Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbei- tung eines Werkstoffs, der eine Hartphase und eine Binderphase enthält, vor gestellt. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung eines wässrigen, alkali schen, Komplexbildner-haltigen Elektrolyten und ein zumindest teilweises Kontaktieren des zu bearbeitenden Werkstoffs mit dem Elektrolyten und mit einer Stromquelle. Zur elektrochemischen Oxidation des Werkstoffs wird an den Werkstoff über die Stromquelle ein gepulster elektrischer Strom abgege ben, wobei die Pulsfolge des abgegebenen elektrischen Stroms auf die Menge der Binderphase im zu bearbeitenden Werkstoff abgestimmt wird. Über das Verfahren und über die Vorrichtung ist es möglich, auch Werkstoffe mit einem hohen Binderphasengehalt so zu bearbeiten, dass ein gleichmäßiger (homo- gener) Abtrag von Werkstoffmaterial, d.h. sowohl von der Hartphase als auch von der Binderphase des Werkstoffs, möglich ist. Es ist bekannt, dass Hartmetall Werkstoffe auf mechanischem (Schneid-, Schleif- und Polierprozesse) sowie auf thermischem (Entladungserrosion und Laserbearbeitung) Weg bearbeitet werden können.

Aufgrund der hohen Härte dieser Werkstoffklasse (HV10 « 750 bis 2800) er fordert die mechanische Bearbeitung vorrangig den kostenintensiven Einsatz von diamantbeschichteten Werkzeugen und diamanthaltigen Schleifmitteln. Mit der mechanischen Bearbeitung wird ein hoher Energieeintrag auf den Werkstoff ausgeübt. Dies kann bei unzureichender Kühlung zu einer Verände rung des Werkstoffs und damit zu einer Beeinträchtigung des Werkstoffver haltens führen.

Insbesondere ist diese Gefahr der Beeinträchtigung des Werkstoffverhaltens bei thermischen Bearbeitungsprozessen gegeben. Der durch Aufschmelzen des Werkstoffs hervorgerufene Abtrag hinterlässt am Hartmetallwerkstoff im Allgemeinen eine einphasige, erstarrte Schmelze, die Mikrorisse aufweist. Zudem verfügt die erstarrte Schmelze auch nicht mehr über die Vorzüge eines harten und gleichzeitig zähen Materials, das aus Hartphase und Binderphase besteht. Der thermischen Bearbeitung folgt daher im Regelfall eine Endbear beitung durch mechanisches Polieren.

Bislang ist bei legierten Stählen sowie bei Nickelbasislegierungen ein elektro chemisches Bearbeiten (engl,„electrochemical maichining", kurz:„ECM") be kannt.

Bei einer elektrochemischen Bearbeitung von Hartmetall Werkstoffen besteht jedoch das Problem, dass die Hartphase und Binderphase zu gleichen Teilen vom Werkstoff abgetragen wird, d.h. einen simultanen anodischen Auflöseprozess für Hart- und Binderphase zu erzeugen. Während das elektro chemische Auflösen der Hartphase (oft bestehend aus einem Carbid, vorran gig Wolframcarbid) im alkalischen Millieu möglich ist, ist für die Auflösung der Binderphase (oft bestehend aus einem Metall, vorrangig Cobalt, Nickel oder Eisen) ein saures Millieu erforderlich.

Es ist bisher ein sog. bipolares Pulsen mit Wechselstrom bekannt, das durch die periodische Umpolung durch den Wechselstrom zu einem periodischen Wechsel des pH-Werts an der Werkstückoberfläche führt. Dies ermöglicht zwar eine alternierende, aber keine simultane Auflösung des zweiphasigen Werkstoffs. Ein weiterer Nachteil an dieser Methode ist, dass das Durchführen von bipolar modulierten Pulsen eine Gegenelektrode aus einem inerten Mate rial (z.B. Graphit, Platin oder Gold) erfordert, um deren anodische Auflösung während der positiven Polarisationsphase zu vermeiden.

Bekannt ist zudem, bei der elektrochemischen Bearbeitung von Werkstoffen halogenhaltige Elektrolytlösungen (z.B. Elektrolytlösungen mit NaCI) einzuset zen), um über die oxidierende Wirkung des Halogenids bzw. dessen Halogen gas (z.B. CI bzw. Chlor) einen Materialabtrag am Hartmetallwerkstoff zu be wirken. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass es dabei simultan zu einer sehr in tensiven Auflösung der Binderphase kommt, da diese durch einen aktiven elektrochemischen Auflösungsprozess sogar bevorzugt aufgelöst wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Binderphase schneller auflöst als die Hartphase und damit letztere in Form von Partikeln aus der sich auflösenden Matrix herausgelöst wird. Es wird somit ein raues Gefüge hinterlassen, welches im Regelfall mechanisch nachpoliert werden muss, um die gewünschte Oberflä chenbeschaffenheit zu erreichen.

Wird lediglich ein rein alkalischer Elektrolyt ohne Halogenide eingesetzt (z.B. eine wässrige Lösungen von Alkalihydroxiden oder Alkalicarbonaten ohne Ha logenide), so führt dies zunächst zu einer vorrangigen anodischen Auflösung der Hartphase. Im weiteren Prozessverlauf bildet sich jedoch an der Binder phase eine elektronenleitende Passivschicht, die zu einer anodischen Zerset zung von Wasser führt und damit einen Materialabtrag vor allem an der Bin derphase stört bzw. ganz verhindert.

Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werk stoffs, der eine Hartphase und eine Binderphase enthält, bereitzustellen, wo bei mit dem Verfahren und mit der Vorrichtung ein gleich starker Abtrag der Hartphase und der Binderphase des Werkstoffs (d.h. ein homogener Abtrag von Werkstoffmaterial) über einen möglichst langen Zeitraum ermöglicht werden soll. Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen von An spruch 1, die Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 und die Ver wendung mit den Merkmalen von Anspruch 15. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung ei nes Werkstoffs, der eine Hartphase und eine Binderphase enthält, bereitge stellt. Das Verfahren umfasst die Schritte

a) Bereitstellung eines wässrigen, alkalischen Elektrolyten, der eine Elektrode enthält, die mit einem ersten Pol einer Stromquelle verbunden ist;

b) Zumindest teilweises Kontaktieren eines zu bearbeitenden Werkstoffs mit dem wässrigen, alkalischen Elektrolyten, wobei der Werkstoff eine Hart phase und eine Binderphase enthält;

c) Elektrische Kontaktierung des Werkstoffs mit einem zweiten Pol der Stromquelle;

d) Abgeben eines gepulsten elektrischen Stroms an den Werkstoff über die Stromquelle zur elektrochemischen Oxidation des Werkstoffs, wobei der gepulste Strom eine bestimmte Pulsfolge aufweist.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt einen Kom plexbildner enthält, der geeignet ist, mindestens ein Metallion der Binderpha se zu komplexieren, wobei die von der Stromquelle abgegebene Pulsfolge des gepulsten Stroms auf die Menge der Binderphase im zu bearbeitenden Werk stoff (z.B. auf den Volumenanteil von Binderphase im Werkstoff) abgestimmt wird.

Erfindungsgemäß wird durch die Anwesenheit des Komplexbildners in dem Elektrolyt verhindert, dass sich im Prozessverlauf an der Binderphase eine elektronenleitende Passivschicht ausbildet, welche den Materialabtrag stop pen würde. Folglich wird durch den Komplexbildner erreicht, dass der Materi alabtrag an der Hartphase und Binderphase des Werkstoffs grundsätzlich über einen langen Zeitraum stattfinden kann.

Es wurde zudem gefunden, dass die Anwesenheit des Komplexbildners allein nicht ausreichend ist, um einen gleich starken Abtrag von Material von der Hartphase und der Binderphase über einen langen Zeitraum sicherzustellen. Insbesondere bei Hartmetallwerkstoffen mit einem hohen Binderphasenge- halt wurde eine heterogene Auflösung beobachtet. Grund hierfür ist, dass die auf der Binderphase entstehenden Metallionen mit Wasser einen Produktfilm ausbilden, der vom Komplexbildner nicht mit gleicher Geschwindigkeit abge löst werden kann, in der er gebildet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Lösung für dieses Problem, indem der elektrische Strom an den Werkstoff gepulst abgegeben wird und die wäh rend des Verfahrens von der Stromquelle abgegebene Pulsfolge auf die Men ge der Binderphase im zu bearbeitenden Werkstoff abgestimmt wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass dem Komplexbildner im Elektrolyt genü gend Zeit gegeben wird, die an der Binderphase entstehenden Metallionen zu komplexieren, sodass sich während dem Materialabtrag kein Produktfilm aus bilden kann, der das Gleichgewicht zwischen Abtrag von der Hartphase und Abtrag von der Binderphase stören könnte.

Anders ausgedrückt kann über das erfindungsgemäße Verfahren die Auflö sungsrate von Hart- und Binderphase einander angepasst werden, so dass ein gleichmäßiger (homogener) Abtrag beider Phasen auch bei hohem Binderpha sengehalt ermöglicht wird. Die Kombination aus pulsmodulierter Polarisation der Stromquelle und Komplexbildner im Elektrolyten führt zu einem synerge tischen Effekt beim Materialabtrag. Grob- und Feinbearbeitung des zu bear beitenden Werkstoffs sind in einem Prozessschritt realisierbar, d.h. im Gegen satz zu EDM ist hier kein Elektrodenaustausch notwendig. Verglichen mit thermischen Bearbeitungsprozessen von Werkstoffen hat das erfindungsge mäße Verfahren den zusätzlichen Vorteil, dass der Werkstoff durch den Elekt rolyten gekühlt wird (verstärkt z.B. über Elektrolytkonvektion und/oder Elekt rolytspülung) und somit der thermische Energieeintrag so gering ist, dass kein oberflächenseitiges Aufschmelzen des Werkstoffs stattfindet und es nicht zu einer Rissbildung durch Erstarren einer Schmelze kommt.

In dem Verfahren kann ein Werkstoff bearbeitet werden, der eine Hartphase enthält, die eine Vickershärte HV10 von mindestens 750, bevorzugt eine Vi ckershärte HV10 von 750 bis 2800, aufweist, wobei die Hartphase besonders bevorzugt ein Hartmetall, ganz besonders bevorzugt ein Hartmetall ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus Wolframcarbid, Titancarbid, Titannitrid, Tantalcarbid, Niobcarbid, Zirkoncarbid, Vanadiumcarbid und Mischungen hiervon, insbesondere Wolframcarbid, enthält oder daraus besteht.

Ferner kann in dem Verfahren ein Werkstoff bearbeitet werden, der eine Bin derphase enthält, die ein Metall enthält oder daraus besteht, das dazu geeig net ist, in wässriger, alkalischer Lösung durch elektrochemische Oxidation ein Metallhydroxid zu bilden, wobei das Metall bevorzugt ein Übergangsmetall, besonders bevorzugt Cobalt, Nickel, Eisen oder Mischungen hiervon, insbe sondere Cobalt, enthält oder daraus besteht.

Insbesondere handelt es sich bei dem Werkstoff um einen Hartmetallwerk stoff.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein wässriger, alkalischer Elektrolyt eingesetzt, der eine Base enthält, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydroxid, Carbonat, Ammoniak, Alkoholat, Alko holamin, Silikat und Mischungen hiervon, wobei das Hydroxid bevorzugt aus gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallhydroxid, Erdalkalime tallhydroxid und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NaOH, KOH und Mischungen hiervon und/oder das Carbonat bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalime tallcarbonat, Erdalkalimetallcarbonat und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Na ₂ C0 ₃ , K ₂ C0 ₃ und Mischungen hiervon.

In dem Verfahren kann ein wässriger, alkalischer Elektrolyt eingesetzt werden, der ein Additiv zur Erhöhung der Viskosität des wässrigen, alkalischen Elektro lyten enthält, bevorzugt ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyalkohole, Alkoholamine und Mischungen hiervon. Durch die Verwendung des Additivs kann erreicht werden, dass der bearbeitete Werkstoff eine Ober fläche mit einer geringeren Rauheit aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird in dem Verfahren ein wässriger, alkalischer Elektrolyt eingesetzt, der kein Halogenid enthält. Ein solches Ver fahren hat den Vorteil, dass es umweltfreundlicher durchgeführt werden kann und ein geringeres Gefahrenpotential für die Betreiber des Verfahrens dar- stellt, da vom Elektrolyten während der elektrochemischen Bearbeitung keine Halogengase (z.B. Chlor oder Fluor) freigesetzt werden.

Der in dem Verfahren eingesetzte wässrige, alkalische Elektrolyt kann in ei nem Bad bereitgestellt werden und über mindestens einen Fluidzulauf und mindestens einen Fluidablauf des Bads zirkuliert werden. Diese Ausführungs form hat den Vorteil, dass der Ort der Bearbeitung des Werkstoffs gekühlt werden kann und vom Werkstoff abgetragene Substanz zügig vom Ort der Bearbeitung weggeführt werden kann.

Bevorzugt wird in dem Verfahren ein wässriger, alkalischer Elektrolyt einge setzt, der einen pH-Wert von > 13, insbesondere einen pH-Wert von > 14 aufweist. Der Vorteil hierbei ist, dass eine extrem hohe OH -Konzentration im Elektrolyt vorliegt, die sicherstellt, dass die thermodynamischen Vorausset zungen für eine Vermeidung der Oxidbildung auf der Hartphase vorhanden sind. Damit ist die volle elektrochemische Kontrolle des simultanen Abtrages über das Strom-Spannungsregime gegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein wässriger, alkalischer Elektro lyt eingesetzt, der eine Temperatur im Bereich von < 60 °C, bevorzugt eine Temperatur im Bereich von < 50 °C, besonders bevorzugt eine Temperatur im Bereich von > 0 °C bis 40 °C, ganz besonders bevorzugt eine Temperatur im Bereich von 10 °C bis 30 °C, aufweist. Bevorzugt wird der Elektrolyt während dem Verfahren auf einer Temperatur im oben genannten Bereich gehalten, insbesondere über eine Temperiereinheit zur Temperierung des Elektrolyten.

In dem Verfahren kann eine Elektrode verwendet werden, die ein Material enthält oder daraus besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metall, Metalllegierung, Kohlenstoff, elektrisch leitfähiger Kunststoff und Kombinationen hiervon, wobei das Material bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Edelmetall, Kupfer, legiertem Stahl, Graphit und Kom binationen hiervon.

Ferner kann in dem Verfahren eine Elektrode (Gegenelektrode) verwendet werden, die mechanisch oszilliert wird, bevorzugt synchron mit der Pulsfolge des gepulsten Stroms. Durch eine mit der Pulsfolge synchronisierte, mecha- nisch oszillierende Gegenelektrode wird einerseits ein kontrollierter Elektro denabstand und andererseits auch eine Elektrolytkonvektion ermöglicht, wo durch ein gleichmäßiger Abtrag von Werkstoffmaterial mit hoher Präzision erzielt werden kann.

Die in dem Verfahren eingesetzte Stromquelle kann eine Gleichstromquelle, bevorzugt eine gepulste Gleichstromquelle, sein, wobei die Elektrode insbe sondere mit einem Minuspol der Stromquelle verbunden wird und der Werk stoff insbesondere mit einem Pluspol der Stromquelle verbunden wird.

Mit einer Gleichstromquelle ist eine Stromquelle gemeint, deren Elektroden die gleiche Polarität aufweisen, d.h. deren Elektroden unipolar sind. Hierin unterscheidet sich die Gleichstromquelle von der Wechselstromquelle, deren Elektroden eine wechselnde Polarität aufweisen, d.h. deren Elektroden bipo lar sind. Der in dem Verfahren von der Gleichstromquelle abgegebene, ge pulste elektrische Strom kann eine Rechteckform aufweisen, d.h. Rechteck pulse werden abgegeben.

Die in dem Verfahren eingesetzte Stromquelle kann so eingestellt werden, dass sie eine Spannung im Bereich von 0,1 bis 50 V, bevorzugt 2 bis 40 V, be sonders bevorzugt 4 bis 30 V, ganz besonders bevorzugt 6 bis 20 V, insbeson dere 8 bis 15 V, abgibt.

Ferner kann die in dem Verfahren eingesetzte Stromquelle so eingestellt wer den, dass sie eine Stromdichte im Bereich von maximal 400 A/cm ² , bevorzugt 1 A/cm ² bis 300 A/cm ² , besonders bevorzugt 10 A/cm ² bis 200 A/cm ² , insbe sondere 100 A/cm ² bis 150 A/cm ² , abgibt.

Darüber hinaus kann die in dem Verfahren eingesetzte Stromquelle so einge stellt werden, dass sie Pulse mit einer Pulslänge im Bereich von maximal 50 ms, bevorzugt 0,1 ms bis 50 ms, besonders bevorzugt 1 ms bis 40 ms, insbe sondere 10 ms bis 30 ms, abgibt.

Abgesehen davon kann die in dem Verfahren eingesetzte Stromquelle so ein gestellt werden, dass sie Pulse mit einer Pulspause zwischen den Pulsen im Bereich von mindestens 0,1 ms, bevorzugt 1 ms bis 50 ms, besonders bevor zugt 1 ms bis 40 ms, insbesondere 10 ms bis 30 ms, abgibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahren enthält der Komplex bildner einen Stoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkohol amin, Alkylcarbonat, Carbonsäure, Ammoniak, anorganisches Ammoniumsalz, primäres Amin, sekundäres Amin, tertiäres Amin und Mischungen hiervon, oder besteht daraus. Bevorzugt enthält der Komplexbildner ein Alkoholamin oder besteht daraus.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bear beitung eines Werkstoffs, der eine Hartphase und eine Binderphase enthält, bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält

a) einen wässrigen, alkalischen Elektrolyten, wobei der wässrige, alkalische Elektrolyt eine Elektrode einer Stromquelle kontaktiert und zumindest be reichsweise mit einem Werkstoff, der eine Hartphase und eine Binderpha se enthält, kontaktierbar ist (oder diesen kontaktiert); und

b) eine Stromquelle mit einem ersten Pol, der elektrisch mit der Elektrode verbunden ist und einem zweiten Pol, der elektrisch mit dem Werkstoff verbindbar ist (oder mit diesem verbunden ist), wobei die Stromquelle da zu eingestellt ist, zur elektrochemischen Oxidation des Werkstoffs einen gepulsten elektrischen Strom mit einer bestimmten Pulsfolge an den Werk stoff abzugeben.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt einen Kom plexbildner enthält, der geeignet ist, mindestens ein Metallion der Binderpha se zu komplexieren, wobei die Stromquelle dazu eingestellt ist, den gepulsten Strom in einer Pulsfolge abzugeben, die auf die Menge der Binderphase im zu bearbeitenden Werkstoff abgestimmt ist.

Der Werkstoff kann eine Hartphase enthalten, die eine Vickershärte HV10 von mindestens 750, bevorzugt eine Vickershärte HV10 von 750 bis 2800, auf weist, wobei die Hartphase besonders bevorzugt ein Hartmetall, ganz beson ders bevorzugt ein Hartmetall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wolframcarbid, Titancarbid, Titannitrid, Tantalcarbid, Niobcarbid, Zirkoncarbid, Vanadiumcarbid und Mischungen hiervon, insbesondere Wolf ramcarbid, enthält oder daraus besteht. Zudem kann der Werkstoff eine Binderphase enthalten, die ein Metall enthält oder daraus besteht, das dazu geeignet ist, in wässriger, alkalischer Lösung durch elektrochemische Oxidation ein Metallhydroxid zu bilden,, wobei das Metall bevorzugt ein Übergangsmetall, besonders bevorzugt Cobalt, Nickel, Eisen oder Mischungen hiervon, insbesondere Cobalt, enthält oder daraus besteht.

Insbesondere handelt es sich bei dem Werkstoff um einen Hartmetallwerk stoff.

Der wässrige, alkalische Elektrolyt kann eine Base enthalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydroxid, Carbonat, Ammoniak, Alkoholat, Alkoholamin, Silikat und Mischungen hiervon, wobei das Hydroxid bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallhydroxid, Erdalkali metallhydroxid und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NaOH, KOH und Mischungen hiervon und/oder das Carbonat bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkali metallcarbonat, Erdalkalimetallcarbonat und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Na ₂ C0 ₃ , K ₂ C0 ₃ und Mischungen hiervon.

Ferner kann der wässrige, alkalische Elektrolyt ein Additiv zur Erhöhung der Viskosität des wässrigen, alkalischen Elektrolyten enthalten, bevorzugt ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyalkohole, Alkoholami ne und Mischungen hiervon.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform enthält der wässrige, alkalische Elektrolyt kein Halogenid.

Der wässrige, alkalische Elektrolyt kann in einem Bad enthalten sein, das min destens einen Fluidzulauf und mindestens einen Fluidablauf aufweist und da zu konfiguriert ist, den wässrigen, alkalischen Elektrolyten zu zirkulieren.

Bevorzugt weist der wässrige, alkalische Elektrolyt einen pH-Wert von > 13, insbesondere einen pH-Wert von > 14, auf. Der Vorteil hierbei ist, dass eine extrem hohe OH -Konzentration im Elektrolyt vorliegt, die sicherstellt, dass die thermodynamischen Voraussetzungen für eine Vermeidung der Oxidbildung auf der Hartphase vorhanden sind. Damit ist die volle elektrochemische Kon trolle des simultanen Abtrages über das Strom-Spannungsregime gegeben.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist der wässrige, alkalische Elekt rolyt eine Temperatur im Bereich von < 60 °C, bevorzugt eine Temperatur im Bereich von < 50 °C, besonders bevorzugt eine Temperatur im Bereich von > 0 °C bis 40 °C, ganz besonders bevorzugt eine Temperatur im Bereich von 10 °C bis 30 °C, auf. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass keine thermische Zer setzung einer Komponente des Elektrolyten (z.B. des Komplexbildners) statt findet und mit der Vorrichtung der Werkstoff prozessstabiler elektrochemisch bearbeitet werden kann. Dieser Vorteil wird sogar noch gesteigert, falls die Vorrichtung eine Temperiereinheit zur Temperierung des Elektrolyten auf weist.

Die Elektrode der Vorrichtung kann ein Material enthalten oder daraus beste hen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metall, Metalllegie rung, Kohlenstoff, elektrisch leitfähiger Kunststoff und Kombinationen hier von, wobei das Material bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Edelmetall, Kupfer, legiertem Stahl, Graphit und Kombinationen hiervon.

Darüberhinaus kann die Elektrode der Vorrichtung mechanisch oszillierbar sein, bevorzugt synchron mit der Pulsfolge des gepulsten Stroms.

Die Stromquelle der Vorrichtung kann eine Gleichstromquelle, bevorzugt eine gepulste Gleichstromquelle, sein, wobei die Elektrode insbesondere mit ei nem Minuspol der Stromquelle verbunden ist und der Werkstoff insbesondere mit einem Pluspol der Stromquelle verbunden ist. Die Gleichstromquelle kann dazu konfiguriert sein, einen gepulsten elektrischen Strom in Rechteckform abzugeben, d.h. Rechteckpulse werden abgegeben.

Die Stromquelle der Vorrichtung kann so eingestellt sein, dass sie eine Span nung im Bereich von 0,1 bis 50 V, bevorzugt 2 bis 40 V, besonders bevorzugt 4 bis 30 V, ganz besonders bevorzugt 6 bis 20 V, insbesondere 8 bis 15 V, abgibt. Ferner kann die Stromquelle der Vorrichtung so eingestellt sein, dass sie eine Stromdichte im Bereich von maximal 400 A/cm ² , bevorzugt 1 A/cm ² bis 300 A/cm ² , besonders bevorzugt 10 A/cm ² bis 200 A/cm ² , insbesondere 100 A/cm ² bis 150 A/cm ² , abgibt.

Darüber hinaus kann die Stromquelle der Vorrichtung so eingestellt sein, dass sie Pulse mit einer Pulslänge im Bereich von maximal 50 ms, bevorzugt 0,1 ms bis 50 ms, besonders bevorzugt 1 ms bis 40 ms, insbesondere 10 ms bis 30 ms, abgibt.

Abgesehen davon kann die Stromquelle der Vorrichtung so eingestellt sein, dass sie Pulse mit einer Pulspause zwischen den Pulsen im Bereich von min destens 0,1 ms, bevorzugt 1 ms bis 50 ms, besonders bevorzugt 1 ms bis 40 ms, insbesondere 10 ms bis 30 ms, abgibt.

Der Komplexbildner in dem Elektrolyt der Vorrichtung kann einen Stoff ent halten oder daraus bestehen, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoholamin, Alkylcarbonat, Carbonsäure, Ammoniak, anorganisches Ammoniumsalz, primäres Amin, sekundäres Amin, tertiäres Amin und Mi schungen hiervon. Bevorzugt enthält der Komplexbildner ein Alkoholamin oder besteht daraus.

Es wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektroche mischen Bearbeitung eines Werkstoffs vorgeschlagen.

Anhand der nachfolgenden Figuren und des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten, spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.

Figur 1 zeigt vier FESEM-Aufnahmen (BSE) von Werkstoffoberflächen, die durch eine unterschiedliche Kombination von Pulsmodulation und Elektrolyt zusammensetzung erzielt wurden. Bei dem bearbeiteten Werkstoff handelt es sich um WC30Co, d.h. eine Mischung von 70 Gew.-% Wolframcarbid als Hart phase und 30 Gew.-% Cobalt als Binderphase. Es wurde eine Gleichspannung von 11 Volt verwendet. Die Figuren 1A und 1B zeigen die Bearbeitung in ei nem alkalischen Elektrolyten ohne Komplexbildner zur Komplexierung eines Metallions der Binderphase. In Figur 1A ist das Ergebnis einer Bearbeitung von WC30Co mit ungepulstem Gleichstrom dargestellt, wogegen die Figur 1B das Ergebnis einer Bearbeitung von WC30Co mit gepulstem Gleichstrom darstellt. Bei dem in Figur IC dargestellten Ergebnis wurde zwar ein Elektrolyt mit Komplexbildner verwendet, aber nur ungepulster Gleichstrom bei der Bear beitung. Lediglich Figur ID zeigt das Ergebnis einer erfindungsgemäßen Bear beitung von WC30Co, da das WC30Co hier einem Komplexbilder-haltigen Elektrolyten ausgesetzt war und mit gepulstem Gleichstrom bearbeitet wurde.

Figur 2 illustriert den Unterschied des Materialabtrags am Hartmetall in Ab hängigkeit von der Verwendung eines Komplexbildners im Elektrolyten und in Abhängigkeit von der Art des Gleichstroms („pulsmoduliert" steht für gepuls ten Gleichstrom und„Gleichstrom/-spannung" steht für ungepulsten Gleich strom).

Beispiel - Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines Hartmetall- stoffs aus Wolframcarbid und Cobalt

Im Folgenden werden die chemischen Reaktionen bei der anodischen Auflö sung eines Hartmetall Werkstoffs, der Wolframcarbid (WC) als Hartphase und Cobalt als Binderphase enthält, in einem wässrigen, alkalischen Elektrolyt, beschrieben.

