Elektrochemisches Abtragen

1. ELEKTROCHEMISCHES ABTRAGEN

Das elektrochemische Abtragen beruht auf der Auflösung eines als Anode (positiv) polarisierten metallischen Werkstoffs in einem elektrisch leitenden Medium. Der dazu erforderliche Stromfluß kann durch eine äußere, aber auch durch eine innere Spannungsquelle hervorgerufen werden.



1.1. PRINZIP DER ANODISCHEN METALLAUFLöSUNG

Die Grundlage der anodischen Metallauflösung mit Hilfe einer äußeren Spannungsquelle ist in folgendem Bild dargestellt.(Bild4 - 1)

Der positive Pol einer Gleichspannungsquelle wird an den abzutragenden metallischen Werkstoff (Anode ) gelegt, der negative Pol an eine ebenfalls metallische Kathode. F√ľr den Stromtransport zwischen diesen beiden Elektroden ist weiterhin ein elektrisch leitendes Medium erforderlich, in der Regel werden dazu w√§√ürige Natriumnitrat - oder Natriumchlorid - Elektrolytl√∂sungen eingesetzt. In Sonderf√§llen kommen auch saure bzw. basische L√∂sungen zum Einsatz.

Durch das Anlegen der Gleichspannung laufen an den Elektroden komplexe elektrochemische Reaktionen ab. An der Anode geht das abzutragende Metall unter Abgabe von Elektronen als Metallionen in die Elektrolytl√∂sung √ľber. He nach den chemischen Eigenschaften der Metallionen entweder gel√∂st, oder reagieren mit Bestandteilen der Elektrolytl√∂sung, z.B. unter Bildung von Metallhydroxiden. Diese sind in der Elektrolytl√∂sung nicht l√∂slich und fallen aus, wodurch ein Entfernen der Abtragprodukte (als Hydroxide) mit Hilfe einfacher Trennverfahren (Absetzbeh√§lter, Zentrifuge, Filterpresse) m√∂glich ist.

An der Kathode laufen ebenfalls elektrochemische Reaktionen ab, an denen die Bestandteile der Eletkrolytlösung beteiligt sind. An der Kathode erfolgt allerdings kein Abtrag.

Der Werkstoffabtrag an der Anode wird durch das Faradaysche Gesetz beschrieben, nach dem die anodenseitig abgetragene Masse m proportional zu Molmasse M des aufgelösten Materials und zur geflossenen Ladungsmenge I*t ist. Die mathematische Formulierung dieses Zusammenhangs lautet wie folgt:



m abgetragene Masse in g
M Molmasse in g/mol
I Stromstärke in A
t Bearbeitungszeit in s
z elektrochemische Wertigkeitsänderung
(z.B. f√ľr die Reaktion

F Faradaykonstante (96487 A*s/mol)

Unter Ber√ľcksichtigung der Dichte
berechnet sich das aufgelöste Materialvolumen V zu:




Der das aufgel√∂ste Materialvolumen V und die transportierte Ladungsmenge I*t verkn√ľpfende Proportionalit√§tsfaktor, das spezifische Abtragvolumen




ist f√ľr eine bekannte Reaktion eine Materialkonstante, falls die elektrochemische Wertigkeits√§nderung z konstant bleibt. Die Bearbeitbarkeit eines Werkstoffs h√§ngt deshalb nur von seinen elektrochemischen Eigenschaften bzw. von dessen Reaktionsprodukten ab, nicht aber von den mechanischen Eigenschaften, wie z.B. der Zugfestigkeit.

Besteht ein Werkstoff aus mehreren Legierungselementen
mit den Massenprozentanteilen
und den Molmassen
, so lässt sich ebenfalls das spezifische Abtragvolumen der Legierung
durch Superposition der Einzelkomponentenabträge berechnen:




Dieser theoretische Zusammenhang gilt jedoch nur f√ľr die Bedingung, dass ausschlie√ülich die in diesem Ansatz vorausgesetzten Reaktionen mit den eingesetzten elektrochemischen Wertigkeits√§nderungen zi ablaufen.



