Protection upgraded. Technischer Brief 17. Elektropolieren Verfahrensbeschreibung für das elektrolytische Polieren von Edelstahl

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1 Protection upgraded Technischer Brief 17 Elektropolieren Verfahrensbeschreibung für das elektrolytische Polieren von

2 1. Grundlagen Das Elektropolieren von dient zur Vereinheitlichung der Oberfläche und damit zur Erzeugung eines hohen Glanzgrades und zur Entgratung von Schnitt- und Stanzkanten. Modellhaft lassen sich die Vorgänge an der Oberfläche eines Werkstücks wie folgt darstellen: Vorher Nachher Abb. 1: Oberfläche von vor und nach dem Elektropolieren An den äußeren Bereichen der Oberflächen entstehen die höchsten Stromdichten und der größte Oberflächenabtrag. Dadurch werden die Oberflächen von außen nach innen vereinheitlicht, bis zur Entstehung einer homogen glänzenden Oberfläche. Entsprechend der Werkstoffwahl stellen sich die folgenden Bearbeitungsergebnisse ein: hohe Polierqualität hohe Abtragsrate Einebnung der Oberfläche, verbunden mit einer Reduzierung der Mikrooberfläche Glänzen und Glätten der Oberfläche Rautiefenreduzierung im Wechselbezug zum vorausgegangenen Herstellungsprozess Entgratung im Mikro- und Makrobereich metallische Reinheit und Passivität 2. Anwendung und Arbeitsbedingungen Wannenmaterial: PVDF oder (min ) gummiert, temperaturbeständig im Bereich von C Konzentration: 100 % Fe-Gehalt: bis ca g/kg Dichte (bei Raumtemperatur): 1,74-1,82 g/cm 3 Temperatur: Spannung: C Stromdichte: 8-40 A/dm 2 Expositionszeit: 8-20 V (Stromversorgung 20 Volt) 0,5-30 min Seite 2/8

3 Ein wichtiger Parameter zur Erzeugung guter Glanzausbildung ist das Verhältnis der Kathodenoberfläche zur Anodenoberfläche (Ware). Je größer die Kathodenoberfläche, desto besser die erzielbare Glanzwirkung. Daher empfehlen wir ein Verhältnis von Kathodenoberfläche zu Anodenoberfläche von 1:1,5 bis 1:1. 3. Vorteile Die Vorteile elektropolierter Oberflächen gegenüber mechanischer Bearbeitung sind vielfältig und meist eindeutig nachweisbar. In einem Arbeitsgang wird eine Kombination von Funktionseigenschaften erzielt, die sich wie folgt darstellt: verbesserte Korrosionsbeständigkeit metallische Reinheit und chemische Passivität optimales Reinigungsverhalten Partikelfreiheit und Pyrogenfestigkeit Qualitätskontrolle durch das Aufdecken von Bearbeitungs- und Materialfehlern Entgratung im Mikro- und Makrobereich stark verminderte Belagsneigung deutlich reduziertes Ausgasungsverhalten optimale Schweiß- und Lötbarkeit verminderte Reibung und weniger Verschleiß 4. Anwendungsgebiete Unter Ausnutzung genannter Vorteile finden elektropolierte Oberflächen vor allem in folgenden Bereichen Anwendung: Chemischer und pharmazeutischer Apparate- und Anlagenbau Getränkeindustrie, Brauereibedarf, Lagertanks Lebensmittelindustrie und Biotechnologie Steril- und Medizintechnik Elektronikindustrie Automobilindustrie Vakuumtechnik Papierindustrie Kerntechnik Umwelttechnik Architektur und Bauindustrie Haushaltswarenindustrie Konsumgüterindustrie (Möbel, Lampen, Autozubehör, u.a.) Seite 3/8

