Korrosionsschutzmittel, Schutzöle und Abfallentsorgung: Korrosionsschutz in der Zerspanung

Korrosion tritt in der Zerspanung meist nicht während des Schnitts selbst auf, sondern in den Phasen der Zwischenlagerung, der Einlagerung und des Versands nach der Bearbeitung. Dieser Beitrag behandelt die Einteilung der Produkte für den temporären Korrosionsschutz, die Wirkungsweise der VCI-Verpackung, die Standards zur Messung der Schutzwirkung sowie die Entsorgung gebrauchter Bearbeitungsmedien nach türkischem Recht. Die Pflege des Kühlschmierstoffs im laufenden Betrieb ist ein eigenes Thema und wird im Ratgeber zur Kühlschmierstoff-Pflege behandelt.

1. Mechanismus der Korrosion und die Momente ihres Auftretens

Atmosphärische Korrosion ist ein elektrochemischer Vorgang. An der Metalloberfläche wird im anodischen Bereich das Metall ionisiert, im kathodischen Bereich Sauerstoff reduziert, und beide Reaktionen werden über Ionen geschlossen, die im dünnen Wasserfilm auf der Oberfläche geleitet werden. Demnach setzt Korrosion ein, sobald drei Bestandteile gleichzeitig vorliegen: Wasser, Sauerstoff und gelöste Salze, die die Leitfähigkeit erhöhen. Chlorid- und Sulfationen beschleunigen die Wirkung, da sie sowohl die Leitfähigkeit anheben als auch den schützenden Oxidfilm örtlich zerstören.

In der Zerspanung sind die Situationen mit erhöhtem Risiko klar umrissen:

• Zwischenlagerung. Das aus der Maschine kommende Werkstück ist noch warm; beim Abkühlen bildet sich auf seiner Oberfläche Kondensat. Trocknet der Film des Kühlschmierstoffs ein und wird dünner, entfällt der Schutz, der Salzrückstand auf der Oberfläche bleibt jedoch bestehen.
• Feuchte Umgebung mit Betauung. In Umgebungen mit einer relativen Luftfeuchte oberhalb von etwa 60 % wird der Wasserfilm auf Eisenwerkstoffen geschlossen. An kalten Morgen erzeugt sich erwärmende Hallenluft unmittelbar Kondensat auf der kalten Werkstückoberfläche.
• Graugussspäne. In graphithaltigem Grauguss verhält sich der Graphit wie eine Kathode und die Ferritmatrix wie eine Anode. Ein nasser Spänehaufen erzeugt auf dem darunter liegenden Blech oder Tisch rasche Fleckenbildung. Aus diesem Grund werden Graugussspäne in Korrosionsprüfungen als Referenzwerkstoff gewählt.
• Gemischte Metalle. Befinden sich Metalle mit unterschiedlichem Elektrodenpotenzial wie Aluminium und Stahl oder Kupfer und Aluminium in derselben Flüssigkeit oder derselben Verpackung, führt das zu galvanischer Korrosion. Das Abscheiden von Kupferionen auf einer Aluminiumoberfläche ist ein typisches Schadensbild.

Korrosion und Konzentration: Korrosion steht meist in unmittelbarem Zusammenhang mit der Konzentration des Mediums. Fällt bei wassergemischten Medien die Konzentration unter den empfohlenen Bereich, bleibt der Korrosionsschutzzusatz wirkungslos. Das richtige Ansetzen der Mischung wird im Ratgeber zur Konzentration beschrieben.

2. Produkte für den temporären Korrosionsschutz

Produkte für den temporären Schutz werden nach zwei getrennten Achsen eingeteilt: nach der Trägerflüssigkeit und nach dem Film, den sie auf der Oberfläche hinterlassen. Der Träger bestimmt die Art des Auftragens, die Trocknungsgeschwindigkeit sowie die Risiken für Arbeitsschutz und Brandschutz. Der Film bestimmt die Schutzdauer und die Art, in der das Werkstück in die nachfolgenden Arbeitsgänge eingeht.

Die Wahl des Filmtyps hängt davon ab, wohin das Werkstück gelangt. Bei Teilen, die unmittelbar in die Montage gehen, wird ein Trockenfilm bevorzugt, bei Halbzeugen mit monatelanger Lagerung ein öliger oder wachsartiger Film.

