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Elektrolytisches Polieren Die Erfindung betrifft eine elektrolytische
Polierlösung und ein mit dieser durchgeführtes Verfahren zum elektrolytischen Polieren;
insbesondere eine elektrolytische Polierlösung, mit deren Hilfe auf der Oberfläche
von Eisen und seinen Legierungen ein birnenähnliches Aussehen erzielt werden kann,
sowie deren Verwendung. Der Ausdruck I"birnenähnliches Aussehen" oder "Birnenaussehen"
bedeutet hier und im folgenden- eine Oberfläche, die eine unebene Beschaffenheit
ähnlich einer Birnenschale hat, und der in etwas breiterem Sinne grob unebene und
feinunebene Oberflächen mit oder ohne Glanz einschließt. Gemeint sind mit dem Ausdruck
"Eisenlegiexung'" alle Arten von Legierungen, die aus Eisen als
Hauptkomponente,
wie z.B. nicht-rostender Stahl, zusammengesetzt sind.
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Gegenstand der Erfindung ist die Etzeugung eines birnenähnlichen Aussehens
auf der Oberfläche von Eisen und seinen Legierungen mit Hilfe eines elektrolytischen
Verfahrens.
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Ein weiterer Gegenstand ist eine elektrolytische Lösung, mit deren
Hilfe ein birnenähnliches Aussehen auf der Oberfläche von Eisen und seinen Legierungen
erzielt werden kann.
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Ein weiterer Gegenstand ist ein neuartiges und wirtschaftliches Verfahren,
mit dessen Hilfe Gegenständen aus Eisen bzw. seinen Legierungen durch elektrolytisches
Polieren eine birnenähnliche Oberfläche verliehen werden kann.
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Zum Polieren von Eisen und seinen Legierungen auf ein birnenähnliches
Aussehen wurden bisher weitgehend mechanische Verfahren, wie z.B. ein Aufblasen
von Sand, "Alundum'', Carborundum oder anderen teilchenförmigen Substanzen auf die
Oberfläche, durchgeführt. Diese bekannten Verfahren haben jedoch Nachteile, weil
sie nicht nur kompliziert sind, sondern der Metalloberfläche oft such ungünstige
Spannungen mitteilen.
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Erfindungsgemäß wurden Untersuchungen über das elektrolytische Polieren
von Eisen und seinen Legierungen durchgeführt und ermittelt, daß die Oberfläche
des Metalles auf" ein birnenähnliches Aussehen poliert wird' wenn das elektrolyti-
sehe
Polieren von Eisen und seinen Legierungen unter Verwendung einer elektrolytisohen
Lösung vorgenommen wird, die
mindestens ein Glied aus der Gruppe
von anorganischen Säuren und deren Salzen enthält. Des weiteren wurde_herausgefundens
daB dann, wenn die Substanzeng die die Eigenschaft haben, an
der
Oberfläche von Eisen und eeinen.Legierungen während des
Elektrolysevorganges
anzuhaften oder kleine Bläschen von
erzeugten Gas oder Sauerstoff
zu haltens in der oben angege-
benen elektrolytischen Lösung zugegen
sinds bessere Effekte
beobachtet werden.
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Bezüglich der erfindungsgemäß verwendeten anorganischen Säure
sind viele Arten von Säuren brauchbarg an vorteilhaftesten sind
Schwefelsäure und Ohlorwasserstoffsäure. Bezüglich der Salze von anorganischen
Säuren können ebenfalls viele
Arten zur Anwendung kommen,
vorzugsweise Natriunohlorids Kaliumchlorids Calciumahlorid, Magnesiumohlorid, Eisen-III-ohlorid,
Natriumsulfat und Eisen-III-sulfat. Die vorzuziehende Konzentration
von der Säure oder dem Salz in dem Elektrolyten
hängt von der Art der Säuren
und Salze ab, z.B. ist in Falle
von Schwefelsäure die Konzentration
von 0,5 - 10 MoVkg Wasser
vorzuziehen und ist diejenige von
1 - 4. Molfkg Wasser der
Bestwerts während in." Falle von
Natriunchlorid die Konzentration von 0901 Moi/kg Wasser
bis zur Sättigung anwendbar und die optimale Konzentration
i - 5 Molfkg Wasser ist.
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Gemäß der Erfindung kann der Elektrolyt! der
nur mindestens
ein Glied aus der Gruppe von anorganischen Säuren
und ihren Salzen enthält,. wirkungsvoll und mit Erfolg benutzt werden; jedoch erhält'man,
wie oben erwähnt# die besseren Effekte dann' wenn die Substanzen! die die Eigenschaft
habeng--an der Oberfläche des Metalles zu haften, oder die Substanzen, die die Eigenschaft
haben' die kleinen Bläschen an erzeugtem Gas oder Sauerstoff zu halten# zugegeben
sind. Diese Wirkung erzielt man nicht allein durch Zugabe von Substanzen, die von
sich aus eine derartige Eigenschaft besitzen, zum sauren Elektrolyten, sondern auch
durch Zugabe der Substanzen' die durch anorganische Säuren oder deren Salze zu den
wirksamen Substanzen (Stoffen) umgewandelt werden. Daher muß erkannt werden, daß
man viele Arten von Substanzen als Zuschlagssubstanzen verwenden kann.