4 5. Das Verfahren Entfettung - entfernt organische Verschmutzungen wie Öle und Fette - eine Entfettung der Teile ist nur dann erforderlich, wenn die Ware beölt ist - zum Einsatz kommen alkalische oder saure Entfettungsmittel Beizen - entfernt stabile Metalloxidbeläge, wie z. B. Schweißnahtoxide - zum Einsatz kommen, je nach Stärke der Beläge, chemische oder elektrolytische Beizverfahren Elektropolieren Nachtauchen VE-Spülen - entgratend und ebnet die Oberfläche ein - sichert die resultierende Passivität nach dem Elektropolieren und liefert nach der Abschlussspüle saubere sowie schlierenfreie Oberflächen - dient zur Verhinderung von Trocknungsrückständen (Wasserflecken) 6. Verfahrensschemata Pos Prozess Produkt Temperatur Konzentration Exp. - Zeit Abwasser 1 Entfettung SurTec 168 SurTec C 5-7 Vol.% 0,3-1 Vol.% min Phosphate, Tenside 2 Spülen 3 4 Spülen + Beizen, chemisch SurTec 432 RT-40 C 100 % min Nitrat, Fluoride 5 Spülen 6 Spülen + 7 Elektropolieren SurTec C 100 % min Sulfate, Phosphate 8 Sparspüle 9 Nachtauchlösung SurTec C 20 Vol.% 1-3 min - 10 Spüle 11 Spülen + 12 VE-Spülen (Kreislaufwasser) C - 5 min - Seite 4/8

5 Bei dem vorherigen Verfahrensschema bei Einsatz einer chemischen Beize kann kein Titan als Gestellmaterial eingesetzt werden, da SurTec 432 auch Titan angreift. Soll Titan als Gestellmaterial verwendet werden, empfehlen wir den Einsatz unserer elektrolytischen Beize SurTec 431. Die Beize ist auf das Elektropolierbad abgestimmt und Teile können ohne Spülen direkt in das Elektropolierbad gefahren werden. Pos Prozess Produkt Temperatur Konzentration Exp. - Zeit Abwasser 1 Entfettung SurTec 168 SurTec C 5-7 Vol.% 0,3-1 Vol.% min Phosphate, Tenside 2 Spülen 3 4 Spülen + Beizen, elektrolytisch, anodisch SurTec 431 RT 20 % 5-15 min 5 Elektropolieren SurTec C 100 % min Sulfate, Phosphate, Tenside Sulfate, Phosphate 6 Sparspüle 7 Nachtauchlösung SurTec C 20 Vol.% 1-3 min - 8 Spüle 9 10 Spülen + VE-Spülen (Kreislaufwasser) C - 5 min - 7. Werkstoffübersicht Grundsätzlich bearbeitbar sind nachfolgende Güteklassen: Austenitische Stähle Ferritische und martensitische Chromstähle Austenitischer und ferritischer CrNi-Stahl CrNiMo-Stahl Hochnickelhaltige Legierungen, wie z. B. Hastelloy Eine detaillierte Werkstoffübersicht kann über unser Technical Centre +49(0) bezogen werden. Seite 5/8

6 8. Prüfmethoden Nachweis von ferritischen Verunreinigungen Die drei nachfolgend erwähnten Tests dienen zum Nachweis einer ferritfreien Oberfläche, d.h. die Oberfläche des s wäre in ferritfreiem Zustand optimal für die natürliche Passivierung vorbereitet. Die Tests selbst sind nicht geeignet um die Passivität nichtrostender Stähle anzuzeigen. 8.1 Der Ferroxyl-Test: Der Test dient der örtlich begrenzten Stichprobenkontrolle auf ferritische Verunreinigungen und ist anwendbar auf austenitischen CrNi-Stählen, jedoch nicht anwendbar auf nichtrostenden Chromstählen. Benötigte Reagenzien: Lösung A: Lösung B: 10 g Kaliumhexacyanoferrat-(II) 50 ml destilliertes Wasser 50 ml destilliertes Wasser 15 ml konz. Salpetersäure (65 %) 3 Tropfen Netzmittel Durchführung: Die Lösungen A und B werden zu gleichen Volumenteilen gemischt. Diese Mischung ist wahlweise auf die zu prüfende Oberfläche aufzusprühen oder durch ein mit der Indikatorlösung getränktes Filterpapier auf die zu prüfende Fläche aufzubringen. Bei Anwesenheit von Ferrit tritt nach 30 bis 60 Sekunden ein Farbumschlag nach Blau ein. Hinweise: Nach der Prüfung sind die geprüften Oberflächenbereiche sofort mit Deionat zu reinigen. Die gemischte Indikatorlösung ist nur 2 Stunden haltbar, d.h. sie muss immer frisch angesetzt werden. Gestrahlte Oberflächen aus nichtrostenden CrNi-Stählen dürfen erst 24 Stunden nach dem Strahlen dieser Prüfung unterzogen werden, ansonsten ist eine Fehlanzeige möglich. Beizrückstände werden ebenso und meist großflächig durch Blaufärbung angezeigt. Auswertung: Je nach Sauberkeitsklasse werden die Anzahl Anzeigen pro Flächeneinheit angegeben, z. B. 6 Anzeigen pro 4 Prüfflächen á 1 dm² mit einer maximalen Ausdehnung von 2 mm. Seite 6/8

