Gepulste elektrochemische Auflösung und Oberflächenausbildung von Gusseisenwerkstoffen in NaNO₃-Elektrolyten: Charakterisierung und Prozessauslegung

Abstract

Gusseisenwerkstoffe bleiben heutzutage trotz der kontinuierlichen Entwicklung neuartiger Materialien ein Schlüsselwerkstoff der Spitzentechnologie und finden in zahlreichen industriellen Anwendungen Einsatz. Die stets steigenden Produktanforderungen unserer konsumgeprägten Gesellschaft führen zu einer kontinuierlichen Zunahme der geometrischen Produktkomplexität, was eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit erfordert. In der vorliegenden Arbeit wird das Potential, gepulste elektrochemische Bearbeitung als Alternativverfahren für die präzise Bearbeitung von breit eingesetzten Gusseisenwerkstoffen untersucht. Die grundlegenden Mechanismen und Eigenschaften der Materialauflösung sowie die daraus resultierende Oberflächenbeschaffenheit werden anhand physikochemischer und statistischer Analysestrategien charakterisiert. Darauf aufbauend werden die strukturellen werkstoffbedingten Einflüsse ermittelt sowie die statistisch signifikanten Prozessparameter identifiziert. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden qualitative und analytische Modelle zur Beschreibung der im Prozess stattfindenden Vorgänge und zum Vorhersagen der unter definierten Bedingungen erzielbaren Prozessergebnisse abgeleitet. Mithilfe der entwickelten Modelle wird eine Aussage über die minimal erreichbare Oberflächengüte sowie die maximal mögliche Auflösegeschwindigkeit getroffen und anhand deren Kombination eine Strategie zur optimalen Prozessauslegung abgeleitet.

Today cast iron alloys remain as a key material of the high technology and are used in several industrial applications, despite of the continuous development of novel materials. The ever-rising product demands of our consumer-driven society lead to a continuous increase in the geometric complexity of products resulting in higher processing accuracy requirements. In the present work the potential of pulse electrochemical machining as an alternative procedure for the precise processing of wide used cast iron materials is investigated. The fundamental mechanisms and properties of the material dissolution as well as the resulting surface quality are characterized by physicochemical and statistical analysis strategies. On this basis, the structural material-related effects and the statistically significant process parameters are determined. With the obtained results, qualitative and analytical models for the description of the electrochemical reactions taking place during the dissolution and for predicting the machining result under defined process conditions are derived. With the developed models a conclusion on the minimum achievable surface quality and the maximum reachable dissolution rate will be established. A strategy for an optimum process design will finally evolve from the combination of the developed models.