1.0 Einführung
Elektropolieren ist das Entfernen von Metall von einer Werkstückoberfläche mithilfe eines elektrischen Stroms, der über eine Elektrolytlösung geleitet wird. Das Verfahren nutzt die Tatsache aus, dass erhöhte Bereiche der Werkstückoberfläche unter den richtigen Bedingungen mehr Energie anziehen als andere Oberflächen. Dadurch wird von diesen Bereichen mehr Material entfernt. Werkstückoberflächen sind nach dem Elektropolieren glatt und glänzend, was den Prozess noch attraktiver macht. Beim Elektropolieren werden Grate und Material von allen freiliegenden Oberflächen entfernt, sofern sie nicht isoliert oder abgedeckt sind.
Im Gegensatz zum mechanischen Polieren sind beim Elektropolieren keine besonderen Werkzeuge erforderlich. Die Komponenten werden an der Anodenseite eines Stromkreises angebracht, und in der Lösung schwebende Kathodenstäbe vervollständigen die Stromkreise.
Beim mechanischen Polieren (im Gegensatz zum Elektropolieren) wird die Oberfläche eines Teils mechanisch geglättet und zum Glänzen gebracht. Beim mechanischen Polieren werden mithilfe von Schleifbändern und -rädern Materialschichten von Metallobjekten entfernt. Der verwendete Prozess variiert je nach Zustand des Ausgangsmaterials und gewünschter Oberfläche. Dies ist ein zeitaufwändiges und inkonsistentes Verfahren zur Metallveredelung, das eine Kontrolle durch den Bediener erfordert.
2.0 Mechanischer Polierprozess
Schleifen, Polieren und Polieren sind die drei Hauptphasen des mechanischen Polierprozesses und werden normalerweise in dieser Reihenfolge durchgeführt. Schleifen ermöglicht im Allgemeinen ein deutlich stärkeres Abschleifen als Polieren. Das Polieren ist ebenso wie das Polieren eine viel intensivere Schleiftätigkeit.
2.1 Schleifen
Durch Schleifen werden in der Regel Objekte fertiggestellt, deren Geometrie zuvor durch andere Verfahren ermittelt wurde. Schleifmaschinen dienen zum Schleifen von ebenen Flächen, Außen- und Innenzylindern sowie Konturformen wie Gewinden. Zur Herstellung von Konturformen werden üblicherweise speziell geformte Räder verwendet, die das Gegenteil der gewünschten Kontur aufweisen, die dem Projekt verliehen werden soll. Im Werkzeugbau wird das Schleifen auch zur Formung von Schneidwerkzeuggeometrien eingesetzt. Die Anwendungen des Schleifens nehmen zu und umfassen zusätzlich zu diesen klassischen Verfahren weitere Hochgeschwindigkeits- und Materialabtragsprozesse.
Das Schleifen erfolgt am Umfang oder an der Fläche der Schleifscheibe. Kantenschleifen ist deutlich seltener als Flächenschleifen. Zum Entfernen von Material wird eine rotierende Schleifscheibe mit Schleifkörnern verwendet. Eine Schleifscheibe besteht aus Schleif- und klebrigen Partikeln. Form und Struktur der Scheibe werden durch das Bindemittel bestimmt, das die Partikel zusammenhält. Die wesentlichen Eigenschaften einer Schleifscheibe werden durch diese beiden Teile sowie durch ihre Form bestimmt.
2.2 Polieren
Durch die Verwendung von Schleifkörnern, die mit einer sich schnell drehenden Polierscheibe verbunden sind, werden beim Polieren Kratzer und Grate beseitigt und unebene Oberflächen geglättet. Die Räder bestehen aus verschiedenen Materialien, darunter Canvas, Leder, Filz und sogar Papier, und sind daher sehr anpassungsfähig. Die Schleifpartikel haften am Umfang des Rades.
Wenn das Schleifmittel abgenutzt und aufgebraucht ist, wird die Schleifscheibe mit neuen Körnungen versehen. Das Grobpolieren erfolgt mit Körnungen von 20 bis 80, das Feinpolieren mit Körnungen von 90 bis 120 und die Feinbearbeitung mit Körnungen über 120.
