ContrFil 2, ein Korrosionsschutzmittel für das funkenerosive Drahtschneiden

Wilhelm Rehbein, Dipl.-Ing. (FH) Chemie
oelheld GmbH, Stuttgart


Im Gegensatz zur Senkerosion wird beim funkenerosiven Drahtschneiden in den allermeisten Fällen entionisiertes Wasser als dielektrisches Medium verwendet. Grund für diese Wahl ist vor allem die höhere Vorschubgeschwindigkeit die durch die stärkere Kühlwirkung und geringere Viskosität des Wassers möglich wird. Auch sind die derzeit am Markt vorhandenen EDM-Drahtschneidemaschinen (Bild 1) oftmals nicht für den Betrieb mit Kohlenwasserstoffdielektrika gerüstet und sind weder mit einer Feuerlöschanlage ausgerüstet noch enthalten sie kohlenwasserstoffbeständige Schläuche, Dichtungen oder Isolationen. Um den Aufbau des elektrischen Feldes und letztlich die Entladung zu ermöglichen, darf das für den EDM-Prozess verwendete Wasser nur eine sehr geringe Leitfähigkeit aufweisen. Zu diesem Zweck wird das Wasser mittels spezieller Harzfilter (Ionentauscherharze) von enthaltenen Salzen befreit, d.h. es wird entionisiert.

Bild 1: Charmilles Robofil 240 EDM-Drahtschneidemaschine

Ein gravierender Nachteil bei der Verwendung von entionisiertem Wasser ist jedoch dessen starke Korrosionswirkung. Die Oberfläche von Eisenmetallen und anderen unedlen Metallen wird in kurzer Zeit geschädigt. Dies trifft besonders die durch den Erodierprozess neu geschaffenen Oberflächen, bei denen ein Schutz mittels Korrosionsschutzfetten oder –filmen nicht möglich ist bzw. wo deren Verwendung den Prozessablauf beeinträchtigt. Um auch in diesen Fällen eine deutliche Verringerung der Korrosion zu erreichen, wurde CONTROFIL 2 entwickelt. Im Gegensatz zu konventionellen Korrosionsschutzmitteln liegt ControFil 2 im Wasser nicht in Ionenform vor, daher beeinflusst es auch nicht dessen elektrische Leitfähigkeit und wird auch nicht durch die Ionentauscherharze wieder entfernt. Dennoch lagern sich die Moleküle von CONTROFIL 2 aufgrund ihres besonderen Aufbaus mit ihrem polaren Ende an Metalloberflächen an und bilden dadurch mit ihrem anderen, hydrophoben Ende eine Diffusionsbarriere, die den direkten Zutritt von Wassermolekülen weitgehend verhindert (Bild 2).

Bild 2: Anordnung der ControFil 2-Moleküle an einer Metalloberfläche (P = polares Molekülende)

Der Einfluss von CONTROFIL 2 auf Wirkungsgrad und Lebensdauer eines handelsüblichen Ionentauscherharzes wurde mit einer speziellen Anordnung ausführlich getestet. Dazu wurden jeweils 2 Motorfilter mit exakt 500 g Harz befüllt und an einen Kunststoffbehälter mit 25 L Fassungsvermögen angeschlossen. Behälter 1 wurde mit 20 L Leitungswasser (14°dH) befüllt, Behälter 2 mit 20 L einer Mischung aus 99,0 % Leitungswasser und 1,0 % CONTROFIL 2. Die im Vergleich zu unserer Anwendungsempfehlung verdoppelte Konzentration an CONTROFIL 2 wurde gewählt, um mögliche Auswirkungen besser beobachten zu können. Nach dem Absinken der Leitfähigkeit in Bereiche von 5 - 10 μS/cm wurde in beiden Behältern die gleiche Menge Eisen(III) chlorid-Hexahydrat (FeCl3 * 6 H2O) zur Erhöhung der Leitfähigkeit zugegeben. Eisen(III) chlorid-Hexahydrat wurde verwendet, weil Eisenionen bei der funkenerosiven Bearbeitung von Eisenmetallen in großen Mengen freiwerden und aufgrund der guten Löslichkeit in Wasser. Verdunstetes Wasser wurde durch Leitungswasser ersetzt. Parallel wurde regelmäßig bei beiden Testansätzen der Brechungsindex gemessen, um die Möglichkeit von Verbrauch, Zersetzung oder des Ausfiltrierens von CONTROFIL 2 zu überwachen.

Ansatz 1

Ansatz 2

Leitfähigkeit, Testbeginn

451 μS/cm

471 μS/cm

Leitfähigkeit Ansatz 1, Testende

18,1 μS/cm

12,8 μS/cm

Eingesetzte Harzmenge (ohne Trocknung)

500 g

500 g

Harzmenge nach Testende (nach Trocknung)

454 g

455 g

Refraktometerwert, Testbeginn

0,0 % Brix

0,7 % Brix

Refraktometerwert, Testende

0,0 % Brix

0,8 % Brix

Korrosionsschutz DIN 51360-2, Testbeginn

Note 4

Note 1-2

Korrosionsschutz DIN 51360-2, Testende

Note 4

Note 1-2

Verteilt über die gesamte Testdauer wurden je Ansatz insgesamt ca. 12 g Eisen(III) chlorid-Hexahydrat (44,6 mMol) zugegeben, nach 22 Tagen wurde bei beiden Ansätzen keine ausreichende Verringerung der Leitfähigkeit mehr festgestellt. Die nach Testende zurückgewonnenen Mengen an Harz waren praktisch gleich, das Harz wurde vor dem Verwiegen für 24 h bei 80°C getr ocknet. Die Refraktometerwerte wurden mit einem Abbe-Refraktometer bei 20°C bestimmt und betrugen während der gesamten Testdauer im Ansatz 1 0,0 % Brix, im Ansatz 2 schwankten sie zwischen 0,6 und 0,8 % Brix, abhängig vom Füllstand des Behälters. Die Korrosionsschutzwirkung der Ansätze hat sich während der Testzeit ebenfalls nicht verändert. Mikroskopische Untersuchung der Harzkügelchen:

Auffällig ist, dass beim Testansatz 2 ca. 5 % der Harzkügelchen eine Trübung aufweisen, welche beim mit Wasser ohne Zusätze gefahrenen Testansatz nur vereinzelt auftritt. Dass diese Trübung aber keine Auswirkungen auf die Standzeit oder Entionisierungskapazität des Harzes hat, zeigen die Testergebnisse.

Bild 3: Harz aus Ansatz 1, Vergrößerung 40x
Bild 4: Harz aus Ansatz 2, Vergrößerung 40x

Eine negative Auswirkung von CONTROFIL 2 auf das verwendete Harz ist auch bei Verdoppelung der empfohlenen Anwendungskonzentration nicht nachweisbar. Weder die Entionisierungskapazität noch die Haltbarkeit des Harzes werden signifikant verändert. Auch konnte nicht nachgewiesen werden, dass CONTROFIL 2 durch das Harz aus der Lösung herausgefiltert, zersetzt oder auf andere Art unwirksam gemacht wird.

Kontakt

Telefon: +49 711 168 63-0
Telefax: +49 711 168 63-3500
E-Mail: hutec(at)oelheld.de

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