DE102006050317B3 - Elektrolyt zum Elektropolieren von Edelstahl (Eisen-Chrom- und Chrom-Eisen-Legierungen) und Elektropolierverfahren für Edelstahl - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen Polieren von Werkstücken mit Oberflächen aus Eisen-Chrom-Legierungen wie etwa Edelstahl. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf einen Elektrolyten zum elektrochemischen Polieren von Oberflächen, die aus Eisen-Chrom-Legierungen bestehen. Dieser Elektrolyt enthält Phosphorsäure, Methansulfonsäure sowie mindestens ein tertiäres Amin beziehungsweise mindestens ein Salz eines tertiären Amins. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das mindestens eine tertiäre Amin Verbindungen, die eine oder mehrere Amino- und/oder Hydroxylgruppen aufweisen wie beispielsweise Triethanolamin. Das hier vorgestellte Verfahren ist besonders dazu geeignet, die Eisen-Chrom-Legierungen unabhängig vom jeweiligen Gefügetyp hochwertig zu elektropolieren.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen Polieren von Werkstücken mit Oberflächen aus Eisen-Chrom-Legierungen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf einen Elektrolyten zum elektrochemischen Polieren von Oberflächen, die aus Eisen-Chrom-Legierungen bestehen, wobei der Elektrolyt Phosphorsäure, Methansulfonsäure und mindestens ein tertiäres Amin beziehungsweise mindestens ein Salz eines tertiären Amins enthält.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Das elektrochemische Polieren oder Elektropolieren von Metalloberflächen, die aus Eisen-Chrom-Legierungen oder Chrom-Eisen-Legierungen bestehen ist ein gängiges Verfahren zum Glätten, Glänzen und Entgraten von Oberflächen aus diesen Werkstoffen. Legierungen, die einen Chromgehalt von mindestens 12% und ein Eisengehalt von mindestens 10% aufweisen werden häufig in einem Polierbad elektrochemisch behandelt, das einen Elektrolyten aus konzentrierten Gemischen von Mineralsäuren wie Phosphorsäure und Schwefelsäure enthält. Gegebenenfalls werden in diesen Elektrolyten außerdem Zusätze von Chromsäure oder organischen Additiven wie etwa Alkoholen, Aminen, Glyzerin oder organischen Säuren, beispielsweise Zitronensäure, Milchsäure, etc. eingesetzt. Diese Legierungen können neben Chrom und Eisen auch weitere Legierungsbestandteile aufweisen, wie beispielsweise Nickel, Mangan, Molybdän, Vanadium, Stickstoff, u.ä.
- Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit von Stahl, wenn es in Konzentrationen über 8% den Legierungen beigemischt wird. Bei Konzentrationen über 11% kann die Korrosionsbeständigkeit so weit erhöht werden, dass der Stahl unter gewöhnlichen Umgebungsbedingungen nicht mehr rostet. Man spricht dann von Nichtrostendem Stahl oder Edelstahl. Durch Zusätze von Nickel, Molybdän, Mangan, Stockstoff oder ähnliche kann die Beständigkeit gegen korrosive Medien, die Härte und die Verarbeitbarkeit noch weiter verbessert werden.
- Den derzeit industriell eingesetzten Elektrolyten ist jedoch allen gemein, dass die Qualität der erzielbaren Ergebnisse hinsichtlich der Einebnung und der Glanzes der Oberflächen stark vom Gefüge des Werkstoffes abhängig sind. Darüber hinaus ist es mit diesen Verfahren häufig nicht möglich, einen Spiegelglanz der Oberfläche zu erhalten, wie er etwa durch eine mechanische Politur erzielt werden kann. Für Anwendungen von Werkstöffen, die eine sehr hohe Anforderung an die optische Qualität der polierten Oberflächen stellen, scheidet daher bisher das elektrochemische Polieren als Herstellungsverfahren weitgehend aus. Dies gilt insbesondere für Werkstücke aus Legierungen, die ein ferritisches oder ein martensitisches Gefüge aufweisen.