1.1.1. PASSIVITäT

Eine weitere Voraussetzung f√ľr die Anwendbarkeit des Faradayschen Gesetztes ist, dass die gesamte dem Proze√ü zugef√ľhrte Ladungsmenge f√ľr abtragwirksame Reaktionen verbraucht wird. Im Verlauf des elektrochemischen Prozesses wird aber die Geschwindigkeit des metallischen Aufl√∂sevorgangs von den Gesetzen der elektrochemischen Kinetik bestimmt. Der bestimmende Faktor ist dabei das Elektrodenpotential. Bei bestimmten Elektrodenpotentialen werden auch die Ionen des w√§√ürigen Elektrolyten oxidiert bzw. reduziert, so dass an der Anode (dem, Werkst√ľck) Sauerstoff entsteht bzw. an der Kathode (dem Werkzeug) Wasserstoff entwickelt wird. Ebenfalls k√∂nnen bereits aufgel√∂ste Metallionen oxidiert oder reduziert werden. Bei der Verwendung von Natriumnitrat - Elektrolyten werden die Nitrationen teilweise zu niedrigeren Oxidationsstufen des Stickstoffs reduziert (Nitrit, Hydroxylamin und Ammonium). Somit wird ein Teil der zugef√ľhrten elektrischen Energie f√ľr abtragunwirksame Reaktionen verbraucht, wodurch der Wirkungsgrad der anodischen Metallaufl√∂sung verringert wird.

Au√üer den angef√ľhrten Redox - Reaktionen bildet sich bei bestimmten Elektroden - potentialen auf der Anodenoberfl√§che eine Oxidschicht aus. Diese behindert den √úbergang der Metallionen in die Elektrolytl√∂sung. Die Ausbildung solcher Deckschichten, auch Passivschichten genannt, wird zudem von der Art des Elektrolyten und den vorliegenden Elektrolysebedingungen sowie von dem Anodenwerkstoff selbst beeinflu√üt. Letzterem kommt dabei besondere Bedeutung zu.

Dieses bisher in der Elektorchemie häufig untersuchte Phänomen, das zum ersten Mal an Eisen und später auch an anderen Metallen beobachtet wurde, ist im Schrifttum unter dem Begriff Passivität bekannt. Durch die Annahme einer Stromdichte - Potential - Kennlinie kann die Passivität meßtechnisch erfaßt werden. (Bild 4 - 3)

Nach einer mit zunehmendem Anodenpotential zunächst ansteigenden Stromdichte sinkt diese nach Erreichen einer Potentialschwelle, die nach ihrem Entdecker "Flade - Potential" genannt wird, auf den Betrag der "Korrosoinsstromdichte" ab. Ein erneutes Ansteigen der Stromdichte wird erst bei höheren Anodenpotentialen beobachtet, bei denen die Auflösung dann transpassiv einsetzt.

Im passiven Bereich wirken sich nach einer Deckschichtbildung die elektro - chemischen Eigenschaften der Metalloxidoberfl√§che auf den Metallabtrag aus. Dieser wird vernehmlich durch die Struktur, die Porosit√§t und die Leitf√§higkeit der Deckschicht f√ľr die Ladungstr√§ger und die chemische L√∂slichkeit der Oxide beeinflu√üt.

In bestimmten Anwendungsf√§llen ist die Ausbildung von Passivschichten erw√ľnscht, da sie die Erzeugung einer guten Oberfl√§chenqualit√§t erm√∂glicht.

