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Verfahren und Behandlungsbad zum chemischen Polieren von Metallflächen
Die Erfindung bezieht sich auf das Polieren von metallischen Flächen auf chemischem
Wege und im besonderen auf ein vorteilhaftes Verfahren und günstig wirkende Behandlungsbäder
hierfür und ist vor allem für das chemische Polieren von aus Metallen und Legierungen,
wie Neusilber. Kupfer, Messing, Nickel und llonelmetall, bestehenden Flächen bestimmt.
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Es war für viele Jahre übliche Praxis, die Oxyd-oder Zunderschicht
von metallischen Flächen durch verschiedene Dekapierverfahren zu entfernen, für
welche zahlreiche Behandlungsbäder entwickelt worden sind, durch welche die Belagschicht
unter völliger oder wenigstens unter möglichst weitgehender Vermeidung eines Angriffs
auf die Metallfläche beseitigt werden soll. In neuerer Zeit ist eine davon etwas
verschiedene Art von chemischer Behandlung entwickelt worden, bei welcher die Metallfläche
durch-die verwendete Lösung angegriffen und in erheblichem 1ZaB glänzend gemacht
wird. Diese gewöhnlich als Glanztauchen bezeichnete Behandlungsweise hat man bei
zahlreichen Metallen und Legierungen. z. B. bei Kupfer, Aluminium, Magnesium. Silber
und den einzelnen Legierungen dieser Metalle sowie bei Zink, Kadmium und Edelstählen,
verwendet.
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Im allgemeinen haben die bei der bisherigen Technik des Glanztauchens
meist benutzten Bäder in erster Linie aus Schwefelsäure, Salpetersäure oder Gemischen
von Schwefel- und von Salpetersäure
bestanden. Auch hat man geringere
Zusätze von verschiedenen anderen Stoffen, wie z. B. anderen Säuren, Metallsalzen,
organischen Verbindungen, kohlenstoffhaltigen Körpern, zur Beeinflussung und Steuerung
der Glanzerzeugungswirkung dieser Bäder vorgeschlagen.
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Beispielsweise wird bei einem vorzugsweise angewendeten Glanztauchverfahren
für Neusilber so vorgegangen, daß man die oxyd- und zunderfreie Fläche zuerst in
ein aus iol konzentrierter Salpetersäure, 50 g Natriumchlorid .und 0,2 1
einer Lösung von Ruß in Salpetersäure bestehendes Vorbehandlungsbad taucht, dann
abspült und hierauf zur Erzeugung des endgültigen Glanzes mit einem aus 3 1 konzentrierter
Salpetersäure, 51 konzentrierter Schwefelsäure, 40 g Natriumchlorid und 0,2 1 einer
Lösung von Ruß in Salpetersäure bereiteten Bad behandelt.
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Ein vielfach übliches Glanztauchbad für Kupfer und Kupferlegierungen
setzt sich aus 7,61 konzentrierter Schwefelsäure, 3,8 1 konzentrierter Salpetersäure,
7 bis 14 g Natriumchlorid und 1,14 1 Wasser zusammen.
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Für Nickel hat man folgendes Verfahren empfohlen: Eintauchen für 5
bis 30 Sekunden in ein Bad aus i,o 1 Wasser, 1,5 1 konzentrierter Schwefelsäure,
2,25 1 konzentrierter Salpetersäure und 30 g Natriumchlorid, hierauf Abspülen
und dann Neutralisieren in i %iger Ammoniaklösung.
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FürMonelmetal#le hat man die folgendeGlanztauchbehandlung vorgeschlagen:
Einbringen in ein Bad aus i,o 1 Wasser, i,o 1 konzentrierter Salpetersäure und 6obisgogNatriumAlorid,
dann Abspülen in heißem Wasser, hierauf Eintauchen für weniger als 5 Sekunden in
ein Bad aus i,o 1 Wasser und i,o 1 konzentrierter Salpetersäure, nochmaliges Waschen
und zuletzt Neutralisieren in einer i %igen Ammoniaklösung.
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Ein vorzugsweise verwendetes Glanztauchbad für Edelstahl besteht aus
einer Lösung, die dem Volumen nach 25 % konzentrierte Salzsäure, 5 % konzentrierte
Salpetersäure und o,5% eines Verzögerers, wie z. B. Rodin, enthält. Dieses Bad wird
vorteilhafterweise bei einer Temperatur von ungefähr 66° C benutzt.
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Bei der Verwendung von Schwefel- und von Salpetersäure, sei es je
allein oder im Gemisch, für Glanztauchbäder haben sich indessen gewisse unerwünschte
Erscheinungen gezeigt. Im allgemeinen neigen nämlich diese Bäder entweder dazu,
außerordentlich reaktionswirksam zu sein, was die rasche Herausnahme des Werkstückes
aus dem Bad nach dem Eintauchen erforderlich macht und dadurch eine mangelhafte
Überwachung des Tauchvorganges und hohe Mitnahmeverluste an Badflüssigkeit zur Folge
hat, oder sie zeigen das Bestreben, verhältnismäßig unwirksam zu sein, was zu außerordentlich
langen Behandlungszeiten führt. Wenn auch die hohen Reaktionsgeschwindigkeiten von
einigen dieser Glanztauchbäder erheblich durch Zusatz von oxydierenden Säuren, wie
z. B. Chromsäure, verringert werden können, so ergeben doch diese Zusätze keine
einwandfreie Lösung des Problems, da sie darauf hinwirken, die Gleichförmigkeit
der Ätzungswirkung dieser Bäder zu vermindern. Ferner haben Salpetersäure allein
und Gemische von Schwefel- und von Salpetersäure bei ihrer Benutzung als Glanztauchbäder
das Bestreben, Dämpfe von Stickstoffdioxyd abzugeben. Diese Dämpfe wirken nicht
nur besonders ätzend, sondern haben auch eine ausgesprochene physiologische Wirkung
und machen daher diese Bäder zu einem technischen Wagnis. Durch Chromsäurezusätze
läßt sich diese Neigung zur Dampfentwicklung nur teilweise beseitigen. Weiterhin
haben diese bisher benutzten Bäder auch den Nachteil, daß sie eine außerordentlich
sorgfältige Reinigung der zu behandelnden Metallflächen verlangen, so daß alle Spuren
von Fett oder Ölfilmen entfernt sein müssen, da sonst die Badwirkung nicht gleichförmig
ist.
