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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.

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. Für den Stromtransport zwischen diesen beiden Elektroden ist weiterhin ein elektrisch leitendes Medium erforderlich, in der Regel werden dazu wäßrige Natriumnitrat- oder Natriumchlorid-Elektrolytlösungen eingesetzt. In Sonderfällen kommen auch saure bzw. basische Lösungen 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 Elektrolytlösung über. He nach den chemischen Eigenschaften der Metallionen entweder gelöst, oder reagieren mit Bestandteilen der Elektrolytlösung, z.B. unter Bildung von Metallhydroxiden. Diese sind in der Elektrolytlösung nicht löslich und fallen aus, wodurch ein Entfernen der Abtragprodukte (als Hydroxide) mit Hilfe einfacher Trennverfahren (Absetzbehälter, Zentrifuge, Filterpresse) möglich 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. für die Reaktion
F Faradaykonstante (96487 A*s/mol)

Unter Berücksichtigung der Dichte berechnet sich das aufgelöste Materialvolumen V zu:



Der das aufgelöste Materialvolumen V und die transportierte Ladungsmenge I*t verknüpfende Proportionalitätsfaktor , das spezifische Abtragvolumen



ist für eine bekannte Reaktion eine Materialkonstante, falls die elektrochemische Wertigkeitsänderung z konstant bleibt. Die Bearbeitbarkeit eines Werkstoffs hängt 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 für die Bedingung, daß ausschließlich die in diesem Ansatz vorausgesetzten Reaktionen mit den eingesetzten elektrochemischen Wertigkeitsänderungen z_i ablaufen.

Passivität

Eine weitere Voraussetzung für die Anwendbarkeit des Faradayschen Gesetztes ist, daß die gesamte dem Prozeß zugeführte Ladungsmenge für abtragwirksame Reaktionen verbraucht wird. Im Verlauf des elektrochemischen Prozesses wird aber die Geschwindigkeit des metallischen Auflösevorgangs von den Gesetzen der elektrochemischen Kinetik bestimmt. Der bestimmende Faktor ist dabei das Elektrodenpotential. Bei bestimmten Elektrodenpotentialen werden auch die Ionen des wäßrigen Elektrolyten oxidiert bzw. reduziert, so daß an der Anode (dem, Werkstück) Sauerstoff entsteht bzw. an der Kathode (dem Werkzeug) Wasserstoff entwickelt wird. Ebenfalls können bereits aufgelöste 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 zugeführten elektrischen Energie für abtragunwirksame Reaktionen verbraucht, wodurch der Wirkungsgrad der anodischen Metallauflösung verringert wird.

Außer den angeführten Redox- Reaktionen bildet sich bei bestimmten Elektroden-potentialen auf der Anodenoberfläche eine Oxidschicht aus. Diese behindert den Übergang der Metallionen in die Elektrolytlösung. Die Ausbildung solcher Deckschichten, auch Passivschichten genannt, wird zudem von der Art des Elektrolyten und den vorliegenden Elektrolysebedingungen sowie von dem Anodenwerkstoff selbst beeinflußt. 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 Metalloxidoberfläche auf den Metallabtrag aus. Dieser wird vernehmlich durch die Struktur, die Porosität und die Leitfähigkeit der Deckschicht für die Ladungsträger und die chemische Löslichkeit der Oxide beeinflußt.

In bestimmten Anwendungsfällen ist die Ausbildung von Passivschichten erwünscht, da sie die Erzeugung einer guten Oberflächenqualität ermöglicht.