Des weiteren können mehr als 2 Arten von wirksamen Substanzen zusammen
benutzt Werden.
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Das elektrolytische Polieren von Eisen und seinen Legierungen unter
Verwendung von Schwefelsäure war bereits bekannt; man führte aber ein derartiges
Polieren durch: um spiegelähnliche Oberflächen unter Verwendung von Schwefelsäure
mit einer verhältnismäßig hohen Konzentration zu erhalten. So wird das elektrolytische
Polieren für Erzielung einer birnenähnlichen Oberfläche erstmals gemäß der
Erfindung durchgeführt.
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Wenn die vorzugsweise Konzentration von anorganischen Säuren@als die
Konzentration des Elektrolyten angenommen ist,
werden das Eisen
oder seine Legierungen als Anode ungleichmäßig stofflich aufgelöst und man erhält
schließlich die Oberfläche mit birnenähnlichem Aussehen. Die Wirkungssubstanzen
mit der oben angegebenen Eigenschaft haften an " der Oberfläche oder halten kleine
Bläschen von erzeugtem Gas oder Sauerstoff; so wird zur ungleichmäßigen Lösung der
Oberfläche von Eisen oder seinen Legierungen beigetragen. Auf diese Weise erhält
man das feine birnenähnliche Aussehen. Dies ist das wichtigste Prinzip der vorliegenden
Erfindung.
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Hinsichtlich der zusätzlichen Substanzen mit denen eine Verbesserung
des Effektes erzielt werden kann, können viele Arten von Substanzen benutzt werden,
sowohl einzeln wie auch zusammen. Im folgenden werden Beispiele dafür angegeben:
organische Säuren' wie Gluconsäurei Tannin, Oxalsäure; organische Salze, wie Gluconsäuresalzei
Oxalate; natürliche hochmolekulare Substanzeng wie z.B.@Leim, Agar-Agar und Papier;
Kohlenhydrate, wie z.B. Stärke, Oellulosei Glucose, Fructose, Saccharose@und Maltose;
höhere Fettsäuren und deren Derivate; Saccharin; mehrwertige Alkoholei wie z.B.
Glycerin; synthetische hochmolekulare Substanzeng wie z.B. Polyäthylen und Polyvinylalkohol;
Säurehydrolysate von Graspflanzen.
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Die oben angegebenen Substanzen sind im allgemeinen als solche wirksam;
einige jedoch, wie z.B. Papier, ändern sich in der Säure- oder Salzlösungg wobei
dann die umgewandelten
Substanzen wirksam sind. Zuweilen sind darüber
hinaus die Umwandlungsprodukte wirksamer als die Ausgangssubstanzen.
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Was die Bedingungen bei dem Elektrolysieren betrifft, so ist die Temperatur
des Elektrolyten nicht entscheidend jedoch können 00 - 100o0 geeignet sein. Im Falle
von Eisen liegt die Temperatur zwischen 50 und 'I000 als Bestwert während im Falle
von nichtrostendem Stahl des Typs "i8-8" das Beste die Temperatur zwischen 70o bis
8500 ist. Bezüglich der Spannung sind 095 - 25 Volt geeignet, und die Spannung hängt
viel von der Elektrolyttemperatur ab. Ist sie höher als der angegebene Bereichp
dann neigt die Oberfläche dazu, spiegelähnlich zu werden. Für den Fall einer höheren
Temperatur sollte die Spannung gering sein.
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Die anodische Stromdichte kann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
und der Temperatur des Elektrolyten variieren. Eine Stromdichte von 5 bis 300.A-dm-2
geeignet sein; der Bereich von 10 bis 100 A#dm-2 wird bevorzugt.
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Um Eisen und seine Legierungen auf feines und gleichmäßiges birnenähnliches
Aussehen zu polieren. sollten die oben angegebenen Bedingungen innerhalb der angegebenen
optimalen Bereiche gehalten werden, wobei den Wechselbeziehungen zwischen den einzelnen
Bedingungen Beachtung geschenkt-werden mui3.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläute- " xungi keineswegs
zur Abgrenzung der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1
r@rr
Als Elektrolyt benutzt man eine Lösung, die aus 10 g Schwefelsäure und 90
g Wasser besteht. Eine Eisenplatte-mit einer Dicke von 2 mm und einem Oberflä.chenbereioh
von 0,09 dm 2 wird als Anode und eine Bleielektrode als Kathode benutzt. Die Elektrolyse
wird bei 24o0 durchgeführt; die Badspannung ist 5 Volt und die Stromdichte
5 A#dm-2. Nach 3 Minuten wird die Eisenplatte herausgenommen und mit Wasser gewaschen;
die Plattenoberfläche weist ein feines Birnenaussehen auf.
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Beispiel 2
Man poliert die Eisenplatte nach Beispiel 1 unter
Vorwendung einer 6 n--Salzsäure als Elektrolyten. Die Temperatur des Elektrolyten
ist 20o0 die Badspannung 5 Volt und die Anodenstromdiohte 20 A#dm-2. Die Polierdauer
beträgt 10 Minuten. Die Eisenplattenoberfläche ist so poliert, dad sie ein
feines birnenähnliches Aussehen aufzeigt.