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Alle diese Glanztauchbäder üben offenbar ihre Glanzerzeugungswirkung
dadurch aus, daß sie die chemisch letzten Spuren der Oxyd- und Zunderschicht entfernen
und eine Kontrastätzung erzeugen. Diese Kontrastätzung ergibt sich aus dem Angriff
auf bestimmte Flächen der metallischen Kristalle, wodurch Facetten erzeugt werden,
welche als kleinste reflektierende Flächen wirken und das glänzende Aussehen der
ganzen Fläche hervorrufen. Wegen dieser ätzenden Wirkung jedoch sind die mit diesen
Tauchbädern behandelten Metallflächen, wenn sie auch glänzend sind, nicht stark
reflektierend wie ein Spiegel.
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Eine neuere Entwicklung in der Behandlung von Metallflächen beruht
auf der Entdeckung des anodischen Polierens. Bei diesem gewöhnlich als elektrisches
Polieren bezeichneten Verfahren, bei dem die zu polierende Fläche als Anode in einem
sauren Elektrolyten benutzt wird, erzielt man eine glatte, ebene Fläche, die nicht
nur glänzend wie die durch Glanztauchbäder erhaltene Fläche ist, sondern auch ungeätzt
bleibt und daher die hohen reflektierenden Eigenschaften eines Spiegels aufweist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die chemische Behandlung
von metallischen Flächen so zu vervollkommnen, daß auf diesem Wege eine glänzende,
glatte hoch reflektierende ungeätzte polierte Fläche erzielt wird. Die Lösung dieser
Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch die Entwicklung eines chemischen Polierbades
für Metallflächen, das eine mittlere Reaktionsgeschwindigkeit hat und dadurch die
richtige Durchführung des Behandlungsvorganges ermöglicht sowie das Ablaufenlassen
von Badflüssigkeit an der polierten Fläche für eine hinreichend lange, übermäßige
Badverluste beim Herausnehmen des Werkstückes vermeidende Zeitspanne gestattet und
gleichzeitig keine Gesamtbehandlungszeiten von zu großer und daher unwirtschaftlicher
Länge erfordert.
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Nach der Erfindung wird das zum chemischen Polieren von Metallflächen
dienende Bad weiterhin so ausgebildet, daß es keine nennenswerten Mengen von korrosiven
oder sonstwie schädlichen Gasen abgibt sowie eine lösende Wirkung für Fett und
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hat und daher nicht die vorherige Beseitigung aller Fettspuren und Ölfilme
von der Metallfläche verlangt.
Dabei weist <las chemische Metallpolierungsbad
nach der Erfindung auch den Vorzug auf, daß es hinsichtlich der Zusammensetzung
und der Anwendungstemperatur nicht an übermäßig enge Grenzen gebunden ist und außerdem
eine gleichförmige Wirkung über große Flächen hin hat sowie diese selbst bei einer
Tiber die unbedingt notwendige Behandlungsdauer hinaus ausgedehnten Einwirkungszeit
nicht anätzt.
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Im Gegensatz zu den glänzenden Ätzungen, die sich aus der Verwendung
von Schwefelsäure oder von Gemischen von Salpeter- und Schwefelsäure ergeben, hat
sich auf Grund eingehender Versuche gezeigt, daß aus Salpetersäure und Essigsäure
bestehende Gemische und Phosphorsäure sowohl je für sich wie auch vorzugsweise in
Vereinigung imstande sind, glänzende, hoch reflektierende spiegelähnliche Flächen
an Körpern aus Neusilber, Kupfer, 'Messing. Nickel und Monelmetall hervorzubringen.
Unter Ausnutzung dieser Feststellung wird daher erfindungsgemäß zum chemischen Polieren
von Metallflächen, insbesondere von aus Neusilber, Kupfer, Messing, Nickel oder
hfonelmetall bestehenden metallischen Flächen, so verfahren, daß hierfür ein Tauchbad
verwendet wird, das im Wesentlichen aus einem Gemisch von konzentrierten Lösungen
von Salpetersäure und Essigsäure oder von Salpetersäure und Phosphorsäure oder von
allen diesen drei Säuren in bestimmten Mengenverhältnissen besteht.
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Die Zeichnung veranschaulicht bildmäßig die Erfindung in ihren vorzugsweise
anzuwendenden Ausführungsformen an Hand eines dreieckigen, dreiachsigen Diagramms,
welches die verschiedenen Mengen von Salpetersäure, Essigsäure und Phosphorsäure
angibt, die für die erfindungsgemäß zusammengesetzten chemischen Polierbäder vorteilhafterweise
in Betracht kommen. An den verschiedenen Seiten des Dreiecks sind je für die konzentrierte
Salpetersäure und die konzentrierte Essigsäure sowie für die konzentrierte Phosphorsäure
die Mengen in Volumprozenten von o bis iooo/o aufgetragen.
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In diesem dreiachsigen Diagramm sind die Badzusammensetzungen, die
für das chemische Polieren von :Metallflächen, insbesondere der erwähnten Metalle
und Legierungen, geeignet sind, ungefähr durch die dick ausgezogenen Linien A-B,
B-C, C-D, D-E, E-F, F-G und G-.4 bestimmt, zu deren Punkten A bis G als angenäherte
Koordinaten gehören: Punkt A 5% konzentrierte Salpetersäure, o% Essigsäure und 95%
konzentrierte Phosphorsäure; Punkt B 75% konzentrierte Salpetersäure, o% Essigsäure
und 25% konzentrierte Phosphorsäure; Punkt C 75% konzentrierte Salpetersäure, 15%
Essigsäure und io% konzentrierte Phosphorsäure; Punkt D 85% konzentrierte Salpetersäure,
15% Essigsäure und o% konzentrierte Phosphorsäure; Punkt E 35% konzentrierte Salpetersäure,
65% Essigsäure und o% konzentrierte Phosphorsäure; Punkt F 30% konzentrierte Salpetersäure,
65% Essigsäure und 5% konzentrierte Phosphorsäure und Punkt G 5% konzentrierte Salpetersäure,
9o% 1?ssigsäiire und 5% konzentrierte Phosphorsäure. In dem so bestimmten Bereich
erweist sich jede davon erfaßte Zusammensetzung als wirksam für die Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung zum chemischen Polieren von mindestens einem der
Metalle, das in der aus Neusilber, Kupfer, Messing, Nickel und Monelmetall bestehenden
Gruppe ausgewählt ist.