- Die PCT. Anmeldung
beschreibt ein Verfahren zur Bearbeitung verschiedener Metalloberflächen unter anderem mittels eines Elektrolyten, der aus einem Gemisch aus Methansulfonsäure und Methanol besteht. Dieses Gemisch soll auch bei der Bearbeitung von Edelstahl sehr gute Ergebnisse liefern. Dieser Elektrolyt hat jedoch den gravierenden Nachteil, dass er aufgrund des hohen Anteils an leichtflüchtigem Methanol von über 80% sowohl gesundheitsgefährdend als auch extrem feuer- und explosionsgefährlich ist. Ein Verfahren das einen solchen Elektrolyten verwendet, kann daher in der Regel nur bei sehr niedrigen Temperaturen, beispielweise von höchstens 10°C oder mit einem aufwendigen System zum sicheren Auffangen und Ableiten der entstehenden Dämpfe betrieben werden. Aufgrund der geringen spezifische Wärmekapazität dieses Elektrolyten von Cp ≈ 0,2 tritt bei einem exothermen Vorgang wie ihn das Elektropolieren darstellt unweigerlich eine rasche Erwärmung des Polierbades auf. Das erfordert eine sehr hohe Kühlleistung, um eine niedrige Elektrolyttemperatur während des gesamten Elektropoliervorgangs zu gewährleisten und somit das Verdampfen des Methanols zu unterdrücken. Für einen großtechnischen Einsatz ist ein solcher Elektrolyt daher nur sehr bedingt geeignet.WO 01/71068 A1 - Die Patentanmeldung
DE 10 2004 045 297 A1 offenbart Formulierungen wasserarmer Methansulfonsäure, denen optional Amine und/oder weitere Zusatzstoffe beigemischt werden können zum Behandeln von metallischen Oberflächen, darunter auch Stahl und Stahllegierungen. - Aus der Patentanmeldung
DE 198 09 487 A1 ist ein Verfahren zur elektrolytischen Reinigung von Edelstahl mit einer Mischung aus Phosphorsäure und Methansulfonsäure bekannt. - Die DK 84247 (zitiert in Chemical Abstracts 53:43912) beschreibt ein Elektropolierverfahren für Nickel, Nickellegierungen und rostfreien Stahl, wobei 550 Volumenanteile von H3PO4, 300 Volumenanteile von H2O und 40 Volumenanteile von einer Mischung, bestehend aus Methan-, Ethan- und Propansulfonsäure, verwendet werden.
- Die europäische Patentschrift
EP 0 892 862 B1 beschreibt ein Elektropolierverfahren, das für Nickellegierungen ebenso geeignet ist wie für austenitische, ferritische und austenoferritische rostfreie Stähle. Dieser Elektrolyt besteht aus 15,2% bis 53,8% Glykolsäure, 17,0% bis 56,8% Salpetersäure und 28,0% bis 67,8% Wasser. Eine Eignung für martensitische Eisen-Chrom-Legierungen ist nicht erwähnt. - Es besteht somit ein Bedarf an einem Elektropolierverfahren, das sich gleichermaßen zum Elektropolieren sämtlicher Eisen-Chrom-Legierungen eignet, die einen Chromgehalt von mindestens 8% aufweisen, unabhängig von der Gefügeart des betreffenden Werkstücks. Dieses Elektropolieren sollte Oberflächen hoher Qualität erzeugen und weitgehend unbedenklich hinsichtlich Umweltgefährdung und Arbeitssicherheit sein.
- DIE ERFINDUNG
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein neuartiger Elektrolyt zum elektrochemischen Polieren von Oberflächen, die aus Eisen-Chrom-Legierungen bestehen, der Phosphorsäure, Methansulfonsäure sowie mindestens ein tertiäres Amin umfasst, und weniger als 15 Gew.-% Wasser enthält. Das tertiäre Amin kann dabei sowohl in ungeladener Form als freie Base als auch in Form eines oder mehrerer Salze zugegeben werden.
- Dieser Elektrolyt erlaubt es, die gesamte Palette von Eisen-Chrom-Legierungen gleichermaßen gut zu elektropolieren, unabhängig vom Gefüge des zu bearbeitenden Werkstücks.