Die angeführten abtragunwirksamen Reaktionen, welche das Passivitätsverhalten und die ablaufenden Redox-Reaktionen bestimmen, sind potential- und damit auch stromdichteabhängig, so daß das aus den theoretischen Zusammenhängen des Faradayschen Gesetzes hergeleitete spezifische Abtragvolumen V_sp nicht immer die Eigenschaft eines konstanten Proportionalitätsfaktors hat; vielmehr ist dieser Kennwert auch mit der Stromdichte veränderlich. Dieser veränderliche, den tatsächlichen Zusammenhang zwischen dem aufgelösten Materialvolumen und der am Umsatz beteiligten Ladung beschreibende Faktor wird als "effektives Abtragvolumen" V_eff bezeichnet. Diese Kenngröße ist mit dem Wirkungsgrad verknüpft, der die während des elektrochemischen Prozeßablaufs auftretenden Abweichungen der elektrochemischen Wertigkeitsänderung und die Energie-verluste durch abtragunwirksame Reaktionen berücksichtigt:



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

Auswahl der Elektrolyte

Die Elektrolytlösung hat bei der Elektrolyse die Funktion, die in der Lösung vorhandenen Ladungsträger zu transportieren und an den Elektroden eine elektrochemische Umsetzung hervorzurufen. Weitere Anforderungen, die zusätzlich an die Elektrolytlösung gestellt werden müssen, sind

hohe chemische Stabilität, das heißt, daß die Elektrolytlösung eine dauerhafte Erhaltung ihrer Eigenschaften zeigen soll
geringe Korrosionswirkung auf die Bearbeitungsapparatur
physiologische Neutralität in bezug auf das Bedienungspersonal
Preisgünstigkeit

Aufgrund der unterschiedlichen Bedingungen, denen eine Elektrolytlösung genügen muß, kann man keine eindeutigen Aussagen über 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

Für gebräuchliche Elektrolytlösungen (NaCl und NaNO₃) liegt die spezifische Leitfähigkeit 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 Natriumchloridlösungen kommt es wegen der großen Adsorptionsaffinität der Chloridionen zu einer vorrangigen Adsorption dieser Ionen auf der Metalloberfläche im Vergleich zu den OH^-- Ionen oder den Wasserdipolen. Dadurch können die Metallionen direkt mit den Chloridionen reagieren. Meist bildet sich dabei das lösliche Metall- chlorid. In einem anschließenden Hydrolysevorgang werden die Chlorid- ionen durch OH^--Ionen ausgetauscht und es entsteht das in der Elektrolyt- lösung ausfallende Metallhydroxid. Wegen der bei hohn Stromdichten auftretenden großen Bildungsgeschindigkeit der Metallchloride wird deren Sättingungsgrenze in der Elektrolytlösung überschritten. Dies führt zur Bildung eines viskosen Elektrolytfilms in Anodennähe, der eine Einebnung der Oberfläche bewirkt. Weiterhin zeichnen sich diese Elektrolyte bei der Bearbeitung der meisten Stähle durch hohe Stromausbeuten aus; ein Materialabtrag findet schon im unteren Potentialbereich statt

Nitratlösungen (NaNo₃)
Im Gegensatz zu den Kochsalzlösungen verläuft die Metallauflösung bei der Verwendung von Natriumnitratlösungen über einen Oxidationsvorgang des Metalls im sogenannten transpassiven Bereich. Dabei wird in einer Nebenreaktion die bei der Bearbeitung von Kohlenstoffstählen erwünschte Passivschicht ausgebildet, welche zu einer guten Abbildungsgenauigkeit führt.
Arbeitet man im unteren Stromdichtebereich, so wird nur wenig Metall aufgelöst, da nahezu die gesamte Ladungsmenge für 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.

Elektrochemisches Senken

In der Regel wird das katodisch gepolte Bearbeitungswerkzeug (Werkzeug-elektrode) mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in das anodisch gepolte Werkstück (Werkstückelektrode) eingesentk. Zwischen Werkstück und Werkzeug bildet sich prozeßbedingt ein Arbeitspalt aus, durch den die Elektrolytlösung mit hoher Geschwindigkeit strömt und dabei die im Arbeitsspalt entstehenden Abtrag-produkte sowie durch den Stromfluß entstehende Joulesche Wärme abführt.