Die angef√ľhrten abtragunwirksamen Reaktionen, welche das Passivit√§tsverhalten und die ablaufenden Redox - Reaktionen bestimmen, sind potential - und damit auch stromdichteabh√§ngig, so dass das aus den theoretischen Zusammenh√§ngen des Faradayschen Gesetzes hergeleitete spezifische Abtragvolumen Vsp nicht immer die Eigenschaft eines konstanten Proportionalit√§tsfaktors hat; vielmehr ist dieser Kennwert auch mit der Stromdichte ver√§nderlich. Dieser ver√§nderliche, den tats√§chlichen Zusammenhang zwischen dem aufgel√∂sten Materialvolumen und der am Umsatz beteiligten Ladung beschreibende Faktor wird als "effektives Abtragvolumen" Veff bezeichnet. Diese Kenngr√∂√üe ist mit dem Wirkungsgrad verkn√ľpft, der die w√§hrend des elektrochemischen Proze√üablaufs auftretenden Abweichungen der elektrochemischen Wertigkeits√§nderung und die Energie - verluste durch abtragunwirksame Reaktionen ber√ľcksichtigt:




Hiernach ist das effektive Abtragvolumen proportional dem Wirkungsgrad
und hat mithin die gleiche Aussagekraft wie die "Stromausbeute"



1.1.2. AUSWAHL DER ELEKTROLYTE

Die Elektrolytl√∂sung hat bei der Elektrolyse die Funktion, die in der L√∂sung vorhandenen Ladungstr√§ger zu transportieren und an den Elektroden eine elektrochemische Umsetzung hervorzurufen. Weitere Anforderungen, die zus√§tzlich an die Elektrolytl√∂sung gestellt werden m√ľssen, sind

♦ hohe chemische Stabilit√§t, das hei√üt, dass die Elektrolytl√∂sung eine dauerhafte Erhaltung ihrer Eigenschaften zeigen soll
♦ geringe Korrosionswirkung auf die Bearbeitungsapparatur
♦ physiologische Neutralit√§t in bezug auf das Bedienungspersonal
♦ Preisg√ľnstigkeit

Aufgrund der unterschiedlichen Bedingungen, denen eine Elektrolytl√∂sung gen√ľgen muss, kann man keine eindeutigen Aussagen √ľber den im Einzelfall anzuwendenden Elektrolyten machen.

Die Leitfähigkeit einer Elektrolytlösung ist direkt abhängig von

♦ der Art und der Zusammensetzung des Elektroylten
♦ der Konzentration und der Temperatur
♦ der kathodisch entwickelten Wasserstoffmenge
♦ der Art der Abtragungsprodukte

F√ľr gebr√§uchliche Elektrolytl√∂sungen (NaCl und NaNO3) liegt die spezifische Leitf√§higkeit zwischen 5 und 30 S/m.

In der Praxis kommen vorwiegend folgende Elektrolytlösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturbereichen zum Einsatz:

Kochsalzlösungen (NaCl)
Bei Bearbeitungsprozessen mit Natriumchloridl√∂sungen kommt es wegen der gro√üen Adsorptionsaffinit√§t der Chloridionen zu einer vorrangigen Adsorption dieser Ionen auf der Metalloberfl√§che im Vergleich zu den OH- - Ionen oder den Wasserdipolen. Dadurch k√∂nnen die Metallionen direkt mit den Chloridionen reagieren. Meist bildet sich dabei das l√∂sliche Metall - chlorid. In einem anschlie√üenden Hydrolysevorgang werden die Chlorid - ionen durch OH- - Ionen ausgetauscht und es entsteht das in der Elektrolyt - l√∂sung ausfallende Metallhydroxid. Wegen der bei hohn Stromdichten auftretenden gro√üen Bildungsgeschindigkeit der Metallchloride wird deren S√§ttingungsgrenze in der Elektrolytl√∂sung √ľberschritten. Dies f√ľhrt zur Bildung eines viskosen Elektrolytfilms in Anodenn√§he, der eine Einebnung der Oberfl√§che bewirkt. Weiterhin zeichnen sich diese Elektrolyte bei der Bearbeitung der meisten St√§hle durch hohe Stromausbeuten aus; ein Materialabtrag findet schon im unteren Potentialbereich statt

