EP0020956A1 - Vorrichtung zum zonenweisen Elektropolieren - Google Patents

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EP0020956A1
EP0020956A1 EP80102453A EP80102453A EP0020956A1 EP 0020956 A1 EP0020956 A1 EP 0020956A1 EP 80102453 A EP80102453 A EP 80102453A EP 80102453 A EP80102453 A EP 80102453A EP 0020956 A1 EP0020956 A1 EP 0020956A1
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EP
European Patent Office
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workpiece
electropolishing
cathode
lateral boundary
zone
Prior art date
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EP80102453A
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EP0020956B1 (de
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Michael Ahlgrim
Gerhard Dr. Mietens
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16Polishing

Definitions

  • the invention relates to a device for zone-by-zone electropolishing of a large-area workpiece, the workpiece being poled as an anode and an electrode made of inert material serving as cathode, which is slidably arranged over the workpiece and which has an electrical shield.
  • a device and a method for zone-wise electropolishing of large metallic workpieces are described in DE-OS 2 838 022.
  • the metallic to be processed The workpiece is switched as an anode for electropolishing in a galvanic immersion bath.
  • the corresponding movable cathode is guided in zones over the surface to be polished; it is said to be chemically resistant to the electrolyte and can consist, for example, of stainless steel, lead or copper.
  • mixtures of phosphoric acid and sulfuric acid are used as the electrolyte.
  • the desired surface condition during electropolishing is in the gloss range and depends on the current density. Electropolishing in the glossy area is only achieved if a current density of at least 5 A / dm 2 is used. If this current density is not reached, not only is a glossy surface not achieved, but the surface is chemically etched. A partial matting of the surface can already take place, for example, in the edge regions adjacent to the cathode surface due to the insufficient current densities.
  • an electrode shield was proposed in DE-OS 2 528 942.
  • This electrode shield surrounds the cathode in such a way that the streamlines between the cathode and the anodic surface are bundled and cover only the shortest path from the cathode to the anode. This suppresses the streamlines from the cathode surface facing away from the anodic surface.
  • the current lines emanating from the edge of the cathode are not influenced by this type of electrode shielding and an undesired chemical etching process can occur in these edge regions.
  • the flexible limitation consists of a material that does not conduct electricity, such as plastic, in particular of soft polyvinyl chloride or polytetrafluoroethylene.
  • the lateral boundary consists of individual pieces that overlap one another or if this lateral boundary consists of individual flexible pins, the pins being attached to the shield in a brush-like manner.
  • the present invention relates specifically to the arrangement of a laterally delimited electrolysis space between the workpiece and the cathode.
  • the process conditions and other known measures in electropolishing such as, for example, maintaining the current density, electrolyte composition, and electrolysis time, are assumed to be known.
  • the container 1 shown in FIGS. 1 and 2 serves to hold the electrolyte.
  • the workpiece 2 to be electropolished is clamped in the frame 3.
  • the tabs 4 and 7 are used to connect the electrical power cables.
  • the power supply bars 6 are rigidly connected to one another by the web 5.
  • the inert cathodes 9 are attached to the power supply bars 6.
  • the electrical shields 1o are also rigidly attached to these power supply bars 6 with the retaining brackets 8.
  • the electrical shields 1o finally carry the flexible limits 11.
  • the cathodes 9 with the electrical shields 1o are moved zone by zone via rollers 13 on the rails 12. These rollers 13 are arranged below the web 5.
  • the invention is of course not limited to the embodiment shown here, but can be expediently modified within the scope of the inventive features, e.g. in that the workpiece lies in a tub filled with electrolyte and is electropolished only on one side.

