DE686131C

DE686131C - Verfahren zum anodischen Polieren von Metallen, insbesondere von Stahl

Info

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

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
3. JANUAR 1940

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 48 a GRUPPE

S131303 Vlj48a

Die Erfinder haben beantragt, nicht genannt zu werden.

Patentiert im Deutschen Reiche vom ig. März 1938 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 7. Dezember 1939

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum anodischen Polieren von Metallen, insbesondere von Stahl, in einem Pyrophosphorsäure enthaltenden Elektrolyten. Es ist schon vorgeschlagen worden, zum Polieren von Metalloberflächen, insbesondere von Kupferoberflächen, eine wäßrige Lösung von Pyro- oder Orthophosphorsäure zu verwenden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß mit Orthophosphorsäure keine befriedigenden Ergebnisse erzielbar sind, vor allem wenn es sich um Eisen oder Stahl handelt. Der Grund hierfür beruht anscheinend darauf, daß die Elektrolyse, zum mindesten bei Eisen oder Stahl, zum Bilden eines Eisenorthophosphates führt, welches sich in Form von Hydraten oder Hydroxyden niederzuschlagen sucht.

Aber auch eine wäßrige Lösung von Pyrophosphorsäure hat keine befriedigenden Ergebnisse. Demi eine solche wäßrige Lösung von Pyrophosphorsäure hat keine ausreichende Stabilität, vielmehr hat die Pyrophosphorsäure in wäßriger Lösung die Neigung, sich in Orthophosphorsäure zu verwandeln. Diese Eigenschaft wird noch durch Wärme oder durch die Anwesenheit einer anderen Säure gefördert.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich in jeder Hinsicht befriedigende, einwandfreie Ergebnisse erzielen lassen, wenn die Pyrophosphorsäure in einem Mittel gelöst wird, das die Stabilität dieser Säure während des Polierverfahrens sicherstellt. Ein solches Lösungsmittel darf offenbar nicht Wasser enthalten, da Wasser, wie gesagt, die Umwandlung in Orthophosphorsäure begünstigt. Es darf ferner nicht unter der Wirkung der Elektrolyse Anlaß zu Hydrolyseerscheinungen geben, die ein Freiwerden von Wassermolekeln zur Folge habenkönnen.

Als ein besonders geeignetes und den Anforderungen des anodischen Polierens in jeder Weise entsprechendes Lösungsmittel hat sich Alkohol erwiesen.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß es auch schon vorgeschlagen ist, Orthophosphorsäure mit Äther und Über-

chlorsäure mit konzentrierter Essigsäure zu mischen. Weder Äther noch Essigsäure korn men jedoch als Lösungsmittel für Pyrophos- - phorsäure bei dem Verfahren gemäß der Erfindung· in Frage. Äther scheidet schon deswegen aus, weil er außerordentlich rasch verdampft und daher eine Mischung mit Äther unbrauchbar ist, während die Verwendung von Essigsäure als Lösungsmittel die ίο Umwandlung der Pyrophosphorsäure in Orthophosphorsäure begünstigen würde; wobei diese Umwandlung bei der Elektrolyse noch durch die Hydrolyse beschleunigt würde, zu der die Essigsäure Veranlassung geben würde. Eine Lösung der Pyrophosphorsäure in Essigsäure wäre also völlig unstabil.

Die Erfindung ist in der "beiliegenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen die

Fig. ι und 2 zwei verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, während

Fig. 3 den anodischen Poliervorgang selbst zu erläutern sucht.

Der anodische Poliervorgang scheint sich folgendermaßen erklären zu lassen. Bei dem anodischen Polieren unter Verwendung eines Elektrolyten, der aus einer Lösung von Pyrophosphorsäure vorzugsweise in Alkohol besteht, bildet sich während der Elektrolyse, auf der von dem zu polierenden Körper A (Fig. 3) gebildeten Anode eine Schicht α aus wenig ionisierten und somit schlecht leitenden komplexen Salzen, die vermutlich aus pyrophosphorsaurem Eisen bestehen (das pyrophosphorsäure Eisen löst sich auf und verbindet sich neu mit der Pyrophosphorsäure)..

Der elektrische Widerstand dieser Schicht a ist wesentlich höher als der elektrische Widerstand des eig-entlichen Elektrolyten b.

In Fig. 3 sind die durch den Poliervorgäng auszugleichenden Rillen oder Riefen an der Oberfläche des zu polierenden Körpers A übertrieben groß dargestellt. Der Stromdurchgang an den Stellen der Vorsprünge und der Vertiefungen des Körpers A ist

r + R' ■ durch das Verhältnis der Widerstände - ■

bestimmt. Wenn der Widerstand der Schicht a groß gegenüber dem Widerstand des Elektrolyten b ist, kann das genannte Verhältnis

gesetzt werden. Da ferner R}

1 · u ^Rl
gleich -----r— f

zu Anfang klein ist gegenüber /?², ergibt sich eine sehr energische Nivellierungswirkung, bis T?¹ = R² geworden ist.

Aus der genannten theoretischen Erläuterung des Poliervorganges ergibt sich, daß der Widerstand der auf der Anode gebildeten Schicht α sehr groß sein mti!.') gegenüber dem Widerstand des eigentlichen Elektrolyten. Diese Bedingung wird erfüllt bei einem Pyrophosphorsäure enthaltenden Elektrolyten.

