Kuparin ja sen seosten, kuten messingin ja pronssin, työstö tuo mukanaan haasteita erityisesti lastuamisnesteille. Ratkaisuna käytetään metallin deaktivointiaineita, jotka muodostavat suojaavan kalvon kuparin pinnalle. Deaktivointiaineiden käytössä on kuitenkin haasteensa. Oikean deaktivointiaineen valinta ja huolellinen annostelu ovat keskeisiä seikkoja, jotta saavutetaan taloudellisesti ja ympäristöllisesti kestävä ratkaisu lastuamisnesteiden hallintaan.
Kuparin ja pronssin reaktiivisuus voi aiheuttaa nesteen värimuutoksia (emulsio muuttuu vihreäksi), korroosiota ja haitallisten kupari-ionien vapautumista. Emäksisessä ympäristössä (pH >8,5) nämä ilmiöt korostuvat, sillä kupari hapettuu nopeammin, ja sen oksidit liukenevat nesteeseen.
Tämä heikentää lastuamisnesteen suorituskykyä, lyhentää sen käyttöikää ja aiheuttaa terveysriskejä käyttäjille.
Ratkaisu ovat metallin deaktivointiaineet, kuten bentsotriatsoli, jotka estävät kuparin reaktiot muodostamalla sen pinnalle suojaavan kalvon. Tämä kalvo vähentää hapettumista ja estää kupari-ionien liukenemista, mikä pidentää lastuamisnesteen käyttöikää.
Liuenneet kupari-ionit haitallisia
Suuri osa lastuamisnesteistä on emäksisiä (pH >8,5). Kuparin oksidoituminen kiihtyy emäksisessä ympäristössä, sillä emäksinen neste voi ”pestä” kuparioksidin kuparin pinnalta. Ja kun kuparioksidi liukenee, se hajaantuu lastuamisnesteen sekaan ioneiksi.
Kun lastuamisnesteeseen on liuennut riittävästi kupari-ioneita muuttaa se värinsä vihertäväksi. Tämä on merkki siitä, että lastuamisneste on vaihdettava, sillä se on muuttunut käyttäjälle haitalliseksi. On kuitenkin otettava huomioon, että lastuamisneste voi muuttua vihertäväksi muistakin syistä tai olla jo tankatessa vihertävän väristä.
Kupari-ionit, jotka ovat liuenneita, ovat myrkyllisiä sekä ihmisille että ympäristölle. Kontaminoitunut neste voi aiheuttaa terveysriskejä, jos sitä joutuu kosketuksiin ihon, hengitysteiden tai käsittelyn yhteydessä ilman asianmukaisia suojavarusteita. Ihokosketus voi aiheuttaa ärsytystä, ja hengitettynä ne saattavat aiheuttaa yskää, hengitysvaikeuksia ja muita hengitysteiden ärsytysoireita. Pitkäaikainen altistuminen voi johtaa vakavampiin terveysongelmiin, kuten maksa- ja munuaisvaurioihin.
On olemassa lastuamisnesteitä, jotka on suunniteltu niin, että ne eivät aiheuta reaktiota kuparin kanssa. Tämä tarkoittaa, että itse nesteen koostumus on optimoitu siten, että se on yhteensopiva kupariseoksien kanssa, estäen ei-toivotut kemialliset reaktiot.
Toinen lähestymistapa on käyttää lastuamisnesteitä, joiden tiivisteeseen on etukäteen lisätty bentsotriatsolia. Tässä ratkaisussa bentsotriatsoli toimii suojaavana kerroksena, joka estää kuparin reagoimisen nesteen kanssa. Näin ollen, vaikka neste itsessään saattaisi reagoida kuparin kanssa, valmiiksi lisätty bentsotriatsoli pitää kuparin passiivisena ja suojaa sitä mahdollisilta kontaminaatioilta.
Metallin deaktivointiaine
Metallin deaktivointiaine on termi lisäaineille, jotka estävät eri metallien reagoimisen lastuamisnesteiden kanssa, muodostamalla ohuen kerroksen metallin ja lastuamisnesteen välille. Ohut suoja kerros estää niiden välisen suoran kosketuksen.