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Wenn auch in diesem weiten Bereich der Prozentsätze der einzelnen
Säuren ein zufriedenstellendes Polieren möglich ist, wird man doch, um die besten
Ergebnisse und die weiteste Anwendbarkeit der Polierbäder mit den am meisten erwünschten
Reaktionsgeschwindigkeiten und der größten Gleichförmigkeit des Arbeitsvorganges
zu erzielen, vorzugsweise in einem etwas beschränkteren Bereich arbeiten. Es hat
sich als vorteilhaft erwiesen, die Mengenverhältnisse von Salpetersäure, Essigsäure
und Phosphorsäure in den engeren Grenzen zu halten, die in dem in der Zeichnung
dargestellten Diagramm durch die von den gestrichelten Linien H-1, I-J, J-K, K-H
umschlossene Fläche festgelegt sind, zu deren Eckpunkten H bis K als Koordinaten
gehören: Punkt H io% konzentrierte Salpetersäure, io% Essigsäure und 8o% konzentrierte
Phosphorsäure; Punkt I 5o% konzentrierte Salpetersäure, io% Essigsäure und 40% konzentrierte
Phosphorsäure; Punkt J 5o% konzentrierte Salpetersäure, 400/0 Essigsäure und ioo/o
konzentrierte Phosphorsäure; Punkt K io% konzentrierte Salpetersäure, 8o% Essigsäure
und ioo/o konzentrierte Phosphorsäure.
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Innerhalb dieser zweiten kleineren Fläche, die von der ersterwähnten
größeren Fläche vollständig umschlossen ist, liegen die für das chemische Polieren
von Körpern aus den angeführten Metallen und Legierungen vorzugsweise anzuwendenden
Bad-Zusammensetzungen mit ihren einzelnen Mengenverhältnissen von Salpetersäure,
Essigsäure und Phosphorsäure.
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Unter Neusilber ist die bekannte Nickel-Messing-Legierung mit, auf
das Gewicht berechnet, ungefähr 50 bis 70% Kupfer, 5 bis 30% Zink und 7 bis 300/0
Nickel und unter Kupfer nicht nur verhältnismäßig reines Kupfer, sondern auch ein
geringe Beträge von Silber, Arsen, Antimon, Blei, Selen, Kadmium und ähnlichen Beimengungen
enthaltendes Kupfer zu verstehen, während der Ausdruck Messing-Kupfer-Zink-Legierungen
von verschiedenen Zusammensetzungen decken soll, die im allgemeinen aus 55 his 95%
Kupfer und aus 5 bis 45% Zink, auf das Gewicht berechnet, bestehen und von denen
einige geringe Prozentsätze von anderen Metallen, z. B. Blei oder Zinn, aufweisen
können. Als Nickel kommt sowohl verhältnismäßig reines Nickel wie auch eine geringe
Menge von Kobalt, Kupfer, Eisen, Kohlenstoff und Mangan oder anderen Zusätzen enthaltendes
Nickel in Betracht. Der Ausdruck Monelmetall umfaßt die bekannten Legierungen, die,
auf das Gewicht berechnet, angenähert 55 bis 70% Nickel, o bis 7% Eisen und 20 bis
440/0 Kupfer sowie bis zu mehreren Prozent andere kleinere Bestandteile, wie z.
B. Aluminium oder Mangan, aufweisen.
Wie <las dreiachsige Diagramm
der Zeichnung erkennen läßt, besteht für die Zusammensetzung der Polierungsbäder
nach der Erfindung ein genügend weiter Spielraum, um eine technisch und wirtschaftlich
günstige Durchführung des Poliervorganges ohne eine sie hinderlich einschränkende
Überwachungsnotwendigkeit zu ermöglichen. Im allgemeinen kann hinsichtlich der Mengenverhältnisse
der drei Hauptkomponenten, d. h. von konzentrierter Salpetersäure, Essigsäure und
konzentrierter Phosphorsäure, die Badzusammensetzung sich in dem weiten Rahmen von
etwa 5 bis 85% konzentrierter Salpetersäure, von ungefähr o bis go% Essigsäure und
von etwa o bis 95% konzentrierter Phosphorsäure ändern, und der vorzugsweise anzuwendende
Zusammensetzungsbereich geht etwa von io bis 5o% bei der konzentrierten Salpetersäure,
ungefähr von io bis 8o% bei der Essigsäure und etwavon ioliis8o%bei derkonzentrierten
Phosphorsäure.
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Außer den durch das dreiachsige Diagramm in ihren 'Mengenverhältnissen
bestimmten drei Säuren können in Polierungsbädern nach der Erfindung auch noch zusätzliche
Stoffe vorhanden sein. Beispielsweise kann ein Bad, das ein dem Diagramm entnommenes
Mengenverhältnis von Salpetersäure und Essigsäure oder von Salpetersäure und Phosphorsäure
oder von diesen drei Säuren aufweist, gegebenenfalls mit einem gewissen Betrag von
Wasser verdünnt sein. Die Höchstmenge von Wasser, die ohne merkliche Beeinflussung
der Beschaffenheit der Politur zugegeben werden kann, hängt in weitem Ausmaß von
dem gewählten Mengenverhältnis von Salpetersäure, Essigsäure und Phosphorsäure ab.
Beispielsweise können Bäder, die aus Salpetersäure und Essigsäure bestehen und demgemäß
auf der Linie D-E des Diagramms liegen, mit 250/0 Wasser verdünnt werden. Wenn diese
Konzentration jedoch weit überschritten wird, tritt eine entschiedene Abnahme in
der Glanzwirkung der sich ergebenden Politur ein. Im allgemeinen empfiehlt es sich,
das zugegebene Wasser zu diesen Bädern unter ungefähr io% zu halten.