7 8.2 Kupfersulfat-Test Der Test kommt zur Anwendung bei nichtrostenden, austenitischen Chrom-Nickel-Stählen sowie bei nichtrostenden ferritischen Stählen mit mehr als 16 % Chrom. Er ist nicht geeignet für Stähle mit weniger als 16 % Chrom! Ferner sollte der Test nicht auf Teilen durchgeführt werden die in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz kommen. Die Prüflösung besteht aus: 250 ml destilliertem Wasser, 1 ml Schwefelsäure 98 % (Dichte 1,84 g/cm³) und 4 g Kupfersulfat (CuS0 4 x 5 H 2 O). Durchführung: Die Prüflösung wird auf die zu prüfende Oberfläche aufgetupft. Nach 6 Minuten Einwirkzeit wird die Lösung von der Oberfläche vorsichtig abgetrocknet. Bei passiven und chemisch reinen Oberflächen sind im Prüffeld keine Veränderungen der Oberfläche feststellbar. In Form von schwarzen oder kupferfarbigen Punkten an auszementiertem Kupfer ist auf die Anwesenheit von Ferrit zu schließen und somit auf nicht ausreichend gereinigte Oberflächen. 8.3 Auslagern in demineralisiertem Wasser Der Test dient sowohl zur örtlichen begrenzten Stichprobenkontrolle als auch zur Prüfung der gesamten Oberfläche. Der Test ist anwendbar bei nichtrostenden CrNi-Stählen sowie bei nichtrostenden Cr-Stählen. Fremdferrit wird durch die Umwandlung in Rost angezeigt (rotbraune Verfärbung). Die Einwirkzeit des Deionats muss wenigstens 6 Stunden betragen. Je nach Vereinbarung kann die Prüftemperatur zwischen Umgebungstemperatur und 80 C betragen. Das verwendete Deionat muss folgenden Richtwerten entsprechen: Leitfähigkeit : < 10 µs/cm Chlorid : < 0,5 mg/kg Sulfat : < 0,5 mg/kg Wird lediglich eine Stichprobenprüfung vorgenommen, so muss die minimal zu prüfende Oberflächengröße festgesetzt werden. Seite 7/8

8 8.4 Prüfen der Passivität Neben elektrochemischen Messmethoden, der Messung des Korrosionspotenzials und der Messung des elektrochemischen Rauschens, werden in der Literatur einfache und schnell durchführbare Tüpfeltests beschrieben. Dabei werden zum Beispiel Palladium- oder Kupfer-haltige Lösungen [4,5] auf die Oberfläche gegeben. Ein Zementieren von Palladium bzw. Kupfer auf dem indiziert, dass die Oberfläche nicht passiv war. Unter bestimmten Umständen kann mit einem Tüpfeltest die Passivität der Oberfläche sogar halbquantitativ bestimmt werden. Zur Durchführung des Tests (Artikelnr. S03324) wird auf die zu untersuchende Oberfläche ein Moosgummiring aufgeklebt (I). Der Ring wird mit Testlösung befüllt (II) und die Testlösung wird 3 min einwirken gelassen (III). Anschließend wird mit Wasser gespült (VI), getrocknet und der Moosgummiring wird entfernt (V). Die Intensität der gebildeten Sudabscheidung ist ein Maß für die Passivität der Oberfläche. Je heller der Fleck ist, desto besser ist die ausgebildete Passivität und umgekehrt. I II III IV V Abbildung 10: Durchführung des Tüpfeltests SurTec Deutschland GmbH SurTec-Straße 2 D Zwingenberg Fon: Fax: mail@surtec.com Seite 8/8