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Mittwoch, 29 Juni 2022 12:00

Elektropolierung von Kupfer und Messing

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Geschätzte Lesezeit: 2 - 3 Minuten
Elektropolierte Messingfassung an einer Wandlampe Elektropolierte Messingfassung an einer Wandlampe Foto: Leuze Verlag / Robert Piterek

Frage: Wir sind auf der Suche nach einem Rezept für eine Elektropolierung für Kupfer und Messing. In alten Fachbüchern finden sich nur Rezepturen auf Chromsäurebasis, worauf wir gerne verzichten würden. Für praktische Tipps wären wir dankbar.

Antwort: Messinge und Kupfer, lassen sich in Elektrolyten aus Phosphorsäure und Alkoholen elektrolytisch glänzen. Wässrige Gemische aus 50 Vol.-% H3PO4 und 30 Vol.-% verschiedener Alkohole eignen sich zum Elektropolieren. Der erzielbare Glanz und die erzielbare Rauheit hängen auch von den gewählten Alkoholzusätzen ab. Zusätze von 1-Propanol und 2-Propanol (Isoprapanol) ermöglichen beispielsweise das Erzeugen hochglänzender Oberflächen.

Schematische Darstellung des ElektroplierprozessesSchematische Darstellung des Elektroplierprozesses

Neuere Elektrolytentwicklungen gehen dahin, Lösungen zu finden die weniger Wasser und oberflächenaktive Substanzen enthalten. Grundbestandteil auch dieser Mischungen ist Phosphorsäure. Die für Messing geeigneten Elektrolyte sind in der Regel ebenso für das elektrolytische Glänzen, Glätten und Entgraten von Kupfer geeignet. Für das Elektropolieren von Kupfer wird auch ein Elektrolyt aus 55 Gew.-% Phosphorsäure, 5 Gew.-% Stärke, Ethylenglykol und Methanol eingesetzt.

In diesen Elektrolyten geht Kupfer zweiwertig in Lösung. Die Reaktion kann und wird dabei in aller Regel in mehreren Schritten ablaufen. Wird Messing abgetragen, so geht auch Zink zweiwertig in Lösung.

Cu -> Cu2+ + 2 e
Zn -> Zn2+ + 2 e

Beim Elektropolieren können unerwünschte Nebeneffekte auftreten. Es entstehen Gasbahnen auf dem Werkstück.

Wässrige Gemische verschiedener Alkohole, wie hier bei der OTH Oberflächentechnik Hagen, eignen sich zum ElektropolierenWässrige Gemische verschiedener Alkohole, wie hier bei der OTH Oberflächentechnik Hagen, eignen sich zum ElektropolierenWelligkeiten der Oberfläche werden durch das Wechselspiel von aufsteigenden Sauerstoffblasen und absinkendem, mit Metallionen beladenen, Elektrolyten verursacht. Sie sind umso ausgeprägter, je länger die aufsteigenden Gasblasen direkt an der Oberfläche entlang streichen. Die elektrochemisch induzierte Konvektion führt zu lokal erhöhtem Abtrag, der sich in senkrechten Texturen, die technisch als Gasbahnen bezeichnet werden, in die Oberfläche einprägt. Dem kann auf verschiedene Weise entgegengewirkt werden.

Üblich sind das Bewegen des Werkstückes oder das Einleiten einer weiteren Konvektionsströmung durch Einblasen von Gas. Vor allem durch erstere Maßnahme kann die Gasbahnenbildung so beeinflusst werden, dass sich diese Strukturen nicht mehr sichtbar ausprägen.

Bekannt ist, dass beim Elektropolieren die Oberflächenstruktur bis in den Nanometerbereich hinein beeinflusst wird. Es gibt Anhaltspunkte dafür, dass die zugrunde liegenden Prozesse durch den Einsatz gepulster Ströme unterdrückt werden können. Hierdurch ist es möglich, die Rauheit zu reduzieren. Der dabei erzielte höhere Glanz der Oberflächen belegt, dass es zu Einebnungen und zur Glättung im Bereich von Längenskalen unterhalb der Wellenlänge von sichtbarem Licht (400 nm) kommt. Bei Wahl geeigneter Parameter können glattere beziehungsweise glänzendere Oberflächen erzeugt werden. Auch die Lage des Werkstücks hat einen Einfluss auf die Struktur der Oberfläche, die sich beim Elektropolieren ausprägt. Beim Elektropolieren prägen sich bei bestimmten Parameterkonstellationen deutlich erkennbare Abtragbahnen (Gasbahnen) aus. Dabei spielt für die sich ausprägende Oberflächenstruktur wiederum die Positionierung der Probe beziehungsweise des metallischen Werkstücks im Schwerefeld eine Rolle.

In extrem sauren, wässrigen Elektrolyten bildet sich ab einer bestimmten Spannung, deren Höhe für jede elektrochemische Zelle variiert, Sauerstoff aus dem Elektrolyten. Dadurch, dass Gasblasen immer wieder in den gleichen Bahnen an der Anode aufsteigen, kann örtlich ein größerer Abtrag stattfinden, weil die lokale Konvektion einen erhöhten Stoffaustausch bewirkt. Mit steigender Abtragdauer „graben“ sich diese Bahnen tiefer und tiefer ein, bis ein Zustand erreicht ist, ab dem sich Art und Position der Struktur auf dem Werkstück nicht mehr verändern, nur die Tiefe nimmt weiter zu. Es entsteht eine wellige Oberfläche.

Literatur

M. Buhlert: Elektropolieren, Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau, ISBN 978-3-87480-298-7

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 6
  • Jahr: 2022
  • Autoren: B. C.

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