Elektropolieren

Elektropolieren - elektrolytisches Glänzen oder Glätten

Elektropolieren zählt zu den abtragenden Fertigungsverfahren. Genauer wird es den elektrochemischen Abtragverfahren mit Fremdstromquelle zugeordnet. Dabei wird in einem speziell auf das Material abgestimmten Elektrolyten Metall anodisch abgetragen, das heißt das metallische Werkstück bildet die Anode in einer elektrochemischen Zelle.

Elektrolyte - Wirkpaarungen

Es gibt Elektrolyte für die verschiedensten Metalle. Heute übliche Elektrolyte sind häufig Mischungen aus Mineralsäuren und Wasser sowie in einigen Fällen Alkoholen. Gemische aus Phosphorsäure und Schwefelsäure werden für das Elektropolieren von Edelstählen und Stählen sowie Aluminiumlegierungen eingesetzt. Messing und Kupfer lassen sich in Mischungen aus Phosphorsäure und Alkoholen bearbeiten. Den Elektrolytbädern werden vielfach oberflächenaktive Substanzen zugemischt. Elektrolyte werden für die einzelnen Metalle beziehungsweise Metalllegierungen optimiert; ebenso die Bearbeitungsparameter. Insbesondere die Bearbeitungsdauer, die Stromdichte und die Elektrolyttemperatur werden für die jeweilige Anwendung optimiert. Beim Umgang mit den Elektrolyten ist zu beachten, dass es sich um Gefahrstoffe handelt. Entsprechend sachkundiger Umgang mit den Stoffen ist gefragt. Auch zählen die Elektrolyte zu den wassergefährdenden Stoffen.

Elektrochemisches Abtragen

Der Abtrag findet zumeist mit Gleichstrom statt, doch auch der Einsatz gepulster Ströme findet statt. Das Werkstück wird anodisch geschaltet. Industriell werden Stromdichten angelegt, die einen Abtrag im transpassiven Bereich der Stromdichte-Spannungs-Kurve ermöglicht. Dies hat zur Folge, dass nicht nur Metall abgetragen wird, sondern auch Sauerstoff an der Anode, dem Werkstück, entsteht.

Verfahren

Die Oberflächenrauheit wird durch das Elektropolieren verringert. Ist dies das Ziel der Bearbeitung, kann von elektrochemischem Glätten gesprochen werden. Das Bearbeiten senkt die Mikrorauheit der metallischen Oberflächen. Rauheitsspitzen werden schneller abgetragen als Rauheitstäler, da sich beim Elektropolieren in Mineralsäuregemischen vor der Oberfläche eine transportlimitierende Polierschicht bildet, die den Abtrag an Rauheitsspitzen begünstigt. Die Nanorauheit wird ebenso reduziert. In diesem Fall wird elektrochemisch geglänzt. Der Glanz ist ein Resultat der Rauheit im Bereich von Bruchteilen der Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Strukturen im Makrobereich bleiben erhalten. Kanten und Ecken werden stärker abgebaut, was eine Feinstentgratung im gesamten Oberflächenbereich bewirkt. Daher kann das Verfahren auch zum elektrochemischen Entgraten eingesetzt werden.

Vorbehandlung

Vor dem Elektropolieren sind die metallischen Werkstücke zu reinigen und zu entfetten. Ein elektrolytisches oder elektrochemisches Beizen kann erforderlich sein. Auch werden Teile erforderlichenfalls vor dem Bearbeiten mechanisch bearbeitet. Sie werden zum Beispiel geschliffen, geschmirgelt oder poliert.

Anwendungsbereich

Das Elektropolieren wird aus dekorativen Zwecken, zum Beispiel für Fassadenbleche und Schmuck, angewendet. Es wird im Rohrleitungs- und Behälterbau eingesetzt. Ebenso wird in der Medizintechnik elektropoliert, denn mit der Elektropolitur sinkt das Keimanhaftungsvermögen. Chirurgische Instrumente, aber auch Implantate wie Gefäßstützen (Stents) werden derart bearbeitet. Auch werden Proben für werkstoffkundliche Untersuchungen elektropoliert. Diese Art der elektrochemischen Oberflächenbearbeitung findet sowohl an Blechen, großen Behältern wie Tanks, Rohrleitungen und dergleichen in der Lebensmittel- und chemischen Industrie statt, als auch in der Mikrotechnik. Am häufigsten werden Chrom- und Chrom-Nickel-Stähle, vor allem die rostfreien, elektropoliert. Der Grund für diesen Umstand liegt in der Tatsache begründet, dass hochglanzpolierte Oberflächen solcher Stähle weitaus korrosionsbeständiger sind als unbehandelte. Mikroskopisch betrachtet verringert sich durch eine solche Behandlung die Oberfläche erheblich, was Umwelteinflüssen wiederum weniger Angriffsmöglichkeiten bietet. Als Beispiele seien hier die Anlagen von Klärwerken und der Chemieindustrie genannt, aber auch im maritimen Bereich wird häufig darauf zurückgegriffen. Darüber hinaus, werden z.B. in der Hochvakuumindustie oftmals elektropolierte Rezipienten und Anschlusstücke eingesetzt, um das Entweichen von Wasserstoffen (Eigendiffusion) aus den verwendeten Metallen so gering wie möglich zu halten.

Werkstoffe

Bearbeiten lassen sich diverse metallische Werkstoffe.