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Anderseits führen Bäder aus Salpeter- und Phosphorsäure, die längs
der Linie A-B des Diagramms liegen, zu einem merklichen Verlust in der Glanzwirkung
der sich ergebenden Politur, wenn ihnen mehr als io% Wasser zugesetzt wird. Bei
diesen Bädern wird der Wasserzusatz vorzugsweise unter etwa s % des ganzen Badvolumens
gelialt;n, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Bei Gemischen der drei Säuren werden
die wünschenswerten maximalen Mengen der Wasserzusätze irgendwo zwischen den angeführten
Grenzen liegen.
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Die Bäder können ferner auch kleinere Mengen von anderen Stoffen,
wie z. B. von organischen Verbindungen oder Salzen oder anderen Säuren, enthalten.
Beispielsweise kann Chromtrioxyd oder Aminoschwefelsäure zu manchen Bädern zur Verminderung
der Gas- und Rauchbildung zugefügt werden. Solche Zusätze sind besonders wirksam
bei Gemischen von Salpeter- und von Phosphorsäure oller bei Bädern mit einem verhältnismäßig
hohen Gehalt an Salpetersäure und mit verhältnismäßig geringen Beträgen von 13ssigsäure.
Wie sich gezeigt hat, ist Essigsäure an sich für die Verringerung der Rauchbildungsneigung
von Salpetersäure wirksam. Es ist daher von keinem besonderen Vorteil, Chromtrioxyd
oder Aminoschwefelsäure zu Bädern mit einem erheblichen Gehalt an Essigsäure zuzugeben.
Im allgemeinen sind Zusätze bis zu etwa io% des Gesamtgewichtes des Bades an Cliromtrioxyd
oder Aminoschwefelsäure für die Verringerung der Neigung zur Rauchbildung hinreichend.
In den meisten Fällen jedoch genügt es. diese Stoffe in Beträgen von etwa o,5 bis
ungefülir 5% den Bädern zuzufügen.
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Kleine Zusätze eines Besetzungsmittels haben sich insofern als günstig
erwiesen. als sie die Beschaffenheit der durch (las Bad erzielten Politur wesentlich
verbessern. In der Regel erfüllen diesen Zweck Benetzungsmittelbeträge im Bereich
von o,o5 bis i,o % des Gesamtbadgewichtes.
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Auch die Zufügung von Spuren eines Chlorids, wie sie z. B. durch die
Einführung kleiner Mengen von Salzsäure oder Natritimchlorid in die Bäder entstehen,
vergrößert wesentlich den Glanz der sich ergebenden Polierung. In der Regel wird
eine Zugabe, die chemisch gleichwertig zti der durch einen Zusatz von o.oi bis 1,5%
Salzsäure erzielten Menge ist, für diesen Zweck genügend sein. In manchen Fällen
führt der Zusatz geringer Mengen von verschiedenen 'Metallsalzen, wie z. B. Uranacetat
und Kadmium- oder Magtiesiuiniiitrat, zu etwas verbesserten Ergebnissen.
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Ohne Rücksicht jedoch auf die etwa sonst noch vorhandenen nicht wesentlichen
Bestandteile des Bades können für die Salpetersäure, die Essigsäure und die Phosphorsäure
die einzuhaltenden gegenseitigen Mengenverhältnisse aus dein beschriebenen dreiachsigen
Diagramm entnommen werden.
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Wenn nicht anders angegeben. sind alle hier angeführten Prozentsitze
\-oltinil)rozente und nicht Ge,%vichtsprozente. Auch beziehen sich die Ausdrücke
Salpetersäure, Essigsäure und Phosphorsäure auf die handelsüblichen stark konzentrierten
Säuren, d. h. Salpetersiitire bedeutet handelsübliche Salpetersäure mit einem spezifischen
Gewicht von 1,42; Essigsäure ist handelsübliche Essigsäure mit einem spezifischen
Gewicht von i,o5, und Phosphorsäure bezeichnet handelsübliche Phosphorsäure mit
einem spezifischen Gewicht von 1.7.
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Innerhalb der erwähnten Grenzen der Wasserzugabe können auch verdünnte
Säuren benutzt werden. Ferner kann man nicht mir Orthophosphorsäure. sondern auch
chemisch äquivalente Beträge von anderen Formen dieser Säure. z. B. Metaphospliorsätire
und Pvrophosphorsäure, verwenden. Das Chromtrioxvd kann man als die Verbindung Cr03
zugeben oder dafür chemisch gleichwertige Zusätze von verschiedenen Chromaten oder
Dichromaten vorsehen. In gleicher Weise können die Salze von Aminoschwefelsäure
an Stelle dieser Säure selbst Verwendung finden. Hinsichtlich der Zugabe von Besetzungsmitteln
hat sich gezeigt, daß Nacconol NR, ein Natriumalkvlarvlsulfonat. und Duponol
111:,
ein :1lkvlsulfat, sowie Fixanol, ein quaternäres .\ninion;alz. und Orvus, ein N
atriumlaurylsulfat, zu durchaus befriedigenden Ergebnissen führen. In den Fällen,
wo ein Wasserzusatz zu den Bädern erfolgt, sind die dafür angegebenen Mengengrenzen
als Überschuß über den auf Grund der Benutzung von handelsüblichen Säuren normal
vorhandenen Wassergehalt der Bäder zu verstehen.
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Wie sich aus dein in der Zeichnung veranschaulichten Diagramm ergibt,
sind die Polierungsbäder nach der Erfindung aus Salpetersäure plus entweder I# ssig-
oder Phosphorsäure oder plus einer Vereinigung dieser beiden letzteren Säuren zusammengesetzt.
