann durch die
Öffnung 32 und wird von einer Leitfläche 33 zum Elektrolytbehälter zurückgeleitet,
so daß auch dieser Teil des Elektrolyts wieder zirkuliert. Der Apparat kann daher
zurr Kantenuntersuchung verwendet werden, ohne daß das Werkstück eingegossen zu
werden braucht.
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Das Gerät nach der Erfindung bietet zahlreiche andere Vorteile dar.
Beispielsweise kann erwähnt werden, daß eine effektive Kühlung der Fläche des zu
elektropolierenden Werkstücks wie auch eine effektive Kühlung des Elektrolyts stattfindet,
so
daß, selbst bei andauerndem Gebrauch, keine unerwünschte Erhitzung
geschieht.
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Zur Verwendung beim Ätzen von Werkstücken, die nicht ohne weiteres
im Gerät angebracht werden können, kann man ehren Hilfselektrodensatz anwenden,
der aus einem Klemmorgan, z. B. einer Pinzette oder einer Zange, und einer Elektrodenplatte
besteht, welche Elektroden mittels Leitungen und eines Kontaktpfropfens elektrisch
mit dem Gerät verbunden werden können, wobei eine hergestellte elektrische Verbindung
Abschalten der Pumpe bewirkt. Das Werkstück wird auf der Elektrodenplatte, der Anode,
angebracht, und mit der Pinzette ergreift man ein mit Elektrolyt befeuchtetes Stück
Watte, mit dem man leicht über die zu ätzende Stelle streicht. DaS Hilfsgerät kann
im übrigen auch für elektrographische Untersuchungen benutzt werden, in welchem
Falle die Polarität des Stroms umgekehrt wird. Man kann mit dem Gerät arbeiten,
ohne sich die Finger durch den Elektrolyten zu beschmutzen.
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Es ist zweckmäßig, jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß die Oberplatte
des Geräts eine Kleinigkeit im Verhältnis zur waagerechten Ebene geneigt ist, z.
B. 6 bis 7°, und daß der Überlaufkanal 21 der Kammer 4 schräg nach oben in
Richtung fort von der Kammer verläuft. Das Wesentliche der Erfindung ist, daß der
Strömungszustand in der Arbeitsöffnung 24 und in ihrer unmittelbaren Nähe solcher
Art ist, daß der Elektrolyt einen Druck gegen das Werkstück ausübt und etwaige Luftblasen
von diesem entfernt. Es wird angenommen, daß bei der beschriebenen Bauart der Kammer
4 eine Strömung entsteht, die im Grenzgebiet zwischen der rein laminaren und der
turbulenten liegt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die der Wand mit dem
Ablaufkanal gegenüberliegende Kammerwand im wesentlichen senkrecht zur Deckplatte
20 verläuft.