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Beispiel 3
Man poliert dieselbe Eisenplatte
nach Beispiel 1 unter Verwendung einer 3-Nornal-ZÖsung von Natriunohlorid als.
Elektrolyten, dessen Temperatur 10° - 300C ist; die Badspannurig
ist 5 Volt und die Strondiohte 25 A#da~2. Die
Polierdauer
beträgt 5 Minuten. Die Oberfläche der Eisenplatte
ist so poliert,
das sie ein birnenähnliches Aussehen mit etwas Glanz aufzeigt.
Beispiel
4
Man poliert die Eisenplatte wie nach Beispiel 1 unter Verwendung von 1-Normal-Natriumsulfat
als Elektrolyten. Die anderen Bedingungen sind dieselben wie'naeh Beispiel 1. Die
Oberfläche der Eisenplatte wird so poliert, daß sie ein feinen Birnenaussehen aufzeigt.
. Beispiel 5
Eine Platte aus rostfreiem 18-8-Stahl mit einer Dicke von 2
mm und einem Oberflächenbereich von 0,09 d2 wird als Anode benutzt. Die Polierbedingungen
sind dieselben wie nach Beispiel 1. Die Oberfläche weist ein feines birnenähnliches
Aussehen auf.
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.Beispiel 6
Man gibt 1 g Filterpapier zu einer
Lösung, die aus 165 g Schwefelsäure und 52 g Wasser besteht'und eine Temperatur
von 700V hat. Das Filterpapier wird bald aufgelöst und
die Lösung wird dunkel.
Die.Zösung benutzt man als
Elektrolyten. Eine Platte aus
einem rostfreien
18-8-Stahl mit
einer Dicke von 3 mm und einem Oberflächenbereich von 0,1'3
dm2.benut=t man als Anode und seine Bleielektrode als
| Kathode. Die Temperatur des Elektrolyten ist 70 009 die
Bad- |
| A |
| apannung 0,6 Volt und die Stromdichte 40-dm-2. Nach 5 minü- |
tigern Elektrolysevorgang
wird die rostfreie Stahlplatte herausgenommen
und mit Wasser
gewaschen. Die Oberfläche
zeigt ein
groben Birnenaussehen
ohne Glanz.
Beispiel 7
Beispiel 6 wird unter denselben Bedingungen
mit der Ausnahme wiederholt, daD 5 g Aktivkohle anstelle des Filterpapiers benutzt
wird. Die Oberfläche des rostfreien Stahls weist ein grobes Birnenaussehen auf.
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Beispiel 8
Eine Platte aus einem 18-8-rostfreien Stahl poliert
man elektrolytisch unter Verwendung einer Lösungg die aus 165 g Schwefelsäure, 52
g Wasser, 1 g Filterpapier und 10 g Natriumgluconat besteht. Die Elektrolysierbedingungen
sind folgendes Temperatur 70003 Badspannung 3 Volt, Stromdichte 40 A#dm"23 Behandlungsdauer
8 Minuten.
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Die Oberfläche des rostfreien Stahls ist so poliert, daß sie ein Birnenaussehen
aufweist.
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Beispiel 9
Als Elektrolyten benutzt man eine Lösung,
die aus 5500 g_Schwefelsäure.3 1716 g Wasser und 1800 aom einer 50 %igen Gluconsäurelösung
besteht. Eine Eisenplatte wird so elektrolytisch polierte daB sie ein birnenähnliches
Aussehen aufweist.
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Beispiel 10
Als Elektrolyten benutzt man eine lösung# die aus
235 g Salpetersäure3 1200 g Schwefelsäure# 910 g Phosphorsäure und 3630 g
Wasser besteht, Eine Eisenplatte poliert man elektrolytisch unter den Bedingungen
von Raumtemperatur,
einer anodischen Stromdichte von 2 A#dm`2 und
einer Badspannung von 5 Volt. Die Oberfläche ist so poliert, daß sie kein Glanzaussehen
aufzeigt.
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Beispiel 11 | Versuch Nr. 1 2 -3 4 5 _ 6 7 |
| Zusammen- H2S04 4,5 4 3,7 2 8 3,5 1 |
| setzeng |
| des Glucon-- |
| Elektrö-. säure 5 1,3 1 2,5 1,2 0,5 |
| lyt en |
| (Mollkg Natrium- |
| Wasser) gluconat 0,7 |
| Andere |
| Mate- 0,2 (FeSO |
| rialien 4 |
| Temperatur (CC) 50 45 24 40 10 20 30 |
| Badspannung (Y) 5 6,5 4,5 5 8,5 6,5 5 |
| Stromdiehte(A#dm`2) 200 143 100 186 130 151 100 |
| Art v.rostfreiem 18-8 " " @@ 13_ " 1.8_8 |
| Suhl Chrome |
| Polierte Oberfläche Fein |
| (Birnenaussehen) mit " tt n n " " |
| Glanz |
Beispiel
12