Im allgemeinen muß das Bad mindestens ungefähr 5% Salpetersäure enthalten, da sonst
keine befriedigenden Polituren erzielt werden. Bäder mit weniger als etwa 5% Salpetersäure
eieigen dazu, entweder unwirksam zu sein oder die Metallflächen anzuätzen. Ist mehr
als ungefähr 85% Salpetersäure vorhanden, so haben die Bäder das Bestreben, zu stark
zu reagieren und auf die Metallfläche eine ätzende Wirkung auszuüben. Auch bei einem
Gehalt von mehr als etwa io% Phosphorsäure neigen die Bäder zu ziemlich kräftiger
Reaktionsfähigkeit, wenn gleichzeitig die Salpetersäurekonzentration ungefähr 75%
überschreitet. Bei den höheren Beträgen von Salpetersäure zeigen die Bäder eine
größere Neigung zur Rauchbildung und, wenn die Lösung zu heftig reagiert, kann bei
der polierten Fläche F urchenbildung auftreten.
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Bäder, welche Salpeter- und Essigsäure, aber keine oder nur wenig
Phosphorsäure enthalten, ergeben durchaus befriedigende Polituren bei Neusilber
und tadellose Polituren bei Messing edoch sind ungefähr 5 bis io% Phosphorsäure
eri#orderlich, damit die Bäder einen weiten Anwendungsbereich finden können. Höherwertige
Ergebnisse werden, wie schon erwähnt, mit den Gemischen von Salpeter-, Essig- und
Phosphorsäure erzielt, wenn entweder Chromtrioxyd oder Aminoschwefelsäure gleichzeitig
anwesend yist. Beim Polieren von Nickel oder 1lonelinetall ist wenigstens eine Spur
von Chlorid im Bad erwünscht, wie sie durch die Zugabe einer geringen Menge Salzsäure
erzielt wird. Dies trifft insbesondere auf den Fall des Nickels zu, da dieses Metall
das Bestreben zeigt, sich passiv zu verhalten, wenn nicht ein geringer Betrag von
Chlorics im Bad vorhanden ist.
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`'Fenn Chromtrioxyd, Aminoschwefelsäure, Salzsäure oder ein Wasserzusatz
in die Polierbäder nach der Erfindung in einem die angegebenen Grenzen weit überschreitenden
Betrag eingeführt wird, zeigen die Bäder das Bestreben, eine Beizwirkung auszuüben
und eine glatte Ätzung hervorzurufen, so daß sie 1-letallflächen ergeben, die den
durch die früheren Glanztauchbäder erzielbaren Flächen eher gleichen als den spiegelähnlichen
reflektierenden Polituren, die bei Einhaltung der technischen Regel nach der Erfindung
erhalten werden.
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Hinsichtlich der Wirkung der Konzentration der verschiedenen Badkomponenten
auf die Beschaffenheit der Politur hat sich gezeigt, daß kein scharfer Übergang
in der Natur des Bades bei den angegebenen Konzentrationsgrenzen auftritt. Diese
bestimmen nur sozusagen eine Schwellenwertzone, und die Vollkommenheit der Politur
und die Lenkbarkeit des Badvorganges nehmen schrittweise mit der Annäherung und
Überschreitung dieser Grenz-oder Schwellenwerte ab.
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Bei der chemischen Polierung von Neusilber, Kupfer, Messing, Nickel
oder Monelmetall unter Verwendung eines Bades von einer durch das dreiachsige Diagramm
nach der Zeichnung als geeignet erwiesenen Zusammensetzung wird der in seiner ganzen
Masse oder nur an seiner Oberfläche aus einem dieser Metalle oder Legierungen bestehende
Körper einfach in ein Bad der ausgewählten Zusammensetzung für eine zur Erzeugung
des erstrebten hohen Politurgrades auf der Metallfläche genügend lange Zeit eingetaucht.
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Die zur Erzielung der gewünschten Politur erforderliche Zeitspanne
hängt von der Beschaffenheit der ursprünglichen Fläche und von der Zusammensetzung
und der Temperatur des Bades ab. Im allgemeinen wird die Polierzeit zwischen
15 Sekunden und io Minuten schwanken; wenn auch viel längere Polierzeiten
ohne Verminderung der Vollkommenheit der Politur angewendet werden können. Die Badtemperatur
ist vorzugsweise unter etwa i5o° C zu halten, da höhere Temperaturen bei den Bädern
insbesondere bei aus Essigsäure und Phosphorsäure nach dem kleineren Zusammensetzungsbereich
bestehenden Bädern eine Neigung zu übermäßiger Rauchbildung hervorrufen. Einige
der angegebenen Bäder kommen bei Temperaturen unter i5o° C zum Kochen, und die Siedetemperatur
darf keinesfalls überschritten werden. Für die meisten Bäder empfiehlt es sich indessen,
mit Temperaturen zwischen der mittleren Raumtemperatur von ungefähr i 8o° und etwa
82° C zu arbeiten. Da nämlich nur verhältnismäßig kurze Tauchzeiten von
15 Sekunden bis zu einigen Minuten für das Polieren bei vielen der Badzusammensetzungen
bei Raumtemperatur erforderlich sind, so ist durch das Erhitzen dieser Bäder wenig,
wenn überhaupt etwas, gewonnen.
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Das Werkstück braucht, wenn es in den Bädern nach der Erfindung poliert
wird, nicht .bewegt zu werden. Da jedoch unter bestimmten Bedingungen, insbesondere
in Bädern mit Salpetersäurekonzentrationen aus dem die höheren Werte enthaltenden
Teil des Zusammensetzungsbereiches, bei der polierten Metallfläche einige Neigung
zur Bildung von Furchen auftreten kann, ist zur Verhinderung dieser Möglichkeit
in manchen Fällen eine mäßige Bewegung des Werkstückes im Bad vorteilhaft.
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Die Polierungsbäder nach der Erfindung, welche erhebliche Mengen von
Essigsäure enthalten, weisen einen besonderen Vorteil dadurch auf, daß sie nicht
übermäßig empfindsam für die Anwesenheit von Ül- @ und Fettfilmen an der zu polierenden
Metallfläche sind. Man braucht daher nur eine mäßige Sorgfalt bei der Vorbereitung
der Metallfläche für das Polieren in diesen Bädern anzuwenden. In der Regel ist
es erwünscht, jede schwere Oxyd-oder Zunderschicht durch eine gewöhnliche Dekapierungsma
Bnahme
von der Metallfläche zu entfernen und diese, wenn sie übermäßig ölig oder fettig
ist, nach irgendeinem bekannten Verfahren, z. B. durch Reinigung mit Alkali, zu
entfetten. Durch diese einfache Behandlung ist die Metallfläche für das Polieren
nach der Erfindung vorbereitet, das im übrigen auch bei einer Metallfläche angewendet
werden kann, die vorher einem Glanztauchen unterworfen worden ist.