Yleisimpiä ongelmia aiheuttavia metalleja ovat kuparia ja kobolttia sisältävät metallit, kuten messinki, pronssi, kovametalli ja pikateräs. Yleisimmät vaikuttavat aineet näissä lisäaineissa ovat bentsotriatsoli ja tolutriatsoli. Keskitymme tässä kirjoituksessa bentsotriatsoliin, mitä käyttää mm. Blaser Swisslube.
Bentsotriatsoli ei sellaisenaan liukene hyvin veteen, joten sitä on täydennetty kalium 1H-bentsotriatsolidilla (neutraalin pH:n emulsioihin) ja propyleeniglykolifenyyli-eetterillä (korkean pH:n emulsioihin). Esimerkkeinä voidaan käyttää Blaserin Additive M22 (korkea pH) ja Additive M23 (neutraali pH). Molemmissa lisäaineissa on sama vaikuttava korroosionestoaine öljyfaasille, mutta veteen liukeneva lisäaine vaihtelee, koska korkeammassa pH:ssa tarvitaan tehokkaampaa korroosionestoa kuin neutraalissa pH:ssa.
Lisäaine on suunniteltu siten, että bentsotriatsoli liukenee pääosin emulsion öljypisaroihin, kun taas veteen liukeneva lisäaine sekoittuu emulsion vesipisaroihin.
Metallin deaktivointiaineen käyttö
On lähes mahdotonta tietää etukäteen, kuinka paljon emulsiossa pitäisi olla metallin deaktivointiainetta, sillä tarve on erittäin sovelluskohtaista. On vaikea arvioida, kuinka paljon kuparia sisältävää metallia jää työstökoneeseen. Jäännöksien koko ja levittäytyneisyys vaikuttavat merkittävästi kupari-ioneiden määrään. Mitä suurempi pinta-ala kuparijäämillä on, sitä enemmän kupari-ioneita vapautuu lastuamisnesteeseen.
Käytetään esimerkkinä deaktivointiainetta, Additive M22, joka on suunniteltu käytettäväksi emäksisissä ympäristöissä (pH >8,5). Sitä lisätään emulsioon suositusmäärä 0,5–1,0 litraa per 1000 litraa emulsiota, mikä vastaa 0,05–0,1 % pitoisuutta. On erittäin tärkeää, ettei deaktivointiainetta yliannostella.
Deaktivointiaine liukenee emulsioon, mutta liukoisuus on rajallinen – emulsio voi liuottaa vain tietyn määrän lisäainetta. Jos tämä raja ylitetään, aine ei enää liukene vaan jää kiinteään muotoon. Tämä voi johtaa jäämien muodostumiseen. Tilannetta voi verrata veden ja suolan käyttäytymiseen: veteen liukenee vain tietty määrä suolaa, ja kun liukoisuusraja saavutetaan, ylimääräinen suola ei enää liukene vaan jää näkyväksi kiinteäksi aineeksi.
Lisäysvälin testausmenetelmä
Koska deaktivointiaine liukenee emulsioon, sitä myös kuluu käytössä ja sitä on lisättävä säännöllisesti. Lisäysvälien määrittäminen ei kuitenkaan ole tarkasti ennakoitavissa, sillä se riippuu sovelluksesta ja käyttöolosuhteista. Lisäysvälit täytyy määrittää kokeellisesti.
- Lisää emulsioon 0,05–0,1 % deaktivointiainetta.
- Ota näyte emulsioista heti lisäyksen jälkeen ja merkitse näyte astiaan.
- Ota uusia näytteitä kerran viikossa kolmen viikon ajan. Merkitse jokaiseen näyteastiaan, milloin näyte on otettu.
- Lähetä kaikki näytteet laboratorioon analysoitavaksi. Laboratoriossa voidaan määrittää deaktivointiaineen pitoisuus viikkojen välillä.
Yleinen suositus on lisätä deaktivointiainetta viikoittain, mutta tarkka lisäysväli on tapauskohtaista ja riippuu käytön kuormituksesta sekä työstöprosessista. Testi auttaa määrittämään oikean lisäysvälin käytännössä.
Elis Hägglund, Edufix Oy