Nitratlösungen (NaNo3)
Im Gegensatz zu den Kochsalzl√∂sungen verl√§uft die Metallaufl√∂sung bei der Verwendung von Natriumnitratl√∂sungen √ľber einen Oxidationsvorgang des Metalls im sogenannten transpassiven Bereich. Dabei wird in einer Nebenreaktion die bei der Bearbeitung von Kohlenstoffst√§hlen erw√ľnschte Passivschicht ausgebildet, welche zu einer guten Abbildungsgenauigkeit f√ľhrt.
Arbeitet man im unteren Stromdichtebereich, so wird nur wenig Metall aufgel√∂st, da nahezu die gesamte Ladungsmenge f√ľr die Sauerstoff - entwicklung verbraucht wird.

Säuren
Während bei den bisher genannten Elektrolytlösungen die Anodenreaktionsprodukte in der Regel als Metallhydroxide ausgefällt werden, bleiben die Abtragprodukte beim Einsatz von starken Säuren (H2SO4, HNO3, HCl) in dem jeweils verwendeten Arbeitsmedium gelöst.
Um eine bei dieser Arbeitsweise mögliche Abscheidung der Metallionen auf den Kathoden in erträglichen Grenzen zu halten, kann der Elektrolyt nur jeweils so lange verwendet werden, bis eine bestimmte maximale Metall - ionenkonzentration erreicht ist. Dann muss man den Elektrolyten erneuern oder in einem Ionenaustauscher aufarbeiten. Ebenfalls muss der pH - Wert durch stetige Zugabe von Säure geregelt werden.
Die Anwendung ist wegen der hohen Aggressivität der Säuren auf Sonderfälle beschränkt.

Weiterhin kommen auch Mischungen der beschriebenen Elektrolyte zum Einsatz; außerdem werden auch je nach Bearbeitungsaufgabe Komplexbildner (Citrate = Salze der Citronensäure und Tartrate = Salze der Weinsäure) verwendet.





1.2. ELEKTROCHEMISCHES SENKEN

In der Regel wird das katodisch gepolte Bearbeitungswerkzeug (Werkzeug - elektrode) mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in das anodisch gepolte Werkst√ľck (Werkst√ľckelektrode) eingesentk. Zwischen Werkst√ľck und Werkzeug bildet sich proze√übedingt ein Arbeitspalt aus, durch den die Elektrolytl√∂sung mit hoher Geschwindigkeit str√∂mt und dabei die im Arbeitsspalt entstehenden Abtrag - produkte sowie durch den Stromflu√ü entstehende Joulesche W√§rme abf√ľhrt.

Zwischen Werkzeug und Werkst√ľck bildet sich verfahrensbedingt ein Spalt aus, so dass streng genommen nicht von einer direkten Abbildung des Werkzeuges im Werkst√ľck gesprochen werden kann. Vielmehr unterschiedet sich die Werkst√ľck - geometrie von der Werkzeuggeometrie um den Betrag des Arbeitsspalts. Zur Her - stellung eines ma√ügenauen Werkst√ľcks muss deshalb das Werkzeug um diesen betrag berichtigt werden; dies setzt die Kenntnis der Spaltausbildung voraus.

In erster Näherung kann die Spaltausbildung mit Hilfe des Ohmschen und des Faradayschen Gesetzes berechnet werden.(Bild4 - 4)

Der Spannungsabfall in der Elektrolytlösung Uel berechnet sich zu




wobei der Widerstand der Elektrolytlösung R von der spezifischen Leitfähigkeit
der Spaltweite s und der Elektrodenfläche A abhängig ist.