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Zur näheren Erläuterung des chemischen Polierverfahrens nach der Erfindung
für die angegebenen Metalle und Legierungen seien einige Ausführungsbeispiele unter
Zuhilfenahme der folgenden, die Beschreibung vereinfachenden Bezeichnungen wiedergegeben:
i. A-Politur: eine hochreflektierende Fertigfläche, die ein Minimum an Verzerrung
des Bildes eines entfernten Objekts ergibt; z. B-Politur: eine reflektietende Fertigfläche,
die erkennbare, aber matt verschwommene Bilder von mehr als 25 mm entfernten Objekten
liefert und eine wahrnehmbare Körnung aufweist; 3. C-Politur: eine reflektierende
Fertigfläche, die erhebliche Verschwommenheit bei Bildern von mehr als 25 mm entfernten
Objekten zeigt und leicht erkennbare Körnung besitzt; .4. D-Politur: eine reflektierende
Fertigfläche, die ein verwischtes Bild eines Objekts ergibt und glänzend, aber körnig
ist; 5. E-Politur: eine halbreflektierende Fertigfläche, die von einem Objekt ein
verschwommenes Bild zeigt und körnig und fein geätzt, aber glänzend ist; 6. F-Ätzung:
eine schwachreflektierende Metallfläche, die glänzend und glatt geätzt sowie mehr
geätzt als gekörnt ist; 7. G-Ätzung: eine glänzende nichtreflektierende Metallfläche,
die eine feine glatte Ätzung aufweist, wie sie kennzeichnend für die durch die bekannten
Glanztauchungen erzielbaren Flächen ist; B. H-Ätzung: eine nichtreflektierende Metallfläche
mit einer nicht glatten Ätzung. Beispiel i Ein Bad wurde aus 50% Salpetersäure und
50% Essigsäure bereitet. Bei einer Temperatur von etwa 21 ° C erzeugte dieses Bad
in etwa 30 Sekunden eine B-Politur auf einem Blech aus Neusilber, das 65%
Kupfer, 25% Zink und io% Nickel, auf das Gesamtgewicht berechnet, enthielt. Das
Neusilberblech wurde dann nochmals in das Bad gebracht und darin 25 Minuten lang
belassen. Am Ende dieser Zeit war das Blech bis auf eine dünne Folie aufgelöst.
Es war aber keine Ätzung vorhanden und die Dietallfläche wies nach wie vor eine
B-Politur auf.
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Ungefähr 0,250/0 Salzsäure wurden zu dem Bad zugegeben und die Temperatur
auf etwa 57'C erhöht. Unter diesen Bedingungen ergab sich eine C-Politur bei einem
zweiten Neusilberblech in rund 30 Sekunden. Dieses Bad lieferte in der gleichen
Zeit eine C-Politur auch bei einem Blech aus Monelmetall mit, auf das Gewicht berechnet,
67 % Nickel, 30% Kupfer und 1,4% Eisen. Eine D-Politur wurde in etwa 30 Sekunden
bei einem Messingblech mit einem Zinkgehalt von angenähert 35 Gewichtsprozent erreicht.
Beispiele Aus 20% Essigsäure und 8o% Salpetersäure wurde ein Bad hergestellt. Ein
Neusilberblech mit, auf das Gewicht berechnet, ungefähr 72% Kupfer, io% Zink und
18% Nickel wurde für eine Minute in diesem Bad bei einer Temperatur von 27° C behandelt.
Es ergab sich eine C-Politur, aber gleichzeitig zeigte sich eine gewisse Neigung
der Metallfläche zur Furchenbildung. Das Neusilberblech wurde für eine zusätzliche
Minute unter schwacher Bewegung noch einmal behandelt. Die ganze Neigung zur Furchenbildung
war beseitigt. Ungefähr o, i Gewichtsprozent Nacconol wurde dem Bad zugegeben und
das Neusilberblech wiederum für etwa i Minute eingetaucht, wodurch eine B-Politur
erzeugt wurde. Beispiel 3 Ein Neusilberblech mit den gleichen Bestandteilen wie
bei Beispie12 wurde in ein Bad eingetaucht, das 75% Essigsäure und 250/0 Salpetersäure
enthielt und eine Temperatur von 21° C hatte. Nach i Minute zeigt die Oberfläche
des Bleches eine F-Ätzung. Die Behandlung wurde für weitere 5 Minuten fortgesetzt
und am Ende dieser Zeit wies die Oberfläche eine H-Ätzung auf und war fleckig. Beispiel
4 Ein Neusilberblech mit, auf das Gewichtsprozent berechnet, 25% Kupfer, 20% Zink
und 15% Nickel wurde in ein Bad mit 25% Essigsäure, 6o% Salpetersäure und 150/0
Wasser eingetaucht. Bei einer Badtemperatur von 55° C wurde eine C-Politur in i
Minute erreicht. Beispiel s Ein Bad mit 50% Essigsäure und 5o % Phosphorsäure wurde
hergestellt. Dieses Bad hatte keinerlei Wirkung auf Neusilber, Kupfer, Messing,
Nickel oder Monelmetall.
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Ungefähr 5010 Salpetersäure wurden dem Bad beigegeben, so daß
die Gesamtzusammensetzung des Bades etwa 50/0 Salpetersäure, 47,5% Essigsäure und
47,50/0 Phosphorsäure enthielt. Dieses Bad ergab eine C-Politur an Neusilber mit
18 Gewichtsprozent Nickel bei einer Behandlungsdauer von i Minute und bei einer
Badtemperatur von etwa 6o° C.