Zwischen Werkzeug und Werkstück bildet sich verfahrensbedingt ein Spalt aus, so daß streng genommen nicht von einer direkten Abbildung des Werkzeuges im Werkstück gesprochen werden kann. Vielmehr unterschiedet sich die Werkstück-geometrie von der Werkzeuggeometrie um den Betrag des Arbeitsspalts. Zur Her-stellung eines maßgenauen Werkstücks 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 U_el berechnet sich zu



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



Berücksichtigt man, daß die Stromdichte J



ist, so ergibt sich für die Spaltweite s



Die anzulegende Arbeitsspannung U setzt sich aus dem Spannungsabfall in der Elektrolytlösung U_el und der anodischen (U_polAn) sowie der kathodischen (U_polKa) Polarisationsspannung zusammen:




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



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



Durch Kombination dieser Gleichungen erhält man unter Berücksichtigung der Stromdichte J die Abbtraggeschwindigkeit v_A:



Im Falle stationärer Senkbedingungen ist die Abtraggeschwindigkeit v_A gleich der Vorschubgeschwindigkeit v_f.

Unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge berechnet sich die Spaltweite nun folgendermaßen:



Die Spaltweite s ist damit von den Einstellparametern Arbeitspannung U und Vorschubgeschwindigkeit v_f sei den werkstoffspezifischen Kenngrößen spezi-fisches Abtragvolumen V_sp und Polarisationsspannung DU abhängig. Außerdem ist sie direkt proporional zur spezifischen Leitfähigkeit k des Elektrolyten, welche von dessen Zusammensetzung, Konzentration und Temperatur bestimmt wird. Darüber hinaus ergibt sich, daß die Spaltweite s und die Stromdichte j umgekehrt proportional sind:



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

Die Abtraggeschwindigkeit v_A läßt sich direkt aus der Vorschubgeschwindigkeit v_f 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/Elektrolytlösung verstanden. Wird die Spaltweite s in Abhängigkeit von der an die Elektroden angelegten Arbeitsspannung U für unterschiedliche Leitfähigkeiten k oder auch Vorschubgeschwindigkeiten v_f 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 Werkstückkontur, bestimmt.(bild 4-6)


Wie aus obigem Bild zu entnehmen ist, änder sich die Normalkomponente der Abtraggeschwindigkeit mit dem Sinus des Konturneigungswinkels a. Setzt man diese Normalkomponente an Stelle der Vorschubgeschwindigkeit vf in die Gleichung für die Spaltweite s ein, so ergibt sich ein um so größerer Spalt, je steiler die Kontur ist.

Bei zylindrischen Formen oder Durchbrüchen (zweidimensionale Geometrie) ist eine Korrektur der Werkzeugelektrode verhältnismäßig einfach, da sich hier bei der Isolierung der Werkzeugseitenwände ein nahezu konstanter Seitenspalt ausbildet. Die Werkzeugkorrektur erreicht man dabei durch eine allseitige Verkleinerung um den Betrag des Seitenspalts, der in empirischen Untersuchungen in Abhängigkeit 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 auszuführen, weil der Korrekturbetrag aufgrund der unterschiedlichen Spaltausbildungen entlang der Kontur varriert. Wenn die Werkstückgeometrie nur flache Konturen aufweist, kann jedoch auch schon die verhältnismäßig 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 größer man die Vorschubgeschwindigkeit wählt. Bei komplizierteren Geometrien besteht jedoch bis heute nur die Möglichkeit, 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 großer Arbeitsspalte - wie sie bei der Herstellung von Raumformen im Normal- und Seitenspaltbereich vor-liegen - der Wirkungsgrad der Metallauflösung verringert. Diese Tatsache bewirkt den erwünschten Effekt der Begrenzung der Spalaufweitung, da ein Abtrag nur dann stattfinden kann, wenn eine bestimmte Mindeststromdichte J_min überschritten ist. Die Verwendung passivierender Elektrolytlösungen gewinnt insbesondere bei der Herstellung steiler Raumformen entscheidende Bedeutung, da die durch den elektrochemischen Porzeß begrenzte Spaltaufweitung eine nahezu konstante Spaltausbildung auch bei steilen Konturen gewährleistet.