Ber√ľcksichtigt man, dass die Stromdichte J




ist, so ergibt sich f√ľr die Spaltweite s




Die anzulegende Arbeitsspannung U setzt sich aus dem Spannungsabfall in der Elektrolytlösung Uel und der anodischen (UpolAn) sowie der kathodischen (UpolKa) Polarisationsspannung zusammen:





Das aufgelöste Materialvolumen V kann aus der Abtraggeschwindigkeit vA, der Elektrodenfläche A und der Bearbeitungszeit t berechnet werden:




Nach dem Faradayschen Gesetz ist dieses Volumen von dem spezifischen Abtragvolumen Vsp abhängig:




Durch Kombination dieser Gleichungen erh√§lt man unter Ber√ľcksichtigung der Stromdichte J die Abbtraggeschwindigkeit vA:




Im Falle stationärer Senkbedingungen ist die Abtraggeschwindigkeit vA gleich der Vorschubgeschwindigkeit vf.

Unter Ber√ľcksichtigung dieser Zusammenh√§nge berechnet sich die Spaltweite nun folgenderma√üen:




Die Spaltweite s ist damit von den Einstellparametern Arbeitspannung U und Vorschubgeschwindigkeit vf sei den werkstoffspezifischen Kenngr√∂√üen spezi - fisches Abtragvolumen Vsp und Polarisationsspannung DU abh√§ngig. Au√üerdem ist sie direkt proporional zur spezifischen Leitf√§higkeit k des Elektrolyten, welche von dessen Zusammensetzung, Konzentration und Temperatur bestimmt wird. Dar√ľber hinaus ergibt sich, dass die Spaltweite s und die Stromdichte j umgekehrt proportional sind:




Entsprechend dem Zusammenhang zwischen der Abtraggeschwindigkeit vA und der Stromdichte J bedingen unterschiedlich vorgegebene Vorschubgeschwindig - keiten vf unterschieldiche Stromdichten J. Daraus entstehen wiederum unterschiedliche Spaltenweiten s.(Bild 4 - 5)

Die Abtraggeschwindigkeit vA lässt sich direkt aus der Vorschubgeschwindigkeit vf der Werkzeugelektrode schon während des elektrochemischen Bearbeitungs - prozesses ablesen. Prozeßbedingt wird sich bereits nach kurzer Zeit ein stationärer Gleichgewichtszustand einstellen, bei dem sich ein konstanter Arbeitsspalt s mit einer konstanten Stromdichte J boldet. Stationäre Bedingunge werden damit während der Bearbeitung an der Konstanz der Stromdichte erkannt. Die Abtraggeschwindigkeit entspricht dann der bekannten vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit und sit somit erfa'bar.

Unter Polarisationsspannung DU wird der Spannungsabfall an den Phasengrenzen Elektroden/Elektrolytl√∂sung verstanden. Wird die Spaltweite s in Abh√§ngigkeit von der an die Elektroden angelegten Arbeitsspannung U f√ľr unterschiedliche Leitf√§higkeiten k oder auch Vorschubgeschwindigkeiten vf gemessen, ergeben sich Geraden, die nicht durch den Koordiantenursprung laufen, sondern die Aszisse um den Betrag der Polarisationsspannung DU versetzt schneiden.

Dies bedeutet, dass sich erst dann eine endliche Spaltweite s ausbilden kann, wenn zwischen den Elektroden eine Spannung angelegt wird, die größer als die Polarisationsspannung DU ist.

Beim Einsenken von Raumformen wird die Spaltausbildung von einer weiteren Variablen, und zwar vom Neigungswinkel der Werkst√ľckkontur, bestimmt.(bild 4 - 6)


Wie aus obigem Bild zu entnehmen ist, √§nder sich die Normalkomponente der Abtraggeschwindigkeit mit dem Sinus des Konturneigungswinkels a. Setzt man diese Normalkomponente an Stelle der Vorschubgeschwindigkeit vf in die Gleichung f√ľr die Spaltweite s ein, so ergibt sich ein um so gr√∂√üerer Spalt, je steiler die Kontur ist.