'Ferner ist die Lösung von Pyrophosphorsäure in Alkohol stabil, d.h. sie besitzt während der ganzen Dauer der Elektrolyse in physikalischer wie in chemischer Hinsicht stets die gleichen Eigenschaften. Schließlieh hat die Lösung von Pyrophosphorsäure in Alkohol eine geeignete Viscosität, die mindestens gleich der des Wassers sein muß, d. h. die Viscosität des Elektrolyten muß mindestens etwa gleich 1 Zentipoise sein. Diese Viscosität ist notwendig, damit nicht die Stabilität der an der Anode gebildeten aktiven Schicht beeinträchtigt wird. Andererseits ist aber auch eine zu hohe Viscosität zu vermeiden, damit nicht etwaige Gasentwicklungen auf der Anode und auf der Kathode verhindert werden. Beispielsweise liegt die obere Viscositätsgrenze in der Größenordnung von einigen Poison.

Vorzugsweise ist die Lösung von Pyrophosphorsäure in Alkohol konzentriert, und zwar beispielsweise so weit, daß sich 400g· Pyrophosphorsäure in 1 1 Lösung befinden. Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung müssen vor allem die schnelle Abführung der Wärme erlauben, die in der Lösung beim Durchgang des Stromes auftritt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise, wie dies in Fig. 1 schaubildlich dargestellt ist, der die Kathode bildende Behälter 1 aus Aluminium oder aus sonstigem die Wärme gut leitendem Metall hergestellt. Um den Strom auf den jeweils günstigsten Wert einstellen zu können, ist in den elektrischen Stromkreis ein einstellbarer Widerstand /?^Λ eingeschaltet. Die zu Beginn des Arbeitsvorganges anzuwendende Stromstärke wird derart gewählt, daß sie an der Anode eine reichliche Entwicklung von Sauerstoff hervorruft. Die Stromstärke nimmt dann plötzlich zu, und die Temperatur ist, sofern es sich um das Polieren von Stahl handelt, etwa gleich 20⁰ C. Die Stromstärke wird dann derart eingeregelt, daß sie nicht das Bestreben hat, plötzlich zu- oder abzunehmen. ^uo Ein solcher Wert entspricht einem guten Fortgang des Polierverfahrens. Bei derPyrophosphatlösung, von der oben die Rede gewesen ist, ist die Stromstärke etwa gleich 30 Ampere je dm². ⁿ5

Es ist andererseits darauf hinzuweisen, daß der Poliervorgang" plötzlich durch die bekannte Erscheinung des Passivwerdens des Stahls angehalten werden kann. Um das Auftreten dieser Erscheinung zu verhindern, braucht der Stahlkörper nur mit einem sauberen Kupferstab -in Berührung gebracht zu

werden, oder es kann auch eine mechanische •Einrichtung vorgesehen werden, die von Zeit zu Zeit selbsttätig diese Berührung bewirkt.

Die Form und Ausbildung der Mittel zum Halten des zu polierenden Körpers hängen von letzterem ab. Wenn es sich beispiels_; weise um die Achse 2 einer Rolle handelt,

. die in Fig. 1 dargestellt ist, so kann man diese Achse in den Behälter 1 mittels eines Stahlkörpers hineinhängen, welcher den Elektrodenträger bildet. Das Ganze ist derart angeordnet, daß die Stromverteilung auf der zu polierenden Oberfläche möglichst gleichförmig ist.

Gemäß Fig. 2 ist angenommen, daß es sich um das Polieren einer Rolle 4 handelt. Diese ruht beispielsweise auf einem dreillüssigen Gestell 5 aus Glas auf. Die Kathode kann durch eine Stange 6 verlängert werden, die sich bis in das Zentrum der Rolle erstreckt. Die Zuleitung des Stromes zu der Anode geschieht beispielsweise durch einfachen Kontakt einer Elektrode 3, die durch das Innere eines Glasrohres 7 hindurchgeführt ist.

Selbstverständlich können bei anderen Formen und Abmessungen der zu behandelnden Körper auch irgendwelche anderen Einrichtungen benutzt werden.

Mit dem Verfahren und den Vorrichtungen gemäß der Erfindung erhält man eine praktisch vollkommene Polierwirkung, die außerdem noch sehr rasch erzielt wird. Die er-Imdungsgemäß erzielte Polierwirkung schließt jede Möglichkeit des Fressens der polierten Teile aus, erhöht ihre Widerstandskraft und hat eine erhebliche Putzwirkung auf die Metalloberfläche.

Wenn es sich beispielsweise um eine Achse handelt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, und wenn eine alkoholische (Spiritus-) Lösung von Pyrophosphorsäure verwendet wird, so ist der Poliervorgang innerhalb von etwa ro Minuten vollendet. Nach diesem Zeitraum wird der polierte Teil so rasch wie möglich aus der Lösung herausgenommen und in eine Säurelösung eingetaucht, welche die Spuren von pyrophosphorsaurem Eisen, die noch an der Oberfläche des Körpers haften können, auflöst. Zu dem genannten Zweck kann beispielsweise eine verdünnte, wäßrige Lösung von Ortophosphorsäure dienen. Hierauf wird der Körper mit destilliertem Wasser und mit Alkohol abgespült und auf sauberer Wäsche getrocknet.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum anodischen Polieren von Metallen, insbesondere von Stahl, in einem Pyrophosphoxsäure .enthaltenden Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrophosphorsäure in einem Mittel gelöst verwendet wird, welches die Stabilität dieser Säure während des Polierverfahrens sicherstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Alkohol als Lösungsmittel verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Lösung 400 g Pyrophoaphorsäure je Liter Lösung beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen