Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrolyten, der zum Elektropolieren von Edelstählen geeignet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung bestimmter Zusätze zu diesen Elektrolyten, um die Bearbeitungszeit von Werkstoffen bis zum Erreichen einer bestimmten Polierqualität zu vermindern und/oder die Min- deststromdichte zur Erzielung eines Poliereffektes zu reduzieren.

Stand der Technik

Elektropolieren ist ein in der Technik auf breiter Basis angewandtes Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Edelstählen. Dies geschieht nicht nur, um den Oberflächen aus dekorativen Gründen Glanz und Glätte zu, verleihen, sondern überwiegend, um technisch-funktionelle Eigenschaften der Oberflächen zu verbessern. Zu diesen Eigenschaften zählen unter anderen Korrosionsbeständigkeit, Reinigungsfähigkeit, metallische Sauberkeit, Biokompatibilität, Beständigkeit gegen Ermüdungsbrüche, Reflexion und Absorption.

Edelstähle werden zunehmend in verschiedensten technischen Bereichen eingesetzt, in denen neben den Oberflächeneigenschaften auch Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und nicht zuletzt der Preis von Bedeutung sind. Um diesen Forderungen zu genügen entwickelt die Industrie in rascher Folge neue

Edelstahlqualitäten, die in Legierung und Gefüge stark unterschiedlich sind. Gegenwärtig werden etwa 200 verschiedene Werkstoffqualitäten angeboten. Hinsichtlich Gefüge umfassen diese Austenit, Superaustenit, Duplex, Lean Duplex, Ferrit und Martensit. Die Palette der Legierungen ist weit gestreut.

Auch für diese Werkstoffe wird in der Regel Elektropolieren als Oberflächenbehandlung gefordert.

Elektropolierverfahren für Edelstahl nach dem Stand der Technik beruhen auf Gemischen von Phosphorsäure im Konzentrationsbereich von 50% bis 80% und Schwefelsäure im Konzentrationsbereich von 50% bis 20%. Üblich ist der Zusatz von

Glanzbildnern zur Unterstützung des Poliereffekts. Moderne Elektrolyt^ nach dem Stand der Technik enthalten eine Kombination von Aminen wie z. B.Tributylamin oder Dimethylamin sowie Phosphonsäuren gemäß EP 0 249 650 Bl.

Wesentliche Kriterien zur Auswahl von Elektrolyten in der industriellen Anwendung sind Eignung für verschiedene Edelstahlqualitäten, erforderliche Stromdichte und Spannung, um den gewünschten Poliereffekt zu erzielen, die Grenze der Metallaufnahme bis zu der noch ein Poliereffekt eintritt.

Keiner der gegenwärtig verfügbaren Elektrolyte deckt die gesamte Breite der Edelstahlqualitäten hinsichtlich Legierung und Gefüge ab. Bei Vorliegen verschiedener Qualitäten sind in der Regel zwei oder mehrere Elektrolyte erforderlich. Schwierigkeiten treten besonders dann auf, wenn innerhalb eines Bauteils mehrere Edelstahlqualitäten verarbeitet sind.

Aus der US 3 366 558 A ist eine Elektrolytzusammensetzung bekannt, die den hier beschriebenen Elektrolyten sehr ähnlich ist. Die in diesem Dokument beschriebene Zusammensetzung dient aber nicht einem Polieren im Sinne der vorliegenden Erfindung, vielmehr soll eine matte glanzlose Oberfläche erhalten werden.

Darüber hinaus enthält dieser Elektrolyt erhebliche Mengen Wasser (regelmäßig bis zu 50 Gew.-% Wasser). Eine Polierwirkung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann man mit einem solchen Bad nicht erreichen.

Darüber hinaus setzt dieser Elektrolyt bestimmte Aminoalkansäuren ein, insbesondere Glycin, Beta-Alanin oder Aminoproprionat, welche nicht als Amine oder Alkanola- mine im Sinne der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden können.

Gegenstand der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyten, der gleichermaßen geeignet ist alle Edelstahlqualitäten mit gutem Ergebnis zu elektropolieren, möglichst innerhalb kürzerer Zeit und mit geringerem Verbrauch an Energie und Chemikalien. Ein weiteres Ziel besteht darin, dass der erfindungsgemäße Elektrolyt keine zusätzlichen Gefahrstoffe enthält und geeignet ist in bestehenden Elektropolieranlagen eingesetzt zu werden. Überraschend hat sich ergeben, dass eine Zugabe von Pyridincarbonsäuren, wie Picolinsäure, Isonicotinsäure, Chinolinsäure und insbesondere Nicotinsäure, die gewünschte Wirkung zeigt. Nicotinsäure ist bekannt als Vitamin D3 und als Zusatz zu Lebens- und Futtermitteln. Insofern bestehen keine Sicherheitsbedenken gegen die Verwendung von Nicotinsäure.

