Elektrolytisch reinigen, elektrolytisch polijsten, galvaniseren

Langs elektrolytische weg kunnen verscheidene oppervlaktebehandelingen worden uitgevoerd bij roestvast staal. Er zal hier nader worden ingegaan op het reinigen, polijsten en galvaniseren van roestvast staal.

A.J. Schornagel

Elektrolytisch reinigen

Elektrolytisch reinigen is een elektrolytische polijsttechniek, die een bruikbaar alternatief is voor beitsbehandelingen. Hoewel elektrolytisch reinigen niet wordt gedekt door ASTM A 380, wordt het op ruime schaal gebruikt voor het verwijderen van onvolkomenheden van het oppervlak van roestvast staal na fabricage. Het proces verwijdert net als beitsen ingebedde ijzerdeeltjes en vergelijkbare filmdefecten. In tegenstelling tot beitsen veroorzaakt elektrolytisch reinigen geen verruwing van het staaloppervlak, maar maakt het eerder gladder. Er wordt een 12V gelijkstroombron, die verschillende stroomsterktes kan leveren, zodanig verbonden met het roestvast staal dat het staal de anode wordt. Een koperen kathode en een elektrolyt, gewoonlijk een oplossing van fosforzuur (H3PO4), worden dan ingezet om de passieve laag weg te corroderen, alsmede verscheidene lagen van het oppervlak op gecontroleerde wijze door de stroom en de tijdsduur te variëren. Elektrolytisch reinigen kan worden uitgevoerd in de meeste galvaniseerbedrijven door middel van onderdompeling. Plaatselijk elektrolytisch reinigen kan plaatsvinden met draagbare apparaten ter verwijdering van aanloopkleur en lasgerelateerde defecten in de warmte-beïnvloede zone.
 

Afbeelding 1. Eenvoudig gereedschap voor plaatselijk elektrolytisch reinigen van aanloopkleur op het oppervlak van roestvast staal.

Elektrolytisch polijsten

Elektrolytisch polijsten is hetzelfde proces als elektrolytisch reinigen maar vind gewoonlijk gedurende langere tijd plaats. Elektrolytisch polijsten wordt primair gebruikt voor het produceren van een zeer glad, glanzend, makkelijk te reinigen oppervlak met maximale corrosieweerstand. Het proces verwijdert de oppervlaktelaag van een metaal door anodische behandeling zuurbad. Condities voor elektrolytisch polijsten van roestvast staal in zure elektrolyten staan vermeld in tabel 1. Elektrolytisch polijsten is toepasbaar voor alle roetsvast-staalsoorten, warm- of koudbewerkt, gegoten of gesmeed. De hoeveelheid verwijderd metaal is afhankelijk van nauwkeurige controle, al naar gelang het gewenste resultaat. De resulterende oppervlakken hebben een glanzend, passief oppervlak. Het proces wordt het vaakst toegepast op koudbewerkte oppervlakken, omdat die een gladdere afwerking opleveren dan warmbewerkte oppervlakken. Net als bij galvaniseren hangt het resultaat af van de contour en vorm van het werkstuk. De oppervlaken van de korrels die het buitenoppervlak uitmaken van de verspaanbare typen, zoals 303 en 416, zullen na elektrolytisch polijsten een enigszins mat uiterlijk vertonen, wegens de verwijdering van de sulfide-insluitsels. 



Elektrolytisch polijsten kan worden gebruikt als een voorpolijst behandeling voorafgaand aan de uiteindelijke polijstbewerking, in het bijzonder bij getrokken werkstukken die bramen vertonen, scherpe buigingsstralen, of  inspringende gebieden. Het dient tevens ter vermindering van de hoeveelheid uit te voeren polijstwerk. Elektrolytisch polijsten wordt toegepast voor decoratieve carrosseriedelen en accessoires, transportsystemen voor voedingswaren, kooien voor dieren en farmaceutische apparatuur. Het geeft een economisch afwerking op tal van onderdelen die anders onmogelijk waren te polijsten met conventionele polijstmethodes, zoals voorwerpen die zijn vervaardigd van roestvast-staaldraad. In tegenstelling tot mechanische nabewerkingsmethodes, kan elektrolytisch polijsten insluitsels in het metaal beter zichtbaar maken. Sommige typen insluitsels worden uitgeloogd, terwijl anderen in reliëf achterblijven. Elektrolytisch polijsten wordt wel gebruikt als inspectietechniek van het oppervlak om achtergebleven vreemd materiaal zichtbaar te maken, zoals ingebed scale en ijzerdeeltjes alsmede lasfouten. Het oppervlak dat met elektrolytisch polijsten wordt verkregen hangt regelrecht samen met de kwaliteit van het uitgangsoppervlak. Het proces kan niet worden gebruikt om krassen en groeven en dat soort te verwijderen.
 