Die in der Tabelle angegebenen Dauern sind typische Bereiche aus den technischen Unterlagen der Hersteller; die tatsächliche Dauer ändert sich je nach Luftfeuchte, Temperaturschwankung, Handhabungshäufigkeit und Oberflächensauberkeit deutlich. Bei lösemittelbasierten wasserverdrängenden Schutzmitteln wird in Herstellerangaben beispielsweise ein Innenraumschutz von bis zu zwölf Monaten genannt; dasselbe Produkt hält im Freien deutlich kürzer.

3. VCI-Papiere und -Beutel

VCI (Dampfphasen-Korrosionsinhibitor, englisch vapour corrosion inhibitor) bezeichnet Verbindungen, die in Papier, Folie oder Emitter eingebracht sind und bei Raumtemperatur langsam verdampfen. Die Wirkstoffe sind meist Salze aus einem flüchtigen Amin und einer organischen Säure. Das verdampfende Molekül erreicht im geschlossenen Volumen ein Gleichgewicht, kondensiert auf der Metalloberfläche und bildet eine Schutzschicht in der Größenordnung einer Monolage. Diese Schicht unterdrückt die Korrosion, indem sie anodische und kathodische Reaktionen verlangsamt.

Aus der Wirkungsweise folgen drei praktische Konsequenzen:

1. Ein geschlossenes Volumen ist zwingend. Ein offen gelassener Beutel oder ein undichter Karton führt zum Absinken der Dampfkonzentration und zum Ende des Schutzes.
2. Eine Sichtverbindung ist nicht erforderlich. Der Dampf erreicht auch Bohrungen, Kanäle und Innenflächen ohne direkten Kontakt. Bei Werkstücken mit komplexer Geometrie ergibt sich dadurch ein Vorteil gegenüber dem Ölschutz im Tauchverfahren.
3. Die Metallverträglichkeit ist nachzuweisen. Die VCI-Technologie wurde ursprünglich für Eisenwerkstoffe entwickelt, und einige Aminderivate verursachen auf Kupfer, Messing und Aluminium Fleckenbildung. Bei Sendungen mit gemischten Metallen ist ein als „Multimetall“ deklariertes Produkt zu wählen. In aktuellen Formulierungen sind Zusammensetzungen ohne Nitrit, Phosphat, Chrom und Schwermetalle verbreitet; der Nitritgehalt ist zu bestätigen, da er in manchen Kundenspezifikationen ausdrücklich untersagt ist.

VCI wird sowohl als Alternative zum Schutzöl als auch ergänzend dazu eingesetzt. Das Einlegen eines mit öligem Film versehenen Werkstücks in einen VCI-Beutel schafft eine zweite Verteidigungsebene, falls die Verpackung an einer Stelle beschädigt wird.

4. Verpackung für Lagerung und Versand

Bei der Verpackung sind drei Faktoren maßgebend: Dichtheit, Feuchtelast und mechanischer Kontakt. Freies Wasser oder eine feuchte Holzpalette innerhalb der geschlossenen Verpackung verbraucht den VCI-Schutz in kurzer Zeit. Bei langen Seetransporten ist der Einsatz einer Barrierefolie zusammen mit einem Trockenmittel (Desikkant) verbreitet; dabei wird angestrebt, die relative Luftfeuchte innerhalb der Verpackung niedrig zu halten.

Auch das Anfassen bearbeiteter Oberflächen mit bloßen Händen ist eine bekannte Schadensursache. Da Schweiß Chlorid und organische Säuren enthält, setzt im Bereich des Fingerabdrucks örtliche Korrosion ein. Aus diesem Grund sind geschützte Teile mit sauberen Handschuhen zu handhaben.

5. Prüfverfahren

Die Leistung des Korrosionsschutzes wird nicht über Erklärungen, sondern über genormte Prüfungen bewertet. Auf Seiten der Zerspanung werden zwei unterschiedliche Prüffamilien eingesetzt: Spänetests, die den Korrosionsschutz wassergemischter Bearbeitungsmedien messen, und Kammerprüfungen, die Schutzfilme und Beschichtungen messen.

Dass das Ergebnis nach IP 287 als „niedrigste Konzentration ohne Fleckenbildung“ ausgedrückt wird, ist in der Praxis von Bedeutung: Dieser Wert wird unmittelbar zur Festlegung der im Betrieb einzuhaltenden unteren Konzentrationsgrenze herangezogen. Von der Salzsprühnebelprüfung wird demgegenüber angenommen, dass sie die tatsächliche atmosphärische Lebensdauer nicht direkt vorhersagt, sondern dem Vergleich zwischen Produkten und dem Aufspüren von Ungleichmäßigkeiten dient.