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Abstract

In einer Vorrichtung zum zonenweisen Elektropolieren eines großflächigen Werkstückes (2) ist das Werkstück als Anode gepolt; als Kathode (9) dient eine Elektrode aus inertem Material, die über dem Werkstück (2) verschiebbar angeordnet ist und die eine elektrische Abschirmung (10) aufweist. Der Spalt zwischen der Oberfläche des Werkstücks (2) und der elektrischen Abschirmung (10) wird mittels einer flexiblen Begrenzung (11) geschlossen. Hiedurch ist ein gleichmäßiger Hochglanz auf der gesamten Oberfläche des Werkstückes (2) erzielbar; außerdem steht hiemit ein schnell einsatzbereites Elektrolysebad zur Verfügung, da der eigentliche Elektrolyseraum klein ist und sich eine optimale Arbeitstemperatur von 55 bis 65°C durch die beim Elektropolieren auftretende Joule'sche Wärme einstellt und aufrecht erhalten bleibt, weswegen eine Badaufheizung vor dem Elektropoliervorgang entfällt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zonenweisen Elektropolieren eines großflächigen Werkstückes, wobei das Werkstück als Anode gepolt ist und als Kathode eine Elektrode aus inertem Material dient, die über dem Werkstück verschiebbar angeordnet ist und die eine elektrische Abschirmung aufweist.
  • Bei vielen Herstellungverfahren ist es erforderlich, daß die Apparatewände polierte Oberflächen haben, um gute Trenneigenschaften oder eine leichte Reinigung zu gewährleisten. Zur Oberflächenbehandlung können mechanische Polierverfahren angewendet werden oder - mit besserem Erfolg - kann die Oberfläche elektropoliert werden.
  • Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum zonenweisen Elektropolieren großer metallischer Werkstücke sind beschrieben in der DE-OS 2 838 022. Das zu bearbeitende metallische Werkstück wird hierbei zum Elektropolieren in einem galvanischen Tauchbad als Anode geschaltet. Die entsprechende bewegliche Kathode wird zonenweise über die zu polierende Oberfläche geführt; sie soll chemisch beständig gegen den Elektrolyten sein und kann beispielsweise aus Edelstahl, Blei oder Kupfer bestehen. Als Elektrolyt werden beispielsweise Gemische aus Phosphorsäure und Schwefelsäure benutzt.
  • Der beim Elektropolieren angestrebte Oberflächenzustand liegt im Glänzbereich und ist abhängig von der Stromdichte. Eine Elektropolitur im Glänzbereich wird nur erzielt, wenn eine Stromdichte von mindestens 5 A/dm2 angewendet wird. Wird diese Stromdichte nicht erreicht, so wird nicht nur keine glänzende Oberfläche erzielt, sondern es kommt durch eine chemische Ätzung zu einer Mattierung der Oberfläche. Eine teilweise Mattierung der Oberfläche kann aufgrund der zu geringen Stromdichten beispielsweise schon in den an die Kathodenfläche angrenzenden Randbereichen stattfinden.
  • Zur Vermeidung der Mattierung von Randbereichen wurde in der DE-OS 2 528 942 eine Elektrodenabschirmung vorgeschlagen. Diese Elektrodenabschirmung ummantelt die Kathode so, daß die Stromlinien zwischen Kathode und der anodischen Oberfläche gebündelt werden und nur den kürzesten Weg von der Kathode zur Anode zurücklegen. Die Stromlinien von der der anodischen Oberfläche abgekehrten Kathodenfläche werden hierdurch unterdrückt. Die von dem Kathodenrand abgehenden Stromlinien werden jedoch durch diese Art der Elektrodenabschirmung nicht beeinflußt und es kann in diesen Randbereichen zu einem unerwünschten chemischen Ätzvorgang kommen.
  • Es wurde nunmehr gefunden, daß vorgenannter unerwünschter chemischer Ätzvorgang vermieden werden kann, wenn das Elektropolierverfahren in einer Vorrichtung durchgeführt wird, bei der der Spalt zwischen dem Werkstück und der elektrischen Abschirmung mittels einer flexiblen Begrenzung geschlossen ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die flexible Begrenzung aus einem den elektrischen Strom nichtleitenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, insbesondere aus Weichpolyvinylchlorid oder Polytetrafluoräthylen.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die seitliche Begrenzung aus einzelnen Stücken besteht, die sich gegenseitig überlappen oder wenn diese seitliche Begrenzung aus einzelnen flexiblen Stiften besteht, wobei die Stifte bürstenartig an der Abschirmung befestigt sind.