Im Hinblcik auf die Formgenauigkeit lassen sich aus dem v_A-J-Diagramm (siehe unten) weitere nützliche Erkenntnisse zur Erzielung eines gewünschten Arbeits-ergebnisses herleiten. Wird die Vorschubgeschwindigkeit v_f so gewählt, daß der kleinste Spalt nahezu so groß wird wie der größtmögliche Spalt, ist eine nahezu konstante Spaltausbildung erreichbar. Der Unterschied der Spaltweiten wird dabei um so kleiner, je langsamer man die Vorschubgeschwindigkeit wählt. Durch Verringern der Konzentration und Erhähen der Temperatur kann der Passivier-ungsgrad, der durch die Mindeststromdichte Jmin charkaterisert wird, so sehr erhöht werden, daß sich eine konstante Spaltausbildung auch bei höheren Vorschubgeschwindigkeiten erzielen läßt.

Eletkrochemisches Polieren

Verunreinigunen aus der Fertigung befinden sich nicht nur auf den Oberflächen der Werkstücke, sondern auch in den unmittelbar darunter liegenden Werkstoff-schichten. Werkzeugabrieb, Zunder, Öle, Fette sowie Reste von Schleif- und Poliermitteln werden durch die mechanische Bearbeitung in die Oberfläche eingetragen und anschließend durch überlappendes und verzogenes Metall zugedeckt, so daß sie allen "oberflächlichen"Reinigungsprozessen widerstehen und somit zu Störungen im weiteren Arbeitsablauf führen. Zuverlässige Abhilfe ermöglicht nur die vollständige Beseitgung der verunreinigten Werkstoffschichten, ohne daß dabei neuerlich Fremstoffe eingeschleppt oder die Oberflächen anderweitig, etwa durch Korngrenzenangriff geschädigt werden. Dies ist technisch und wirtschaftlich gleichermaßen befriedigend durch Elektropolieren möglich. Die oberflächennahen Werkstoffschichten werden dabei ohne mechanishce und thermische Belastung auf elektrochemischem Wege abgetragen.

Eine hohe Reinheit wird in der Praxis insbesondere für Bauteile von kerntechnischen Anlagen sowie für Triebwerksteile für Luft- und Raumfahrt gefordert. Ein weiteres Anwendungsgebiet dieses Abtragverfahren ist das Einebnen von Oberflächenrauhigkeiten zur Verminderung von Reibungsprozessen bei Zahnrädern, Wellen usw.

Elektrochemisches Atzen

Da die Bindungskräfte zwischen den Atomen an der Oberfläche des Metallgitters von der Sturktur und der Orientierung des Kristalls abhängen und an Fehlstellen, Versetzungen oder Korngrenzen kleiner sind als im Innern des Kristalls, sind zur Ablösung eines Metallions aus dem Gitterverban unterschiedliche Energieschwellen auf der Metalloberfläche zu überwinden. Der Stromfluß entsteht daher auf Grund von Potentialdifferenzen im Mikrobereich, die einen elektrochemischen Abtrag mit ungleichmäßiger Verteilung auf der Metalloberfläche bewirken. Diese Tatsache wird bekanntlich bei der elektrochemischen Atzung in der Metallographie zum Sichtbarmachen der Gefügestruktur genutzt.

Zur Anwendung kommen alkalische, saure oder neutrale Atzlösungen, und zwar in Abhängigkeit von den elektrochemischen Eigenschaften des ätzenden Werkstückwerkstoffs; gegebenfalls sind auch Mischungen anwendbar. In der Praxis verwendet man beim Atzen gedruckter Schaltungen vorwiegend neutrale Atzlösungen.