Nicotinsäure ist kompatibel mit allen Elektrolyten zum Elektropolieren von Edelstäh- len, die auf Gemischen von Phosphorsäure und Schwefelsäure basieren. Diese Elektrolyte können auch Zusätze von Aminen oder Phosphonsäuren enthalten.

Überraschend hat sich gezeigt, dass nach dem Zusatz von 0,1% bis 5,0%, bevorzugt von 0,8% bis 1,5% zu Elektrolyten aus Gemischen von Phosphorsäure und Schwefelsäure mit Zusätzen von Aminen, diese Elektrolyte geeignet sind alle Qualitäten von Edelstählen in guter bis sehr guter Qualität zu elektropolieren.

Die Elektrolyte zeigen nach dem Zusatz ein deutlich verbessertes Einebnungsverhal- ten, so dass in der Regel die Bearbeitungszeit zur Erreichung einer definierten Qualität je nach Ausgangsqualität der Elektrolyte um 40% bis 70% kürzer ist. Gleichzeitig sinkt die Mindeststromdichte zur Erzielung eines Poliereffektes je nach Werkstoff und Gefüge um 40% bis 60%.

Zusätze von Nicotinsäure verbessern die Fähigkeit zur Metallaufnahme um 20% bis 40%. In der Folge sind Elektrolyte, deren Grenze im Metallgehalt bei 5 Gew.% lag einsetzbar bis ca. 7 Gew.%.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Elektrolyt zum Polieren von Edelstählen, auf der Basis eines Phosphorsäure/Schwefelsäure-Gemisches enthaltend 50-80 Gew.-% Phosphorsäure,

20-50 Gew.-% Schwefelsäure,

0,1-5,0 Gew.-% Pyridincarbonsäure,

0,2-1,0 Gew.-% Amine,

(Rest: Wasser).

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrolyt zum Polieren von Edelstählen auf Basis eines Phosphorsäure/Schwefelsäure-Gemisches, enthaltend einen Elektrolyt zum Polieren von Edelstählen auf der Basis eines Phosphorsäure/Schwefelsäure- Gemisches enthaltend 50-80 Gew.-% Phosphorsäure,

20-50 Gew.-% Schwefelsäure,

0,1-5,0 Gew.-% Pyridincarbonsäure,

0,2-1,0 Gew.-% Alkanolamine, ausgenommen ein Elektrolyt, welcher besteht aus:

56,0 Gew.-% Phosphorsäure (85%ig),

40,0 Gew.-% Schwefelsäure (96%ig),

1,5 Gew.-% Nicotinsäure,

0,5 Gew.-% Diisopropanolamin, und

2 Gew.-% Wasser.

Ein solcher Elektrolyt wird in der EP 0 832 315 AI im Rahmen eines Verfahrens zum Entmetallisieren von hochsauren Bädern unter Verwendung dieses Verfahrens beim Elektropolieren von Edelstahloberflächen erwähnt. Die angegebene Elektrolytzusammensetzung war allerdings lediglich eine experimentelle Zusammensetzung (Elektrolyt 3). Besondere Eigenschaften oder Wirkungen wurden bei diesem Elektrolyten nicht beobachtet.

Ein erfindungsgemäßer Elektrolyt besteht regelmäßig aus einem Phosphorsäure/Schwefelsäure-Gemisch, wobei - wie im Stand der Technik üblich - die Phosphorsäure in einem Konzentrationsbereich von 50 bis 80 Gew.-% und die Schwefelsäure in einem Konzentrationsbereich von 50 bis 20 Gew.-% eingesetzt wird.

Als Pyridincarbonsäure im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Heteroaromat angesehen, der aus einem Pyridinring besteht, der mit mindestens einer, aber auch mit zwei Carboxygruppen substituiert sein kann. Die bevorzugte Pyridincarbonsäure ist die Nicotinsäure.

Die Pyridincarbonsäure wird in einer Menge von 0,1 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,8 bis 1,5 Gew.-% eingesetzt.