- Unter dem Begriff Eisen-Chrom-Legierung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Art von Legierung verstanden, die nennenswerte Anteile an Eisen und Chrom aufweist. Dabei ist es unerheblich, ob Chrom, Eisen oder ein anderes Metall Hauptbestandteil der Legierung ist. Insbesondere werden darunter Eisen-Chrom-Legierungen verstanden, die einen Eisengehalt von mindestens 10% und einen Chromgehalt von mindestens 8% aufweisen. Diese Prozentsätze beziehen sich wie alle anderen in der vorliegenden Anmeldung aufgeführten Angaben und Verhältnisse auf das Gewicht der jeweiligen Substanzen und/oder Lösungen, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
- In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Elektrolyt Phosphorsäure und Methansulfonsäure mit einem Mischungsverhältnis von Phosphorsäure zu Methansulfonsäure, das im Bereich zwischen 90:10 und 20:80 liegt. Diese Ge wichtsverhältnisse beziehen sich auf die Säuren in der Form, wie sie großtechnisch primär eingesetzt werden. So beziehen sich die Werte für Methansulfonsäure auf Methansulfonsäure in einer Konzentration von ≥ 99%, wie sie auch kommerziell erhältlich ist. Als Phosphorsäure wird dabei die Säure in Form einer 85%igen Phosphorsäurelösung verwendet. Die übrigen Bestandteile dieser Lösung sind im Wesentlichen Wasser. Somit bezieht sich die Angabe eines Mischungsverhältnisses von Phosphorsäure zu Methansulfonsäure von 90:10 auf das Mischungsverhältnis von 85%iger Phosphorsäure zu ≥ 99%iger Methansulfonsäure und entspräche somit einem Verhältnis von etwa 88,5:11,5, bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Reinsubstanzen. Bei Verwendung anderer Konzentrationen sind die eingesetzten Mengen entsprechend anzupassen.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Elektrolyt ein Mischungsverhältnis von Phosphorsäure zu Methansulfonsäure zwischen 60:40 und 40:60 auf, beziehungsweise ein Verhältnis von etwa 1:1.
- Der Elektrolyt der vorliegenden Erfindung umfasst außerdem mindestens ein tertiäres Amin NR1R2R3 oder mindestens ein Salz eines tertiären Amins [NR1R2R3H]+. Die drei Reste R1, R2 und R3 des tertiären Amins können dabei gleich oder verschieden sein und können unabhängig voneinander lineare, verzweigte oder cyclische Kohlenwasserstoffreste sein. Auch können mehrere Reste und der tertiäre Stickstoff Bestandteile einer cyclischen Struktur sein.
- Das mindestens eine tertiäre Amin beziehungsweise dessen Kation umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform Verbindungen, die neben der tertiären Aminogruppe noch mindestens eine weitere Aminogruppe und/oder Hydroxylgruppe aufweisen. Dabei kann diese weitere Aminogruppe ebenfalls eine tertiäre Aminogruppe sein, sie kann aber beispielsweise auch eine primäre oder sekundäre Aminogruppe sein. Die Kohlenwasserstoffreste R1, R2 und R3 können somit außerdem OH-Gruppen, NH2-Gruppen, NHR4-Gruppen oder NR4R5-Gruppen aufweisen, wobei R4 und R5 gleich oder verschieden voneinander sein können und ebenso definiert sind wie die Reste R1, R2 und R3.
- Beispiele solcher tertiären Amine sind etwa Tributylamin, N,N-Dimethylethanolamin, N,N'-Dimethylpiperazin, Phenyldiethanolamin oder N,N,N',N'-Tetramethylhexamethylendiamin. Diese Aufzählung soll lediglich dazu dienen, das Spektrum der möglichen tertiären Amine zu veranschaulichen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das mindestens eine tertiäre Amin Triethanolamin N(C2H4OH)3 bzw. dessen Salze.
- Das mindestens eine tertiäre Amin oder mindestens eine Salz eines tertiären Amins liegt in dem Elektrolyten gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt in einer Konzentration von 0,5 bis 4 Gew.-% vor, wobei sich diese Konzentrationsangabe auf die freie Base des tertiären Amins bezieht. Besonders bevorzugt wird eine Konzentration des tertiären Amins von etwa 2% im Elektrolyten, bezogen auf die freie Base.
- Der Elektrolyt gemäß der vorliegenden Erfindung kann neben den Bestandteilen Phosphorsäure, Methansulfonsäure und tertiäre(s) Amin(e) noch weitere Bestandteile umfassen, insbesondere etwa Wasser. Es wird jedoch bevorzugt, dass der Wassergehalt des Elektrolyten nicht zu hoch Liegt. So weist der Elektrolyt eine Konzentration von weniger als 15% Wasser auf. In einem solchen Elektrolyten ist die 85%ige Phosphorsäure Hauptquelle des im Elektrolyten vorhandenen Wassers.
