Kupari ja sen seokset, kuten messingin ja pronssin, käyttö työstöprosessissa tuo mukanaan haasteita erityisesti lastuamisnesteille. Näiden metallien 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 voi heikentää lastuamisnesteen suorituskykyä, lyhentää sen käyttöikää ja aiheuttaa riskejä niin käyttäjille kuin ympäristöllekin.
Kupari ja sen seokset, kuten messingin ja pronssin, käyttö työstöprosessissa tuo mukanaan haasteita erityisesti lastuamisnesteille. Näiden metallien 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 voi heikentää lastuamisnesteen suorituskykyä, lyhentää sen käyttöikää ja aiheuttaa riskejä niin käyttäjille kuin ympäristöllekin.
Näiden ongelmien ratkaisemiseksi käytetään metallin deaktivointiaineita, kuten bentsotriatsolia, joka estää kuparin reaktiot muodostamalla sen pinnalle suojaavan kalvon. Tämä kalvo vähentää hapettumista ja estää kupari-ionien liukenemista, mikä pidentää lastuamisnesteen käyttöikää ja parantaa sen tehokkuutta. Tässä artikkelissa perehdytään kuparin vaikutuksiin lastuamisnesteissä ja tarkastellaan, kuinka deaktivointiaineet voivat hallita näitä haasteita. Lisäksi käsitellään käytännön menetelmiä deaktivointiaineiden käytön optimointiin ja oikean annostelun määrittämiseen.
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. On kuitenkin otettava huomioon, että lastuamisneste voi muuttua vihertäväksi muistakin syistä tai olla jo tankatessa vihertävän väristä.
Liuenneet kupari-ionit ovat myrkyllisiä sekä ihmisille että ympäristölle. Kontaminoitunut neste voi aiheuttaa terveysriskejä joutuessaan iholle, hengitysteihin (sumuna) tai jos sitä käsitellään ilman asianmukaisia suojavarusteita. Ihokosketus voi aiheuttaa ärsytystä, ja hengitettynä kupari-ionit voivat ärsyttää hengitysteitä, aiheuttaa yskää ja hengitysvaikeuksia. Pitkäaikainen altistuminen voi johtaa vakavampiin terveysongelmiin, kuten maksaan ja munuaisiin kohdistuviin vaurioihin. Lisäksi, jos kontaminoitunutta nestettä pääsee ympäristöön, se voi olla haitallista vesieliöille ja ekosysteemille, koska kupari-ionit kertyvät helposti vesistöihin ja voivat häiritä luonnon ekosysteemejä.
3.1 – Mitä Metallin Deaktivointiaine on
Metallin deaktivointiaine on termi lisäaineille, jotka estävät eri metallien reagoimisen lastuamisnesteiden kanssa, muodostamalla ohuen kerroksen metallin ja lastuamisnesteen välille. 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. Tässä kirjoituksessa keskitymme Blaser Swissluben ensisijaisesti käyttämään bentsotriatsoliin. Blaser käyttää bentsoriatsolia sillä tolutriatsolin haju on paha eikä tuotteiden välillä ole juurikaan käytännöllisiä eroja.
3.2 – Vaikuttava aine Bentsotriatsoli
Bentsotriatsoli ei sellaisenaan liukene veteen, joten sitä on täydennetty kalium 1H-bentsotriatsolidilla (neutraalin pH:n emulsioihin) ja propyleeniglykolifenyylieetterillä (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 emulsion öljypisaroihin, kun taas veteen liukeneva lisäaine sekoittuu emulsion vesipisaroihin.
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. Jäännöksen koko ja levittäytyneisyys vaikuttavat merkittävästi hapettumiseen. Mitä suurempi pinta-ala kuparijäämillä on, sitä enemmän kupari-ioneita vapautuu lastuamisnesteeseen.
4.1 Deaktivointiaineen annostelu
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 ja 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.
4.2 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 hyvin tapauskohtaista ja riippuu käytön kuormituksesta sekä työstöprosessista. Tämä testi auttaa määrittämään oikean lisäysvälin käytännössä.
Kupari ja sen seokset, kuten messinki ja pronssi, asettavat erityisiä haasteita lastuamisnesteille niiden taipumuksen hapettua ja reagoida ympäristönsä kanssa. Tämä voi johtaa nesteen värimuutoksiin, korroosioon ja kupari-ionien liukenemiseen, mikä heikentää lastuamisnesteen suorituskykyä ja aiheuttaa terveys- sekä ympäristöriskejä. Erityisesti emäksisissä olosuhteissa kuparin reaktiivisuus korostuu.
Ratkaisuna käytetään metallin deaktivointiaineita, kuten bentsotriaatsolia ja tolutriaatsolia, jotka muodostavat suojaavan kalvon kuparin pinnalle. Tämä estää hapet-tumista, vähentää korroosiotuotteiden syntymistä ja pidentää lastuamisnesteen käyttöikää.
Deaktivointiaineiden käytössä on kuitenkin haasteensa. Oikean annostelun määrittäminen on tapauskohtaista, sillä käyttöön vaikuttavat monet tekijät, kuten kuparin määrä, työstökoneen rakenne ja emulsion olosuhteet. Yliannostelu voi johtaa jää-mien muodostumiseen, kun aineen liukoisuusraja ylittyy. Näiden aineiden tehokas käyttö edellyttää huolellista testausta, kuten lisäysvälin määrittämistä laboratorio-testien avulla.
Artikkelissa tarkasteltiin, miten kupari vaikuttaa lastuamisnesteisiin ja miten metallin deaktivointiaineet voivat hallita näitä vaikutuksia. Lisäksi käsiteltiin käytännön menetelmiä lisäaineiden optimaalisen käytön varmistamiseksi. Yhteenvetona voidaan todeta, että oikean deaktivointiaineen valinta ja huolellinen annostelu ovat keskeisiä, jotta saavutetaan taloudellisesti ja ympäristöllisesti kestävä ratkaisu lastuamisnesteiden hallintaan.