Der erfindungsgemäße Elektrolyt kann zusätzlich ein Amin oder auch Kombinationen von Aminen enthalten (u.a. Tributylamin oder Dimethylamin). Bei dem Amin kann es sich aber auch um ein Alkanolamin handeln, wie beispielsweise einem Dialkanolamin (u.a. Diethanolamin und Diisopropanolamin und dergleichen). Wie im Stand der Technik üblich, werden diese Amine bzw. Alkanolamine in einer Menge von 0,2 bis 1,0 Gew.-% eingesetzt. Das Gewichtsverhältnis Pyridincarbonsäure zu Amin oder Alkanolamin in den erfindungsgemäßen Elektrolyten beträgt regelmäßig 4:1 bis 1:1. Vorzugsweise ist das Amin/Alkanolamin ein Ci-C ₄ Di-oder Trialkylamin bzw. ein Ci-C ₄ Di-oder Trialkanola- min.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Zusatzes der zuvor diskutierten Pyridincarbonsäuren in einem Elektrolyten zum Elektropolieren von Edelstahlen zur Verkürzung der Verarbeitungszeit beim Elektropolieren und/oder zur Verminderung der Mindeststromdichte beim Elektropolieren. Elektropolieren im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Rauwerte der behandelten Oberfläche durch das Elektropolieren verbessert werden. Das heißt bezüglich der Rauigkeitswer- te, dass der Mittenrauwert Ra regelmäßig kleiner als 0,5 pm und die Rautiefe Rz weniger als 2 pm ausmacht. Es wurde beobachtet, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgehend von einem Mittenrauwert von etwa 1,0 pm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Mittenrauwert Ra von weniger als 0,5 pm erhalten wurde. Eine Kenngröße für das erfindungsgemäße Verfahren ist somit eine Polierwirkung bei der der Mittenrauwert um mindestens 0,5 pm abgesenkt wird.

Beispiel 1:

Eine automatische Elektropolieranlage zur Bearbeitung von Blechteilen wurde mit einem Elektrolyten betrieben, der zu gleichen Teilen aus Phosphorsäure und Schwefelsäure mit Zusätzen von Aminen bestand. Die Anlage arbeitete im Zweischichtbetrieb mit Polierzeiten von 15 bis 20 Minuten je nach Geometrie der Teile und Stromdichten von 15 A/dm ² . Nach Zugabe von 1,0 Gew.% Nicotinsäure sank die Polierzeit bei den eingesetzten Blechteilen auf 8 Minuten bei 8 A/dm ² Stromdichte. Die Teile wiesen einen deutlich höheren Glanzgrad auf und waren auf der gesamten Oberfläche gleichmäßig poliert.

In der laufenden Produktion konnte festgestellt werden, dass die Leistung der Elektropolieranlage um 100% erhöht werden konnte ohne den Verbrauch an Chemikalien und Energie wesentlich zu erhöhen. Die Einsparung an Arbeitszeit, Energie und Chemikalien hat zur Folge, dass heute die doppelte Leistung ohne höhere Kosten gegenüber dem vorherigen Zustand erzielt wird.

Beispiel 2:

Teile für die Medizintechnik aus gehärtetem martensitischen Stahl (X7Crl4) wurden zuvor in einem Elektrolyten aus 60% Phosphorsäure, 30% Schwefelsäure und 10% Chromsäure elektropoliert bei Stromdichten von 30 A/dm ² elektropoliert. Ein gleichwertiges Ergebnis konnte in einem Elektrolyten mit 50% Phosphorsäure, 50%

Schwefelsäure und Zusätzen von Aminen und 1% Nicotinsäure innerhalb gleicher Bearbeitungszeit bei einer Stromdichte von 15A/dm ² erzielt werden. Derselbe Elektrolyt ohne Nicotinsäure führte zu einem Ätzangriff auf das Metall und zerstörte das Teil.

Beispiel 3:

Ein Blech aus Werkstoff 1.4462 mit Duplex Gefüge in der Größe DIN A4 und 2,0 mm Dicke, die Oberfläche geschliffen mit Korn 180, wies im Ausgangszustand einen Rau- igkeitswert von Ra 1,0 μητι auf. Das Blech wurde in dem erfindungsgemäßen Elektrolyten elektropoliert mit einer Stromdichte von 8 A/dm ² und einer Polierdauer von 12 Minuten. Anschließend wurde die Oberfläche mit Wasser gespült und an Luft getrocknet. Die elektropolierte Oberfläche war gleichmäßig glänzend und wies einen Rauigkeitswert von Ra 0,4μηη auf.