2.3 Polieren
Polieren ähnelt in seinem Aussehen dem Polieren, dient aber einem anderen Zweck. Polieren ist eine Technik zum Erzeugen glänzender Oberflächen. Polierscheiben werden aus ähnlichen Materialien wie Polierscheiben hergestellt, beispielsweise Leder, Filz und Baumwolle, sind aber normalerweise weicher. Die Schleifmittel sind äußerst fein und befinden sich in einer Poliermasse, die in die Außenfläche der Scheibe gedrückt wird, während sie sich dreht. Beim Polieren hingegen müssen die Schleifkörner an der Scheibenoberfläche haften. Schleifkörner müssen regelmäßig nachgefüllt werden. Polieren wurde früher von Hand durchgeführt, es wurden jedoch Maschinen entwickelt, um den Vorgang zu automatisieren. Die Geschwindigkeit reicht von 2400 bis 5200 Metern pro Minute.
2.4 Überlegungen zum mechanischen Polieren
Mechanisches Polieren verleiht Anwendungen mit niedriger und hoher Reinheit ein hervorragendes Oberflächenprofil. Mechanisches Polieren hingegen entfernt Einschlüsse nicht nur nicht, sondern neigt auch dazu, sie tiefer in die Oberfläche zu drücken und sie sogar zu verschlimmern, indem es versucht, mehr Schleifpartikel aufzunehmen. Darüber hinaus entfernt der mechanische Endbearbeitungsprozess Verunreinigungen von Komponenten und sorgt für glänzende Oberflächen. Elektropolieren hingegen führt zu einer völlig strukturlosen Oberfläche. Es zeigt die wahre Kristallstruktur des Metalls ohne die durch Kaltbearbeitung verursachte Verformung, die normalerweise bei der Anwendung mechanischer Endbearbeitungsmethoden sichtbar ist.
3.0 Elektropolierprozess
Beim Elektropolieren spielen folgende Prozessfaktoren eine Rolle:
- Elektrolytlösung.
- Lösungstemperatur.
- Zykluszeit.
- elektrischer Kontakt
- Stromdichte.
- Gratstandort.
- Gratstärke.
Dabei fungiert ein Metallteil als Anode, während ein anderes Metallteil als Kathode fungiert. Eine Gleichstromversorgung verbindet Kathode und Anode miteinander. Auf der Oberfläche des Metallwerkstücks bildet sich eine polarisierte Schicht, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird. Auf der Oberfläche des Metallteils bilden sich Metallionen, die durch die Schicht diffundieren müssen, um Metallsalze zu bilden. Die Aufhellungs- und Nivellierungseffekte des Prozesses werden durch die Stärke und Viskosität des polarisierten Films beeinflusst.
Die Vorsprünge sind der elektrolytischen Wirkung stärker ausgesetzt und haben einen geringeren elektrischen Widerstand als die Vertiefungen, da die Beschichtung über ihnen dünner und über den Metallvertiefungen dicker ist. Oberflächenmaterial löst sich dort schneller auf, wo der Film dünner ist, beispielsweise über Vorsprüngen, als dort, wo er dicker ist, beispielsweise in Vertiefungen. Metallsalze fließen durch das polymerisierte Anodenblech und in die Elektrolytlösung, wo sie entweder gelöst werden, sich auf der Kathode ablagern oder als Schlamm ausgefällt werden.
Daher können Elektropolierlösungen in die Kategorien vollständig schlammend, halbschlammend und nicht schlammend eingeteilt werden.
Grate in tiefen Löchern oder solche, die durch die Konstruktion des Werkstücks verdeckt sind, erhalten möglicherweise nicht die gleiche „Wurfkraft“ durch den Elektrolyten oder die elektrische Einwirkung wie freiliegende Grate und können daher nicht entfernt werden, es sei denn, es werden zusätzliche Kathoden verwendet, um diesen Stellen zusätzliche Energie zuzuführen. Unter den falschen Umständen kann es zu Lochfraß kommen.
3.1 Überlegungen zum Elektropolieren
- Oberflächenbedingungen des Werkstücks
Aufgrund verschiedener Oberflächenprobleme können die Ergebnisse beim Elektropolieren nicht optimal sein. Einige dieser Schwierigkeiten sind der Gehalt an Metallen im Metall, unsachgemäßes Glühen, eine grobkörnige Oberfläche, eine unzureichende Kaltreduktion oder eine übermäßige Kaltumformung.
- Prozesskontrollen
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollte der Elektropolierprozess reguliert und standardisiert werden. Mangelnde Prozesskontrollen führen zu unzureichenden und instabilen Rohstoffen. Andere wichtige Parameter, darunter Säurekonzentration, Metallgehalt und die Versorgung mit sauberem, welligkeitsfreiem Gleichstrom, sollten während des Prozesses kontinuierlich überprüft werden.
3.2 Die Vorteile des Elektropolierens
- Die Korrosionsbeständigkeit wird verbessert.