- In einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum elektrochemischen Polieren von Oberflächen aus Eisen-Chrom-Legierungen gerichtet, wobei ein Elektrolyt, wie er vorstehend definiert ist, verwendet wird. Dieses Elektropolierverfahren ist auf die gesamte Palette von Eisen-Chrom-Legierungen in gleichem Maße anwendbar und liefert eine sehr gute Einebnung sowie einen Glanz wie er gemäß dem bisherigen Stand der Technik nur durch eine mechanische Politur reproduzierbar erhalten wenden konnte. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Eisen-Chrom-Legierungen, die einen Chromgehalt von mindestens 8% und einen Eisengehalt von mindestens 10% aufweisen. Insbesondere eignet sich das Verfahren auch für Legierungen, deren Chromgehalt 12% oder mehr beträgt. Die Eisen-Chrom-Legierungen, deren Oberflächen mit dem vorliegenden Verfahren elektropoliert werden können, können nur aus den beiden Elementen Eisen und Chrom bestehen, sie können aber ebenso weitere Bestandteile aufweisen. Beispielsweise können diese Legierungen Bestandteile enthalten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Molybdän, Mangan, Vanadium und Stickstoff. Wie die meisten eisenhaltigen Legierungen, können die Eisen-Chrom-Legierungen auch Kohlenstoff enthalten.
- Der besondere Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass das Elektropolieren unabhängig vom Gefüge des Werkstücks ein gutes Glätten, Entgraten und Glänzen der Oberflächen ermöglicht. Das Werkstück kann dabei ein austenitisches Gefüge, ein ferritisches Gefüge, ein martensitisches Gefüge oder auch ein Mischgefüge, beispielsweise ein austenitisch-ferritisches Mischgefüge aufweisen und all diese Werkstücke können in dem gleichen Polierbad erfolgreich und mit hoher Qualität elektropoliert werden.
- Ein weiterer Vorteil dieses hier vorgestellten Verfahrens liegt darin, dass es problemlos auch bei höheren Temperaturen, etwa bei Temperaturen bis 100°C betrieben werden kann. So wird das Verfahren vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 40°C und 100°C durchgeführt. Insbesondere bevorzugt ist, das Verfahren bei einer Temperatur zwischen 60°C und 80°C durchzuführen.
- Die anodische Stromdichte des Verfahrens ist weitestgehend frei wählbar. Vorzugsweise liegt sie zwischen 3 und 50 A/dm2, insbesondere zwischen 10 und 20 A/dm2.
- Die Dauer des Elektropoliervorgangs richtet sich jeweils nach der Rauheit des zu polierenden Werkstücks und der gewünschten Abtragsmenge und Glättung der Oberflächen. Die optimale Polierzeit kann der Fachmann in Abhängigkeit von der verwendeten Stromdichte, der Zusammensetzung des Elektrolyten und der Temperatur in Routineversuchen problemlos ermitteln. Da beim Prozess des Elektropolierens Wärme freigesetzt wird, müssen höher belastete Elektrolyte gekühlt werden, um die Prozesstemperatur konstant zu halten. Je niedriger die Verfahrenstemperatur liegt, desto aufwendiger ist die Kühlung, woraus sich durchaus eine Grenze für die Wirtschaftlichkeit von Elektropolierverfahren ergeben kann. Da das vorliegende Verfahren auch bei relativ hohen Temperaturen bis ca. 100°C mit guter Qualität betrieben werden kann, stellt die Kühlung des Elektrolyten selbst bei hoher Belastung kein Problem dar.
- Aufgrund der Verwendung dieses neuartigen Elektrolyten ist es möglich, Eisen-Chrom-Legierungen der unterschiedlichsten Gefügearten elektrochemisch zu polieren. Dabei werden Ergebnisse erzielt, die reproduzierbar bisher nur mit einer arbeitsaufwändigen mechanischen Politur erzielt werden konnten. Außerdem ist der Elektrolyt gemäß der vorliegenden Erfindung, der in dem hier beschriebenen Verfahren wird, weitgehend unbedenklich hinsichtlich Arbeitssicherheit und Umweltschutz.
- Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen näher erläutert. Diese Beispiele stellen nur mögliche Ausführungsformen des hier beschriebenen Elektropolierverfahrens und der dabei verwendeten Elektrolyte dar und sollen in keiner Weise eine Beschränkung auf die hier verwendeten Bedingungen implizieren.
- BEISPIELE
- Beispiel 1:
- Werkstücke mit einer Fläche der Größe 100·100 mm2 und einer Dicke von 1,0 mm aus Chrom-Nickel-Stahl der Qualität X5CrNi18-10 (Werkstoff-1.4301) mit kaltgewalzter Oberfläche der Qualität IIIc wurden elektropoliert. Dieser Stahl besitzt ein austenitisches Gefüge. Als Elektrolyt wurde zum einen ein handelsüblicher Elektrolyt gemäß dem Stand der Technik verwendet, zum anderen ein erfindungsgemäßer Elektrolyt.
- 1.1 Elektrolyt gemäß dem Stand der Technik
- Zusammensetzung:
-
- 45% Schwefelsäure, 54% Phosphorsäure (85%ig), 1% Triethanolamin
-
Parameter: Temperatur des Elektrolyten: 50°C Anodische Stromdichte: 12 A/dm2 Spannung: 9 Volt Polierzeit: 15 Minuten - 1.2. Erfindungsgemäßer Elektrolyt
- Zusammensetzung:
-
- 49% Phosphorsäure (85%ig), 49% Methansulfonsäure (>99%ig), 2% Triethanolamin
-
Parameter: Temperatur des Elektrolyten: 65°C Anodische Stromdichte: 10 A/dm2 Spannung: 11 Volt Polierzeit: 15 Minuten - Ergebnis:
- Das Blech gemäß 1.1 zeigte eine Oberfläche mit gutem Glanz und leichter Orangenhautstruktur. Eine Schrift mit einer Größe von 3,0 mm konnte bis zu einem Abstand zur Blechoberfläche von 18 cm im Spiegelbild gelesen werden.
- Das Blech gemäß 1.2 zeigte eine Oberfläche mit sehr gutem Glanz und spiegelglatter Einebnung. Eine Schrift mir einer Größe von 3,0 mm konnte auf einer optischen Bank mit Fernrohr noch in einem Abstand zur Blechoberfläche von 300 cm im Spiegelbild durch das Fernglas ohne Schwierigkeiten gelesen werden. Dieser Wert ist mit einer sehr guten mechanischen Politur vergleichbar.
- Beispiel 2:
- Bleche der Qualität X65Cr13 (Werkstoff-Nr. 1.4037), gehärtet, wurden elektropoliert. Dieser Werkstoff besitzt ein martensitisches Gefüge.
- 2.1 In einem handelsüblichen Elektrolyten
- Zusammensetzung:
-
- 49% Schwefelsäure, 49% Phosphorsäure, 2% Triethanolamin
-
Parameter: Temperatur des Elektrolyten: 75°C Anodische Stromdichte: 25 A/dm2 Spannung: 14 Volt Polierzeit: 8 Minuten - 2.2 In einem erfindungsgemäßen Elektrolyten
- Zusammensetzung: wie 1.2
-
Parameter: Temperatur des Elektrolyten: 60°C Anodische Stromdichte: 20 A/dm2 Spannung: 13 Volt Polierzeit: 8 Minuten - Ergebnis:
- Die Oberfläche des Bleches gemäß Versuch 2.1 war grau matt und an den Korngrenzen chemisch angeätzt.
- Die Oberfläche des Bleches gemäß Versuch 2.2 zeigte guten Glanz und sehr gute Einebnung ohne dass ein chemischer Angriff auf das Gefüge zu erkennen war.
Claims (15)
- Elektrolyt zum Elektropolieren von Oberflächen, die aus Eisen-Chrom-Legierungen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt Phosphorsäure, Methansulfonsäure und mindestens ein tertiäres Amin oder mindestens ein Salz eines tertiären Amins enthält, und dass der Elektrolyt weniger als 15 Gew.-% Wasser enthält.
- Elektrolyt gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Phosphorsäure zu Methansulfonsäure im Bereich zwischen 90:10 und 20:80 liegt, bezogen auf das Gewicht bei Verwendung von 85%iger Phosphorsäure und ≥ 99%iger Methansulfonsäure.
- Elektrolyt gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Phosphorsäure zu Methansulfonsäure etwa 1:1 beträgt, bezogen auf das Gewicht bei Verwendung von 85%iger Phosphorsäure und ≥ 99%iger Methansulfonsäure.