  • Die Vorteile der vorgelegten Erfindung sind im einzelnen folgende:
    • a) Mit der Vorrichtung steht ein schnell einsatzbereites Elektrolysebad zur Verfügung, da der eigentliche Elektrolyseraum klein ist und sich eine optimale Arbeitstemperatur von 55 - 65°C durch die beim Elektropolieren auftretende Joulsche Wärme einstellt und aufrecht erhalten bleibt; eine Badaufheizung vor dem Elektropoliervorgang entfällt.
    • b) Mittels der Vorrichtung wird ein gleichmäßiger Poliereffekt sowohl von Werkstück zu Werkstück als auch über das gesamte zonenweise polierte -Werkstück erzielt.
    • c) In der Vorrichtung wird die optimale Arbeitstemperatur eingehalten und dadurch kann es nicht zu einer chemischen Ätzung der metallischen Oberfläche bei einer Temperaturerhöhung kommen.
    • d) Mittels der Vorrichtung wird ein gleichförmiger Hochglanz auf der gesamten Oberfläche erzielt; eine Streifenbildung durch verminderten Glanz oder Mattierungen wird vermieden.
  • Die vorgelegte Erfindung betrifft speziell die Anordnung eines seitlich begrenzten Elektrolyseraumes zwischen dem Werkstück und der Kathode. Die Verfahrensbedingungen und sonstige bekannte Maßnahmen beim Elektropolieren, wie beispielsweise die Einhaltung der Stromdichte, Elektrolytzusammensetzung, Elektrolysedauer werden als bekannt vorausgesetzt.
  • Die Zeichnung dient zur näheren Erläuterung der Erfindung. In dieser Zeichnung ist eine Vorrichtung zum zonenweisen Elektropolieren schematisch und teilweise im Schnitt dargestellt, und zwar zeigt
    • Figur 1 eine Seitenansicht/und
    • Figur 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung.
  • Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Behälter 1 dient zur Aufnahme des Elektrolyten. Das zu elektropolierende Werkstück 2 ist in den Rahmen 3 eingespannt. Die Laschen 4 und 7 dienen zum Anklemmen der elektrischen Stromkabel. Die Stromzuführungsholme 6 sind durch den Steg 5 starr miteinander verbunden. Einerseits sind die inerten Kathoden 9 an den Stromzuführungsholmen 6 befestigt. Andererseits sind auch mit den Haltebügeln 8 die elektrischen Abschirmungen 1o an diesen Stromzuführungsholmen 6 starr befestigt. Die elektrischen Abschirmungen 1o tragen schließlich die flexiblen Begrenzungen 11. Die Kathoden 9 mit den elektrischen Abschirmungen 1o werden über Rollen 13 auf den Schienen 12 zonenweise verschoben. Diese Rollen 13 sind unterhalb des Steges 5 angeordnet.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die hier gezeichnete Ausführungsform beschränkt, sondern kann in zweckmäßiger Weise im Rahmen der Erfindungsmerkmale abgewandelt werden, z.B. dadurch, daß das Werkstück in einer mit Elektrolyt gefüllten Wanne liegt und nur einseitig elektropoliert wird.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum zonenweisen Elektropolieren eines großflächigen Werkstückes, wobei das Werkstück als Anode gepolt ist und als Kathode eine Elektrode aus inertem Material dient, die über dem Werkstück verschiebbar angeordnet ist und die eine elektrische Abschirmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen dem Werkstück (2) und der elektrischen Abschirmung (lo) mittels einer flexiblen Begrenzung (11) geschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Begrenzung (11) aus einem den elektrischen Strom nichtleitenden Material besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Begrenzung (11) aus Weichpolyvinylchlorid oder Polytetrafluoräthylen besteht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Begrenzung (11) aus einzelnen Stücken besteht, die sich gegenseitig überlappen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Begrenzung (11) aus einzelnen flexiblen Stiften besteht, wobei die Stifte bürstenartig an der Abschirmung (10) befestigt sind.
EP80102453A 1979-06-07 1980-05-06 Vorrichtung zum zonenweisen Elektropolieren Expired EP0020956B1 (de)

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US4148108A (en) * 1975-09-13 1979-04-10 Dowa Mining Co., Ltd. Apparatus for polishing cathode plates for metal electrolytic refinery

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