6. Sauberkeit der Werkstücke und die Chloridfrage

Ein Schutzfilm liefert auf einer verschmutzten Oberfläche nicht die erwartete Leistung. Auf der Oberfläche verbliebener Spänestaub, Salzrückstand und oxidiertes Öl bilden unter dem Film Keime örtlicher Korrosion. Aus diesem Grund gilt ein Reinigungsschritt vor dem Auftragen des Schutzes als zwingend.

• Alkalireiniger. Es handelt sich um wasserbasierte Systeme mit Tensiden und Alkalisalzen. Öl- und Emulsionsrückstände werden wirksam entfernt. Da hoch alkalische Formulierungen bei amphoteren Metallen wie Aluminium und Zink zum Mattwerden der Oberfläche führen, werden für diese Metalle schwach alkalische oder neutrale Produkte bevorzugt.
• Lösemittel. Lösemittel trocknen schnell und hinterlassen kein Wasser. Demgegenüber erfordern sie aufgrund von Flammpunkt, Dampfkonzentration und Expositionsgrenzwerten Lüftung und persönliche Schutzausrüstung. Chlorierte Lösemittel werden sowohl aus Gründen des Gesundheitsschutzes als auch wegen der nachstehenden Chloridfrage zunehmend seltener eingesetzt. Die Expositionsgrenzwerte und die Anforderungen an die persönliche Schutzausrüstung richten sich nach den im Sicherheitsdatenblatt des eingesetzten Produkts angegebenen Werten.
• Erfordernis der Chloridfreiheit bei nichtrostendem Stahl. Austenitische nichtrostende Stähle sind anfällig für chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion (chloride stress corrosion cracking). Die Güten 304 und 316 sind gegenüber diesem Mechanismus ausgesprochen empfindlich; das Risiko steigt mit Temperatur, Chloridkonzentration, niedrigem pH-Wert und Zugspannung. Deshalb sind für Teile aus nichtrostendem Stahl chloridarme Reinigungs- und Schutzmittel zu wählen und die Teile nach der Reinigung mit entionisiertem Wasser zu spülen. Die weiteren Aspekte der Bearbeitung nichtrostender Stähle werden im Ratgeber zum Fräsen von ISO M behandelt.

7. Abfallwirtschaft bei gebrauchter Emulsion

Gebrauchter wassergemischter Kühlschmierstoff ist einer der volumenstärksten gefährlichen Abfälle, die im Betrieb anfallen. In der Türkei erfolgt die Einstufung nach der Abfallliste Anhang 4 der Atık Yönetimi Yönetmeliği (türkische Abfallverordnung). Abfälle aus der physikalischen und mechanischen Oberflächenbearbeitung von Metallen und Kunststoffen sind in der Gruppe 12 01 zusammengefasst; mit Sternchen versehene Schlüssel kennzeichnen gefährlichen Abfall.

Die endgültige Zuordnung des Schlüssels erfolgt nach den tatsächlichen Bestandteilen des Abfalls und seinem Halogengehalt; im Zweifelsfall ist auf das Analyseergebnis und die Stellungnahme der zuständigen Behörde abzustellen.

Trennverfahren

Der überwiegende Teil des Volumens gebrauchter Emulsion ist Wasser. Da die Entsorgungskosten proportional zum Volumen sind, senkt das Abtrennen der Wasserphase unmittelbar die Kosten. Drei Verfahren sind verbreitet:

• Ultrafiltration. Die Membran hält das emulgierte Öl und Bestandteile mit hoher Molmasse zurück; Wasser, gelöste Salze und kleine organische Moleküle treten als Permeat hindurch. Die Konzentratphase wird als gefährlicher Abfall abgegeben.
• Chemische Spaltung. Mit einem säure-, salz- oder polymerbasierten Spalter (Demulgator) wird die Emulsion destabilisiert; die Ölphase steigt an die Oberfläche und wird abgezogen. In der Regel wird das Verfahren als Vorbehandlung vor Ultrafiltration oder Verdampfung eingesetzt.
• Verdampfung. Im Vakuumverdampfer wird die Wasserphase bei niedriger Temperatur entfernt; zurück bleibt ein Konzentrat mit kleinem Volumen. Der Energieverbrauch ist hoch, dafür ist das Verfahren dasjenige mit der höchsten Volumenreduktion.