Die Abtraggeschwindigkeit liegt je nach Werkstoff und Atzbedingugnzwischen 0,01 und 0,08 mm/min. Wesentlich wird sie von der "Badtemperatur" beeinflußt. Mit steigender Temperatur nimmt die Abtragggeschwindigkeit zu. Um einen gleichmäßigen Abtrag zu erzielen, muß der Werkstoff in Zusammensetzung und Gefüge homogen sein. Vielfach müssen daher die Werkstücke vor dem Atzen einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

Die Oberflächengüten geätzter Flächen werden außer von der Atztiefe und dem verwendeten Atzmedium wesentlich von der chemischen Lälichkeit der einzuelnen Werkstoffbestandteile, ihrer Konrgrößen und ihrem Anteil am Gesamtwerkstoff bestimmt. Auch die Ausgangsrauheit ist von Einfluß. Bearbeiteungsspuren, Riefen, Kratzer und andere Unregelmäßigkeiten isind auf der geätzten Fläche 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 - Atztiefe bezogen auf die Wirkzeit - und der sich daraus ergebende Oberflächengüte werden unterschiedliche Atzverfahren angewendet. so ist in dem Bild unten außer dem eigentlichen Abtragprinzip das sogenannte Tauchätzen und das Sprühätzen schematisch wiedergegeben.

Beim Tauchätzen werden die zu ätzenden werkstücke in eine Wanne mit Atzmittel eingetaucht. Die Luft- und Raumfahrtindustrie bietet vor allem große Einsatzmög-lichkeiten, bei denen mit Hilfe dieses Verfahrens die Masse großflächiger, dünn-wandiger oder räumlcih komplizierter Bauteile verringert wird, wenn dies mit herkömmlichen Verfahren nicht oder nur in Verbindung mit einem hohen Kosten-aufwand zu erzielen wäre. Ein wesentlicher Nachteil des Tauchätzens besteht in der Schwierigkeit, die Reaktionsprodukte von der Metalloberfläche zu entfernen und das durch die Reaktionswärme aufgeheizte und mit Gasblasen versetzte Atzmedium in der Nähe der Werkstücke durch frische Flüssigkeit zu ersetzen.

Beim Sprühätzen wird das Atzmedium durch Düsen mit Druck auf das meist horizontal angeordnete Werkstück gesprüht und somit die Werkstückfläche gleichmäßig benetzt. Der Flüssigkeitsdruck spült die Reaktionsprodukte von der Metalloberfläche.

Die Atztemperatur ist leicht konstant zu halten, da nur kleine Mengen der Atzlösung erforderlich sind. Zusätzlich ist von Vorteil, daß der gerichtete Strahl des Atzmediums den Abtragfortschritt senkrecht zur Oberfläche fördert, so daß eine kleinere Unterätzung auftritt als beim Tazuchätzen. Nachteilig sind die komplizierten und teuren maschinellen Einrichtungen. Darüber hinaus sind widerstandsfähigere Abdeckstoffe erforderlich, die von der mit Druck aufgesprühten Atzlösung nicht unterspült werden.

Die mit Hilfe der Atzverfahren erzielbare Formerzeugung wird durch Abdeckmasken un zeitlich gestuertes Eintauchen oder Herausziehen des Werkstücks aus dem Atzmedium ermöglicht. Als Abdeckschichten kommen feste, pastöse und flüssige Stoffe in Betracht. Als feste bzw. pastöse Abdeckschten werden Kunststoffolien, Wachse oder pechartige Sotffe, als flüssige Abdeckschcihten Lacke oder flüssige Kunststoffe verwendet.

Zum Abdecken und Maskieren etnwickelte man eine Reihe von Maskiertechniken. Ein im großen Umfang angewendetes Verfahren besteht darin, ätzbeständige Streifen oder vollständig vorgefertigte Abdeckmasken oder Abdeckschablonen auf dem Werkstück anzubringen. Bei hohen Stückzahlen und komplizierten Konturen werden die Abdeckungen auf photographischem Wege aufgebracht. Eine andere Maskiertechnik ist das Siebdruckverfahren.