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Zu diesem Bad wurden ungefähr o,5% Salzsäure zugefügt. Bei einer Badtemperatur
von etwa 6o° C und bei einer Behandlungszeit von etwa i Minute ergab dieses Bad
eine D-Politur an Kupfer und eine ähnliche Politur an Messing mit einem Zinkgehalt
von rund 15 Gewichtsprozent. Unter diesen Bedingungen wurden ferner eine C-Politur
an einem Blech aus Monelmetall erzielt, das, auf das Gewicht berechnet, angenähert
6o% Nickel und 40% Kupfer enthielt.
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Beispiel 6 Einem aus io% Salpetersäure und go% Phosphorsäure hergestellten
Bad wurde ungefähr i Gewichtsprozent
Chronitrioxyd in Form von
Natriumdichromat zugesetzt. Mit diesem Bad wurde bei Zimmertemperatur eine Oberfläche
mit einer D-Politur in 5 Minuten auf einer Neusilberfolie mit i,5 Gewichtsprozent
Nickel erreicht. Hierauf wurden dem Bad ungefähr o,5 Gewichtsprozent Orvus zugefügt
und die Temperatur auf 88°C gesteigert. In diesem Bad ergab sich für ein ähnliches
Neusilberblech eine C-Politur in 2 Minuten. Das Blech wurde dann nochmals in das
Bad getaucht und darin für 45 Minuten belassen. Am Ende dieser Zeit war das Blech
bis auf einen nur dünnen Film aufgelöst, der jedoch keine Ätzung aufwies und an
seiner Oberfläche die C-Politur bewahrte.
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Bei einer Badtemperatur von 93° C wurde eine C-Politur auf einem Kupferblech
in einer Behandlungszeit voll 2 Minuten erreicht.
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Ein Probestück von gelbem Messing mit einem Zinkgehalt von
ungfähr 35 Gewichtsprozent wurde in diesem Bad für 3 Minuten bei einer Temperatur
von etwa 9o° C behandelt und dadurch eine C-Politur erzielt. Das Blech wurde dann
wieder in die Polierungslösting für 45 Minuten getaucht. Am Ende dieser "Zeit blieb
nur eine dünne Folie zurück, aber die Metallfläche zeigte immer noch eine C-Politur.
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Die Badtemperatur wurde dann auf 129° C erhöht und ein Nickelblech
3 Minuten lang in dem Bad behandelt, was eine D-Politur ergab. Ungefähr i,o Gewichtsprozent
Natriumchlorid wurde zugegeben, und dadurch eine C-Politur bei einem ähnlichen Blech
in der gleichen Behandlungszeit erreicht.
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In dieses Bad wurde ein Blech aus Monelmetall mit, auf das Gewicht
berechnet, etwa 67% Nickel, 30% Kupfer und 1,4% Eisen für 3 Minuten bei einer Temperatur
von io2° C getaucht, wodurch eine C-Politur entstand. Beispiel ? Aus 75% Salpetersäure
und 25% Phosphorsäure wurde ein Bad bereitet. Der Einwirkung dieses Bades wurde
ein Neusilherblech mit 18 Gewichtsprozent Nickel für 3 Minuten bei einer Temperatur
von 71 ° C ausgesetzt, was eine Metallfläche mit einer D-Politur ergab. Das Bad
zeigte eine ausgesprochene Neigung zur Rauchbildung. Ungefähr 3 Gewichtsprozent
Aminoschwefelsäure und 0,3 Gewichtsprozent Fixatiol wurden dem Bad zugegeben.
Bei einer Temperatur von 43° C ergab sich eine C-Politur in ungefähr 5 Minuten bei
einem anderen Probestück aus Neusilber und bei einem aus Messing mit dem gleichen
Zinkgehalt wie bei Beispiel 6 bestehenden Probestück. Die Zugabe der Aminoschwefelsäure
wurde auf 6 Gewichtsprozent erhöht, aber die Beschaffenheit der erzielten Politur
blieb verhältnismäßig unverändert. Zusätze von 3 oder 6% dieser Säure wirkten sich
durch eine Verringerung der Neigung des Bades zur Rauchbildung aus. Beispiel 8 Neusilber
mit einem Gehalt von io Gewichtsprozent Nickel und rotes Messing mit einem Gehalt
von 15 Gewichtsprozent Zink wurden für ungefähr i Minute in einem Bad mit 50% Salpetersäure
und 5o% Phosphorsäure behandelt. Bei einer Badtemperatur von 55° C wurde eine C-Politur
bei beiden Legierungen erhalten.
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Beispiel 9 Ein Bad mit So% Salpetersäure, io% Essigsäure und io% Phosphorsäure
zeigte bei einer Temperatur voll 33° C eine ausgesprochene Neigung, eine H-Ätzung
an der Oberfläche von Neusilber, Kupfer, Messing, Nickel und Monelmetall zu erzeugen.
Die Wirkung des Bades war dabei sehr heftig. Beispiel io Ein Bad mit 8o% Salpetersäure,
15% Essigsäure und 5 % Phosphorsäure ergab bei einer Temperatur von 33° C eine C-Politur
in 30 Sekunden an einem dem Neusilber des Beispiels 8 gleichen Neusilber.
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Unter ähnlichen Bedingungen führte dieses Bad zu einer H-Ätzung an
Kupfer und zu einer D-Politur an gelbem Messing. Das Bad griff Nickel nicht an und
erzeugte eine D-Politur an Monelmetall mit 7o Gewichtsprozent Nickel und 3o Gewichtsprozent
Kupfer.
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Ungefähr o,oi % Salzsäure wurden dem Bad beigefügt und die Temperatur
auf 55° C erhöht, was eine C-Politur bei Neusilber, Messing und Monelmetall lieferte,
während Kupfer eine H-Ätzung und 'Nickel eine E-Politur zeigte. Beispiel ii Ein
Bad aus 70% Salpetersäure, 15% Essigsäure und 15010 Phosphorsäure führte
nach einer Behandlungszeit von 3o Sekunden bei einer Temperatur voll 33° C zu einer
C-Politur auf Neusilber und gelbem Messing und zu einer D-Politur bei Monelmetall
sowie zu einer H-Ätzung auf Kupfer und Nickel.