In der Literatur werden nach einer Spaltung als Vorbehandlung mit anschließender Ultrafiltration und Vakuumverdampfung erhebliche Verringerungen des chemischen Sauerstoffbedarfs berichtet. Das bedeutet nicht, dass die abgetrennte Wasserphase unmittelbar eingeleitet werden darf; für eine Einleitung sind die einschlägigen Anforderungen an Abwasserbehandlung und Genehmigung zu erfüllen.

Übergabe- und Aufzeichnungspflicht

Gefährlicher Abfall darf ausschließlich an Verwertungs- oder Beseitigungsanlagen übergeben werden, die vom türkischen Ministerium für Umwelt, Urbanisierung und Klimawandel zugelassen sind, und zwar über einen zugelassenen Transporteur. Der Transportvorgang wird über das im Rahmen des Entegre Çevre Bilgi Sistemi (EÇBS, integriertes Umweltinformationssystem) betriebene Mobil Tehlikeli Atık Takip Sistemi (MoTAT, mobiles Verfolgungssystem für gefährliche Abfälle) erfasst; die dem Ulusal Atık Taşıma Formu (UATF, nationaler Abfallbegleitschein) entsprechende Transportnummer wird über dieses System bezogen. Darüber hinaus hat der Abfallerzeuger seine jährliche Abfallerklärung über das System abzugeben und die Transportbelege für den in den Vorschriften vorgesehenen Zeitraum aufzubewahren. Die in der Praxis vor Ort geltenden Anforderungen sind die folgenden:

• Getrennte Sammlung des Abfalls an der Anfallstelle und keine Vermischung gefährlicher mit nicht gefährlichen Abfällen.
• Ausführung des Zwischenlagers mit flüssigkeitsdichtem Boden, Überdachung und Auffangvolumen.
• Kennzeichnung der Behälter mit Abfallschlüssel und Gefahrensymbolen.
• Zugänglichkeit der Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor Ort.

8. Rückgewinnung von Flüssigkeit aus öligen Spänen

Die aus der Maschine kommenden Späne tragen Flüssigkeit in einem erheblichen Anteil ihres Gewichts. Diese Flüssigkeit erzeugt drei Verluste zugleich: den Verlust der eingekauften Flüssigkeit, den Verkauf der Schrottspäne zu einem niedrigeren Preis und die Entsorgung des ölhaltigen Metallschlamms als gefährlicher Abfall. Eine Spänezentrifuge (chip wringer) trennt die Flüssigkeit ab, indem sie die Späne mit hoher Drehzahl schleudert. Die Hersteller der Anlagen geben an, dass sich je nach Anwendung der überwiegende Teil der auf den Spänen befindlichen Flüssigkeit zurückgewinnen lässt. Brikettierpressen wiederum trennen durch Verdichten der Späne die Flüssigkeit ab und bringen den Schrott zugleich in die Form von Briketts hoher Dichte.

Die unmittelbare Rückführung der zurückgewonnenen Flüssigkeit in das System ist nicht immer zweckmäßig. Da die Flüssigkeit feinen Metallstaub, Fremdöl und eine bakterielle Last mit sich führen kann, ist sie nach Filtration und, falls erforderlich, nach einer Korrektur der Konzentration zurückzuspeisen. Ansätze, die den Flüssigkeitsverbrauch an der Quelle verringern, werden im Ratgeber zu MMS und Trockenbearbeitung behandelt. Die Chemieprodukte von ATH Tools lassen sich in der Kategorie Chemie einsehen.

Quellen

• ISO 9227:2022 — Corrosion tests in artificial atmospheres — Salt spray tests. iso.org
• ISO 6270-2:2025 — Paints and varnishes — Determination of resistance to humidity — Part 2: Condensation (in-cabinet exposure with heated water reservoir).
• DIN 51360-1 / DIN 51360-2 — Testing of cooling lubricants; determination of corrosion preventing characteristics of cooling lubricants mixed with water (Part 1: Herbert corrosion test; Part 2: chip/filter paper method).
• ASTM D4627-22 — Standard Test Method for Iron Chip Corrosion for Water-Miscible Metalworking Fluids. astm.org
• Energy Institute, IP 287:2008 — Determination of rust prevention characteristics of water mix metalworking fluids — Cast iron drillings/filter paper method.
• T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı — Atık Yönetimi Yönetmeliği (RG 2.4.2015 / 29314), Ek-4 Atık Listesi. mevzuat.gov.tr
• HSE (UK) / UKLA — Good Practice Guide for Safe Handling and Disposal of Metalworking Fluids. ukla.org.uk
• Specialty Steel Industry of North America — Chloride Stress Corrosion Cracking. ssina.com