Bei zylindrischen Formen oder Durchbr√ľchen (zweidimensionale Geometrie) ist eine Korrektur der Werkzeugelektrode verh√§ltnism√§√üig einfach, da sich hier bei der Isolierung der Werkzeugseitenw√§nde ein nahezu konstanter Seitenspalt ausbildet. Die Werkzeugkorrektur erreicht man dabei durch eine allseitige Verkleinerung um den Betrag des Seitenspalts, der in empirischen Untersuchungen in Abh√§ngigkeit von den Bearbeitungsbedingungen und der Werkzeuggeometrie bestimmt wird. Je nach Korrekturaufwand sind Genauigkeiten von bis zu 0,01mm erreichbar.

Bei dreidimensionalen Raumformen ist eine Werkzeugkorrektur nicht mehr so einfach auszuf√ľhren, weil der Korrekturbetrag aufgrund der unterschiedlichen Spaltausbildungen entlang der Kontur varriert. Wenn die Werkst√ľckgeometrie nur flache Konturen aufweist, kann jedoch auch schon die verh√§ltnism√§√üig einfache Korrektur um einen allseitig konstanten Betrag zur Erzielung einer vergleichs - weise guten Genauigkeit ausreichend sein. Wie aus obigem Bild entnommen werden kann, verringert sich die Spaltaufweitung um so mehr, je gr√∂√üer man die Vorschubgeschwindigkeit w√§hlt. Bei komplizierteren Geometrien besteht jedoch bis heute nur die M√∂glichkeit, die Werkzeugkontur durch Versuche so lange zu berichtigen, bis eine ausreichende Genauigkeit erreicht ist. Das Verfahren ist sehr zeitaufwendig und macht die Raumformbearbeitung oft unwirtschaftlich.
Bei Verwendung von passivierenden Elektrolytsystemen laufen die abtragunwirksamen Reaktionen bevorzugt in unteren Stromdichtebereichen ab. Entsprechend dem zwischen der Spaltweite s und Stromdichte J bestehenden Zusammenhang
wird aber damit im Bereich gro√üer Arbeitsspalte - wie sie bei der Herstellung von Raumformen im Normal - und Seitenspaltbereich vor - liegen - der Wirkungsgrad der Metallaufl√∂sung verringert. Diese Tatsache bewirkt den erw√ľnschten Effekt der Begrenzung der Spalaufweitung, da ein Abtrag nur dann stattfinden kann, wenn eine bestimmte Mindeststromdichte Jmin √ľberschritten ist. Die Verwendung passivierender Elektrolytl√∂sungen gewinnt insbesondere bei der Herstellung steiler Raumformen entscheidende Bedeutung, da die durch den elektrochemischen Porze√ü begrenzte Spaltaufweitung eine nahezu konstante Spaltausbildung auch bei steilen Konturen gew√§hrleistet.

Im Hinblcik auf die Formgenauigkeit lassen sich aus dem vA - J - Diagramm (siehe unten) weitere n√ľtzliche Erkenntnisse zur Erzielung eines gew√ľnschten Arbeits - ergebnisses herleiten. Wird die Vorschubgeschwindigkeit vf so gew√§hlt, dass der kleinste Spalt nahezu so gro√ü wird wie der gr√∂√ütm√∂gliche Spalt, ist eine nahezu konstante Spaltausbildung erreichbar. Der Unterschied der Spaltweiten wird dabei um so kleiner, je langsamer man die Vorschubgeschwindigkeit w√§hlt. Durch Verringern der Konzentration und Erh√§hen der Temperatur kann der Passivier - ungsgrad, der durch die Mindeststromdichte Jmin charkaterisert wird, so sehr erh√∂ht werden, dass sich eine konstante Spaltausbildung auch bei h√∂heren Vorschubgeschwindigkeiten erzielen l√§sst.