Tabel 1. Condities voor elektrolytisch polijsten in zure elektrolyten.
 

Chemisch polijsten

Chemisch polijsten is een andere methode voor het verkrijgen van een glad en glanzend oppervlak op roestvast staal. In tegenstelling tot elektrolytisch polijsten, kan chemisch polijsten plaatsvinden zonder gebruik van elektriciteit en de afzonderlijke werkstukken hoeven niet op rekken te worden geplaatst. Chemisch polijsten biedt dus aanzienlijke besparing op investerings- en loonkosten. Daar komt nog bij dat chemisch polijsten een grotere mate van vrijheid biedt bij het polijsten van voorwerpen met blinde gaten en andere inspringende oppervlakken. Het proces levert echter niet die hoge spiegeling die wel kan worden verkregen met elektrolytisch polijsten.
De polijstmiddelen zijn in het algemeen gebaseerd op combinaties van H3PO4, HNO3, H2SO4, HCl, organische zuren en speciale oppervlakte-actieve stoffen en stabilisatoren ter bevordering van een hoge mate van glans en lange standtijd van het bad. In tegenstelling tot de HNO3-HF mengsels die worden gebruikt voor chemisch reinigen, veroorzaken de polijstbaden geen ernstige aantasting van korrelgrenzen of enige andere vorm van interkristallijne corrosie.
 

Afbeelding 2. Schematisch verloop van het langs galvanische weg neerslaan van koper op roestvast staal.

Galvaniseren

Roestvast staal kan worden gegalvaniseerd met koper, chroom, nikkel, cadmium en edele metalen met als doel:

 

• Matchen van kleuren.
• Smering tijdens koud stuiken, vervaardigen van spiraalveren of het trekken van draad.
• Reductie van scaling bij hoge temperaturen.
• Verbetering van de bevochtiging of van de geleidbaarheid van warmte of elektriciteit.
• Verhinderen van vreten.
• Decoratief gebruik zoals bijvoorbeeld sierraden.
• Verhinderen van oppervlakkig roesten.

Hoewel een roestvast-staaloppervlak schoon en vrij van scale kan zijn, kan een hechtende galvaniseerlaag niet worden verkregen tenzij het oppervlak is geactiveerd door verwijdering van de normaal altijd aanwezige oxidelaag. Activering, dat direct voor het galvaniseren moet plaatsvinden, is mogelijk met kathodische behandelingen, onderdompeling in speciale baden, of gelijktijdige activering-galvaniseer behandelingen. Deze behandelingen, tezamen met andere procedures die noodzakelijk zijn voor het prepareren van roestvast staal voor galvaniseren staan volledig beschreven in ASTM B 254. Afbeelding 2 geeft een schematisch overzicht van enkele van de gegevens uit ASTM B 254. Bij het voorbereiden van roestvast staal voor galvaniseren dient rekening te worden gehouden met het volgende:

 

• Elektrolytisch reinigen: Als het doel glansgalvaniseren is, dan moeten de alkaliniteit, stroomdichtheid en badtemperatuur zo laag worden gehouden, zeker in geval van de hoog-chroomhoudende legeringen. Om de agressiviteit van het elektrolytisch reinigen te temperen als een glanzende afwerking wordt gewenst, dan kan een kort durende elektrolytische polijstbehandeling worden toegepast in plaats van elektrolytisch reinigen, op voorwaarde dat de voorbereidende reiniging adequaat is.
• Activeren: De activeringsstap is de belangrijkste bij het voorbereiden van het roestvast-staaloppervlak alvorens te galvaniseren. Als er de gelijktijdige activering-galvaniseerbehandeling wordt gegeven, waarbij de anodes van nikkel zijn, neemt het nikkelgehalte van het bad geleidelijk toe vanwege de lage kathode efficiëntie. Dit kan worden gecompenseerd door door een deel van de oplossing te verwijderen en aan te vullen met HCl. De activering-galvaniseerbehandeling wordt bij voorkeur uitgevoerd met roestvast staal dat moet worden verkoperd.
• Galvaniseren: Na activeren en afspoelen, moeten de werkstukken direct in de elektrolytoplossing worden ondergedompeld. Het spoelwater moet indien mogelijk licht zuur zijn (pH 2,5 tot 3,5). De vereiste zuurgraad wordt gewoonlijk verschaft door meeslepen van zuur uit het activeringsbad. Roestvast staal heeft een veel lager stroomgeleidend vermogen dan de meeste andere metalen en er moet dus extra aandacht worden besteed aan het plaatsen van de werkstukken op de rekken alvorens ze in de koperelektrolyt te plaatsen, om er zeker van te zijn dat er voldoende contactplaatsen zijn om volledige bedekking in zo kort mogelijke tijd te realiseren.