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Diesem Bad wurde eine geringe Menge von ungefähr o,25% Salzsäure zugegeben
und die Temperatur auf 81° C gesteigert. In einer Polierzeit von 30 Sekunden
wurde dann eine B-Politur auf Neusilber, eine C-Politur auf Messing und eine D-Politur
an Kupfer und Monelmetall erreicht, während sich bei Nickel eine H-Atzung ergab.
Beispiel 12 Durch ein Bad mit 65 % Salpetersäure, 5 0% Essigsäure und 30% Phosphorsäure
wurde bei 33°C in einer Polierzeit von 30 Sekunden eine C-Politur bei Neusilber
mit io Gewichtsprozent Nickel und unter den gleichen Bedingungen eine D-Politur
an rotem Messing mit 15 Gewichtsprozent Zink erhalten.
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Etwa i,o Gewichtsprozent Natriumchlorid und 5% Wasser wurden dem Bad
zugegeben und die Temperatur auf ungefähr 52° C erhöht. Unter diesen Verhältnissen
ergab eine Behandlung von 30 Sekunden Dauer eine B-Politur an Neusilber,
eine C-Politur an Kupfer und rotem Messing und eine D-Politur an Monelmetall mit,
auf das Gewicht berechnet, 6o% Nickel und 40% Kupfer sowie i H-Ätzung bei Nickel.
Beispiel
13
Es wurde ein Polierbad aus 20% Salpetersäure und 250/0 Essigsäure
sowie 55'/o Phosphorsäure unter Zugabe von ungefähr o,i Gewichtsprozent Duponol
M E und 0,5 Gewichtsprozent Salzsäure hergestellt. Bei Raumtemperatur und
in einer Behandlungszeit von 4 Minuten wurde durch dieses Bad eine B-Politur an
Neusilber mit 15 Gewichtsprozent Nickel, eine C-Politur an Kupfer, eine B-Politur
an Messing mit einem Zinkgehalt von 35 Gewichtsprozent, eine D-Politur an Nickel
und eine D-Politur an Monelmetall mit, auf das Gewicht berechnet, 67% Nickel, 30%
Kupfer und 1,4% Eisen erzielt.
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Die Badtemperatur wurde auf 88°C gesteigert und die Polierungszeit
auf 5 Minuten erstreckt, was zu einer B-Politur bei Neusilber und bei Kupfer und
zu einer C-Politur bei Messing, Nickel und Monelmetall führte. Beispiel 14 Eine
geringe :Menge von ungefähr 0,25 GeWiChtsprozent N acconol N R wurde einem
Bad zugegeben, daß aus 20% Salpetersäure, 40% Essigsäure. 39, 5 % Phosphorsäure
und o,oi % Salzsäure bestand. Bei 88° C ergab sich mit diesem Bad eine C-Politur
auf Neusilber mit einem Nickelgehalt von io Gewichtsprozent, eine B-Politur auf
Kupfer, auf rotem Messing, und eine C-Politur auf Nickel und auf Monelmetall mit
6o Gewichtsprozent Nickel und 4o Gewichtsprozent Kupfer.
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Jedes dieser Metalle wurde in dem Bad behandelt, bis nur nochr eine
dünne Folie zurückblieb. In keinem Fall wurde die Beschaffenheit der Politur wesentlich
geändert. Beispiel 15
Ein Polierbad wurde aus 40% Salpetersäure, 30% Essigsäure
und 30% Phosphorsäure unter Zugabe von, auf das Gewicht berechnet, 0,25% Orvus und
i,o% Natriumchlorid bereitet. Nach einer Behandlungszeit von 4 Minuten bei 65'C
lieferte dieses Bad eine B-Politur bei Neusilber mit 15 Gewichtsprozent Nickel und
eine C-Politur bei Kupfer, rotem Messing, Nickel und bei Monelmetall mit 7o Gewichtsprozent
Nickel und 3o Gewichtsprozent Kupfer.
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Dann wurden ungefähr 15% Wasser dem Bad zugefügt und die Tauchungen
wiederholt. Die Beschaffenheit der Polituren blieb dabei unverändert. Beispiel 16
Ein Blech aus Neusilber mit 15 Gewichtsprozent Nickel wurde für 2 Minuten bei 65°
C in einem aus 50% Salpetersäure, 40% Essigsäure und io%Phosphorsäure bestehenden
Bad behandelt, wodurch eine B-Politur erzeugt wurde. Ein gleiches Neusilberblech
wurde mit einem dünnen Film von 01 überzogen und unter denselben Bedingungen behandelt,
wäs wiederum eine B-Politur ergab.
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Alle diese Beispiele, die innerhalb des Bereiches der Erfindung zahlreiche
Abänderungen erfahren könn°n. lassen erkennen, daß erfindungsgemäß für das chemische
Polieren von Metallflächen, insbesondere für aus \ eusill)er. Kupfer, -Messing,
Nickel oder Monelmetall bestehende Flächen, äußerst günstige, hochreflektierende
glänzende Polituren ergebende Behandlungsbäder und ein vorteilhaftes Verfahren zu
deren Anwendung gewonnen sind. Die dadurch erzielbare Reflexionswirkung der polierten
Metallflächen ist bedeutend stärker als bei den mittels des früheren Glanztauchens
erzeugten glänzenden metallischen Flächen, die nur einen Reflexionsgrad aufweisen,
der ungefähr der G-Ätzutig in der aufgestellten Politurenskala entspricht. Auch
ist der Arbeitsvorgang bei den chemischen Polierbädern nach der Erfindung viel mehr
anpassungsfähig und lenkbar als beim Glanztauchen, (las in bezug auf Faktoren, wie
Badzusammensetzung, Temperatur und Polierzeit, an außerordentlich enge Grenzen gebunden
ist. Ferner kann erfindungsgemäß Wasser zusätzlich zu dem auf Grund der Verwendung
von Säuren handelsüblicher Konzentration vorhandenen Wasser den Bädern zugefügt
werden, und die Zulässigkeit dieser Wasserzugabe ist insofern von besonderer Bedeutung,
als die zu polierenden Metallkörper vor der Einführung in (las Polierbad nicht sorgfältig
getrocknet zu werden ])rauchen.