1.3. ELETKROCHEMISCHES POLIEREN

Verunreinigunen aus der Fertigung befinden sich nicht nur auf den Oberfl√§chen der Werkst√ľcke, sondern auch in den unmittelbar darunter liegenden Werkstoff - schichten. Werkzeugabrieb, Zunder, √Ėle, Fette sowie Reste von Schleif - und Poliermitteln werden durch die mechanische Bearbeitung in die Oberfl√§che eingetragen und anschlie√üend durch √ľberlappendes und verzogenes Metall zugedeckt, so dass sie allen "oberfl√§chlichen"Reinigungsprozessen widerstehen und somit zu St√∂rungen im weiteren Arbeitsablauf f√ľhren. Zuverl√§ssige Abhilfe erm√∂glicht nur die vollst√§ndige Beseitgung der verunreinigten Werkstoffschichten, ohne dass dabei neuerlich Fremstoffe eingeschleppt oder die Oberfl√§chen anderweitig, etwa durch Korngrenzenangriff gesch√§digt werden. Dies ist technisch und wirtschaftlich gleicherma√üen befriedigend durch Elektropolieren m√∂glich. Die oberfl√§chennahen Werkstoffschichten werden dabei ohne mechanishce und thermische Belastung auf elektrochemischem Wege abgetragen.

Eine hohe Reinheit wird in der Praxis insbesondere f√ľr Bauteile von kerntechnischen Anlagen sowie f√ľr Triebwerksteile f√ľr Luft - und Raumfahrt gefordert. Ein weiteres Anwendungsgebiet dieses Abtragverfahren ist das Einebnen von Oberfl√§chenrauhigkeiten zur Verminderung von Reibungsprozessen bei Zahnr√§dern, Wellen usw.

1.4. ELEKTROCHEMISCHES √ĄTZEN

Da die Bindungskr√§fte zwischen den Atomen an der Oberfl√§che des Metallgitters von der Sturktur und der Orientierung des Kristalls abh√§ngen und an Fehlstellen, Versetzungen oder Korngrenzen kleiner sind als im Innern des Kristalls, sind zur Abl√∂sung eines Metallions aus dem Gitterverban unterschiedliche Energieschwellen auf der Metalloberfl√§che zu √ľberwinden. Der Stromflu√ü entsteht daher auf Grund von Potentialdifferenzen im Mikrobereich, die einen elektrochemischen Abtrag mit ungleichm√§√üiger Verteilung auf der Metalloberfl√§che bewirken. Diese Tatsache wird bekanntlich bei der elektrochemischen √Ątzung in der Metallographie zum Sichtbarmachen der Gef√ľgestruktur genutzt.

Zur Anwendung kommen alkalische, saure oder neutrale √Ątzl√∂sungen, und zwar in Abh√§ngigkeit von den elektrochemischen Eigenschaften des √§tzenden Werkst√ľckwerkstoffs; gegebenfalls sind auch Mischungen anwendbar. In der Praxis verwendet man beim √Ątzen gedruckter Schaltungen vorwiegend neutrale √Ątzl√∂sungen.

Die Abtraggeschwindigkeit liegt je nach Werkstoff und √Ątzbedingugnzwischen 0,01 und 0,08 mm/min. Wesentlich wird sie von der "Badtemperatur" beeinflu√üt. Mit steigender Temperatur nimmt die Abtragggeschwindigkeit zu. Um einen gleichm√§√üigen Abtrag zu erzielen, muss der Werkstoff in Zusammensetzung und Gef√ľge homogen sein. Vielfach m√ľssen daher die Werkst√ľcke vor dem √Ątzen einer W√§rmebehandlung unterzogen werden.

Die Oberfl√§cheng√ľten ge√§tzter Fl√§chen werden au√üer von der √Ątztiefe und dem verwendeten √Ątzmedium wesentlich von der chemischen L√§lichkeit der einzuelnen Werkstoffbestandteile, ihrer Konrgr√∂√üen und ihrem Anteil am Gesamtwerkstoff bestimmt. Auch die Ausgangsrauheit ist von Einflu√ü. Bearbeiteungsspuren, Riefen, Kratzer und andere Unregelm√§√üigkeiten isind auf der ge√§tzten Fl√§che mehr oder minder "verwaschen" zu sehen. Eine gute Ausgangsrauheit vorausgesetzt, werden im allgemeinen Rauhtiefen zwischen 1 und 15 mm erreicht.