Korrosion beginnt bei allen Arten an oder nahe der Oberfläche. Oberflächenbedingungen und -eigenschaften werden durch alle Fertigungs- und Handhabungsprozesse immer verschlechtert. Oberflächenverunreinigungen wie Fett, Schmutz, Eisen und andere Metallpartikel sind bei der Bearbeitung, beim Schweißen und bei der Fertigung üblich. Beim Schneiden, Bearbeiten, Handhaben und Polieren bleiben Eisen- und Schleifpartikel in der Oberfläche eines Materials zurück. Oberflächenverunreinigungen stören die Bildung der natürlich vorkommenden korrosionsbeständigen Oxidschicht von Edelstahl und sind häufig die Korrosionsquelle. Oberflächenmaterial und Verunreinigungen werden durch Elektropolieren entfernt. Elektropolieren wird verwendet, um freies Eisen, Einschlüsse und eingebettete Partikel von der Materialoberfläche zu entfernen.
- Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit
Beim Elektropolieren wird eine homogene Schicht von der Oberfläche des Werkstücks entfernt, sodass es sauber und frei von Schmutz und anderen Verunreinigungen ist. Die menschliche Hand wird häufig zum Polieren mechanischer Teile verwendet. Daher ist es nicht möglich, anschließend eine gleichmäßige Schicht vom Werkstück zu entfernen.
- Die Produkthaftung wird verringert,
Elektropolieren kann das Anhaften von Produkten und die Ansammlung von Verunreinigungen minimieren, indem es das Mikrofinish verbessert. Eine verringerte Haftung kann dazu beitragen, Produktansammlungen zu reduzieren und die Arbeitszyklen erheblich zu verlängern. Die Reinigung kann bei Bedarf in kürzerer Zeit und mit weniger Aufwand durchgeführt werden.
- Entgraten
Elektropolieren wird üblicherweise zum Entgraten eingesetzt. Während des gesamten Elektropolierprozesses ist die Stromdichte innerhalb des Oberflächenprofils an hohen Stellen größer und an tiefen Stellen geringer. Die Geschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion ist genau proportional zur Stromdichte. An den höheren Stellen löst sich das Material aufgrund der höheren Stromdichte schneller auf, wodurch die Oberfläche tendenziell eingeebnet wird. Beim Elektropolieren wird die Oberfläche gleichzeitig entgratet und poliert.
- Aussehen
Der offensichtlichste Vorteil des Elektropolierens ist die glänzende Oberfläche. Das Elektropolieren ist kein mechanisches Verfahren. Es kommen keine Instrumente mit dem Werkstück in Berührung, daher entstehen keine gerichteten Polierlinien. Nach der elektrochemischen Behandlung hat das Material eine mikroskopisch glatte und hochglänzende Oberfläche.
4.0 Wahl zwischen Elektropolieren und mechanischem Polieren
Durch mechanisches Polieren wird die Glätte von Metalloberflächen oder Metallbauteilen durch die Beseitigung von Oberflächenrauheiten erhöht. Darüber hinaus verbessert mechanisches Polieren praktisch jede Art von Material, einschließlich Edelstahllegierungen, Aluminium, Metalloberflächen und sogar Spiegelqualitäten. Durch mechanische Polierverfahren werden geschweißte Metallteile verbessert
Elektropolieren hingegen ist eine fantastische Option zum Entfernen von Graten, zum Reinigen von Kratzern und zum Polieren. Elektropolieren kann auch dazu beitragen, den Produktionsprozess zu verbessern, wenn eine große Anzahl von Metallgegenständen eine hohe Oberflächenqualität erfordert.
Darüber hinaus wird bei einer geringeren Anzahl von Prototypen das mechanische Polieren dem Elektropolieren vorgezogen, da die Kosten für das Elektropolieren eines Prototyps viel höher sind.
4.1 Fazit
Jede Art von Metall profitiert sowohl vom Elektropolieren als auch vom mechanischen Polieren.
Beide Methoden helfen dabei, Kratzer zu verbergen.
Schließlich führt das mechanische Polieren zu keinen gefährlichen chemischen Reaktionen und funktioniert sowohl bei Metallen als auch bei Polymeren.
Das elektrolytische Polieren verbessert die Korrosionsbeständigkeit und erleichtert gleichzeitig das Polieren einer Vielzahl von Metallteilen.
Das Verständnis der Unterschiede zwischen Elektropolieren und mechanischem Polieren kann Ihnen dabei helfen, je nach Bedarf und Budget bessere Optionen zu finden.