Es ist hierbei davon auszugehen, dass die Hartphase über die Reaktion (1) zu Wolframat und Kohlendioxid oxidiert wird (Schubert et al. (2014) Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials, issue 47, p. 54-60)

WC + 7H ₂ 0 -» W0 ₄ ² + C0 ₃ ^2- + 14H ⁺ + 10e ^_ (1)

Durch die transpassive Auflösung von WC werden pro WC-Einheit eine vier zehnfache Stoffmenge an Protonen aus der Zersetzung des Wassers generiert.

Ferner ist davon auszugehen, dass auch die Auflösung der Binderphase trans passiv erfolgt, wobei der Prozess in diesem Fall zweistufig ist. Im alkalischen Millieu bildet sich auf der Binderphase über die Reaktion (2) zunächst eine dünne, elektronenleitende Cobalt(ll)hydroxidschicht: Co + 2H ₂ 0— » CO(OH) ₂ + 2H ⁺ + 2e ^~ (2)

Diese Passivschicht ist im alkalischen Milieu unlöslich, so dass an dieser ohne weiteres über die Reaktion (3) Wasser zu Sauerstoff umgesetzt werden wür de:

2H ₂ 0— » 0 ₂ + 4H ⁺ + 4e (3)

Eine lokale Ansäuerung, d.h. eine lokale Erhöhung der H+-Konzentration, könnte die Passivschicht gemäß Reaktion (4) auflösen:

CO(OH) ₂ + 2H ⁺ — » Co ²⁺ + 2H ₂ 0 (4)

Tatsächlich führt die Oxidation von Hart- und Binderphase dazu, dass sich die Elektrolytlösung lokal an der Grenzfläche zum Material ansäuert (siehe Reak tionen (1) und (2) oben). In der praktischen Durchführung des Verfahrens wird eine solche lokale Ansäuerung jedoch durch die für den Abtragsprozess not wendige und somit unvermeidbare Elektrolytkonvektion verhindert: Durch die Elektrolytkonvektion wird die Grenzfläche zum Material permanent alkalisiert und erreicht daher nicht die nötige H ⁺ -Konzentration zur Auflösung der Pas sivschicht.

Deshalb wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsge mäßen Vorrichtung ein Elektrolyt verwendet, der das Metallion der Passiv schicht (d.h. der oxidierten Binderphase), beispielsweise über die Reaktion (5), komplexiert und somit auflöst (Komplexbildner ist hier NH ₃ ):

CO(OH) ₂ + 6N H ₃ -» [CO(N H ₃ ) ₆ ] ²⁺ + 20H (5)

Die Komplexierung der Metallionen aus der Hydroxidschicht ist allerdings ei ner gewissen Geschwindigkeit unterworfen.

Um die Abtragsgeschwindigkeiten von Hart- und Binderphase aufeinander abzustimmen, ist daher eine zeitliche Unterbrechung des anodischen Auflö sungsprozesses notwendig. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, in- dem die Stromquelle einen gepulsten elektrischen Strom an den Werkstoff abgibt und die von der Stromquelle abgegebene Pulsfolge des gepulsten Stroms auf die Menge der Binderphase im zu bearbeitenden Werkstoff abge stimmt wird.

Durch eine solche pulsmodulierte Polarisation des Werkstoffs mit einer geeig neten Einstellung der pulspolarisationsspezifischen Parameter, bestehend aus Pulsdauer <t _on > und Pulspause <t _0ff > sowie den Spannungsamplituden <U _on > während des Pulses bzw. Stromamplituden <l _on > während des Pulses und der Spannungspausen <U _0ff > bzw. Strompausen <l _0ff > kann der Abtragsprozess auf die jeweiligen Werkstoffeigenschaften (z.B. Binderphasengehalt, Korngrö ße der Hartphase) angepasst werden. Eine bipolare Modulation von Spannung oder Strom (d.h. Wechselstrom) wird aufgrund des komplexierenden Additivs nicht benötigt.