Im Hinblick auf die erzielbare Abtraggeschwindigkeit - √Ątztiefe bezogen auf die Wirkzeit - und der sich daraus ergebende Oberfl√§cheng√ľte werden unterschiedliche √Ątzverfahren angewendet. so ist in dem Bild unten au√üer dem eigentlichen Abtragprinzip das sogenannte Tauch√§tzen und das Spr√ľh√§tzen schematisch wiedergegeben.

Beim Tauch√§tzen werden die zu √§tzenden werkst√ľcke in eine Wanne mit √Ątzmittel eingetaucht. Die Luft - und Raumfahrtindustrie bietet vor allem gro√üe Einsatzm√∂g - lichkeiten, bei denen mit Hilfe dieses Verfahrens die Masse gro√üfl√§chiger, d√ľnn - wandiger oder r√§umlcih komplizierter Bauteile verringert wird, wenn dies mit herk√∂mmlichen Verfahren nicht oder nur in Verbindung mit einem hohen Kosten - aufwand zu erzielen w√§re. Ein wesentlicher Nachteil des Tauch√§tzens besteht in der Schwierigkeit, die Reaktionsprodukte von der Metalloberfl√§che zu entfernen und das durch die Reaktionsw√§rme aufgeheizte und mit Gasblasen versetzte √Ątzmedium in der N√§he der Werkst√ľcke durch frische Fl√ľssigkeit zu ersetzen.

Beim Spr√ľh√§tzen wird das √Ątzmedium durch D√ľsen mit Druck auf das meist horizontal angeordnete Werkst√ľck gespr√ľht und somit die Werkst√ľckfl√§che gleichm√§√üig benetzt. Der Fl√ľssigkeitsdruck sp√ľlt die Reaktionsprodukte von der Metalloberfl√§che.

Die √Ątztemperatur ist leicht konstant zu halten, da nur kleine Mengen der √Ątzl√∂sung erforderlich sind. Zus√§tzlich ist von Vorteil, dass der gerichtete Strahl des √Ątzmediums den Abtragfortschritt senkrecht zur Oberfl√§che f√∂rdert, so dass eine kleinere Unter√§tzung auftritt als beim Tazuch√§tzen. Nachteilig sind die komplizierten und teuren maschinellen Einrichtungen. Dar√ľber hinaus sind widerstandsf√§higere Abdeckstoffe erforderlich, die von der mit Druck aufgespr√ľhten √Ątzl√∂sung nicht untersp√ľlt werden.

Die mit Hilfe der √Ątzverfahren erzielbare Formerzeugung wird durch Abdeckmasken un zeitlich gestuertes Eintauchen oder Herausziehen des Werkst√ľcks aus dem √Ątzmedium erm√∂glicht. Als Abdeckschichten kommen feste, past√∂se und fl√ľssige Stoffe in Betracht. Als feste bzw. past√∂se Abdeckschten werden Kunststoffolien, Wachse oder pechartige Sotffe, als fl√ľssige Abdeckschcihten Lacke oder fl√ľssige Kunststoffe verwendet.

Zum Abdecken und Maskieren etnwickelte man eine Reihe von Maskiertechniken. Ein im gro√üen Umfang angewendetes Verfahren besteht darin, √§tzbest√§ndige Streifen oder vollst√§ndig vorgefertigte Abdeckmasken oder Abdeckschablonen auf dem Werkst√ľck anzubringen. Bei hohen St√ľckzahlen und komplizierten Konturen werden die Abdeckungen auf photographischem Wege aufgebracht. Eine andere Maskiertechnik ist das Siebdruckverfahren.





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