- Elektrolyt gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine tertiäre Amin Verbindungen umfasst, die mindestens eine weitere Aminogruppe und/oder Hydroxylgruppe aufweisen.
- Elektrolyt gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen, die mindestens eine weitere Aminogruppe und/oder Hydroxylgruppe aufweisen, Triethanolamin umfassen.
- Elektrolyt gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine tertiäre Amin in einer Konzentration von 0,5 bis 4 Gew.-% in dem Elektrolyten vorliegt.
- Elektrolyt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine tertiäre Amin in einer Konzentration von etwa 2 Gew.-% in dem Elektrolyten vorliegt.
- Verfahren zum Elektropolieren von Oberflächen aus Eisen-Chrom-Legierungen mit einem Elektrolyten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
- Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Chromgehalt mindestens 8 Gew.-% und der Eisengehalt mindestens 10 Gew.-% der Eisen-Chrom-Legierung beträgt.
- Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisen-Chrom-Legierung weitere Bestandteile aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Molybdän, Mangan, Vanadium, Kohlenstoff und Stickstoff.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung ein austenitisches Gefüge, ein ferritisches Gefüge, ein martensitisches Gefüge oder ein austenitisch-ferritisches Mischgefüge aufweist.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Temperatur zwischen 40°C und 100°C durchgeführt wird.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Temperatur zwischen 60°C und 80°C durchgeführt wird.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer anodischen Stromdichte von 3 bis 50 A/dm2 durchgeführt wird.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer anodischen Stromdichte von 10 bis 20 A/dm2 durchgeführt wird.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT520365A1 (de) * | 2017-08-29 | 2019-03-15 | Hirtenberger Eng Surfaces Gmbh | Elektrolyt zum elektropolieren von metalloberflächen |
| US11549194B2 (en) | 2016-12-09 | 2023-01-10 | Hirtenberger Engineered Surfaces Gmbh | Electropolishing method and electrolyte for same |
| CN115838962A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-24 | 中国振华电子集团宇光电工有限公司(国营第七七一厂) | 一种环保型不锈钢电解抛光液及工艺 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK84247C (da) * | 1954-09-07 | 1958-01-20 | Georg Ludvig Busch | Fremgangsmåde til elektropolering af metaller og bad til anvendelse ved fremgangsmåden. |
| DE19809487A1 (de) * | 1998-03-06 | 1999-09-09 | Greising | Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung einer räumlich begrenzten metallischen Deckschicht auf einer elektrisch leitenden Materialoberfläche |
| DE102004045297A1 (de) * | 2004-09-16 | 2006-03-23 | Basf Ag | Verfahren zum Behandeln von metallischen Oberflächen unter Verwendung von Formulierungen auf Basis von wasserarmer Methansulfonsäure |
-
2006
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK84247C (da) * | 1954-09-07 | 1958-01-20 | Georg Ludvig Busch | Fremgangsmåde til elektropolering af metaller og bad til anvendelse ved fremgangsmåden. |
| DE19809487A1 (de) * | 1998-03-06 | 1999-09-09 | Greising | Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung einer räumlich begrenzten metallischen Deckschicht auf einer elektrisch leitenden Materialoberfläche |
| DE102004045297A1 (de) * | 2004-09-16 | 2006-03-23 | Basf Ag | Verfahren zum Behandeln von metallischen Oberflächen unter Verwendung von Formulierungen auf Basis von wasserarmer Methansulfonsäure |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CA 53:43912 … * |
| DK 84247, 53:43912 CA |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11549194B2 (en) | 2016-12-09 | 2023-01-10 | Hirtenberger Engineered Surfaces Gmbh | Electropolishing method and electrolyte for same |
| AT520365A1 (de) * | 2017-08-29 | 2019-03-15 | Hirtenberger Eng Surfaces Gmbh | Elektrolyt zum elektropolieren von metalloberflächen |
| AT520365B1 (de) * | 2017-08-29 | 2019-10-15 | Hirtenberger Eng Surfaces Gmbh | Elektrolyt zum elektropolieren von metalloberflächen |
| CN115838962A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-24 | 中国振华电子集团宇光电工有限公司(国营第七七一厂) | 一种环保型不锈钢电解抛光液及工艺 |
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