# Johdanto

Säilykepurkki on valmistettu teräksestä, joka on lähes puhdasta rautaa. Teräs on kestävää ja helposti muokattavaa. Sen lisäksi teräksestä valmistettu säilykepurkki on tiivis, jolloin säilykepurkin sisällä olosuhteet pysyvät muuttumattomina, mikä on tärkeää elintarvikkeen säilymisen kannalta. Säilykepurkkien materiaali on kallista, minkä vuoksi purkit olisi hyvä kierrättää. [tekniikan kemia s. 302]

Jarrulevy on valmistettu valuraudasta. Valurauta on rauta-hiiliseos. Sitä käytetään jarrulevyissä, koska se kestää hyvin kulutusta, sillä on hyvä lämmönjohtokyky sekä vaimennusominaisuus. Valurauta ei kestä iskuja, sillä se on melko haurasta materiaalia. [https://glocon.fi/tuote-osasto/metallit/rauta-ja-teras/valurauta/]

Tämän työn tavoitteena oli tutustua säilykepurkin ja auton jarrulevyn mikrorakenteeseen sekä purkin pinnoitepaksuuden mittaamiseen. Työssä oli tarkoitus oppia metallihieen valmistusta, mikroskooppitutkimusta ja pinnoitteiden paksuusmittausta. [työohjeesta]

# Työn suoritus

Työ suoritettiin seitsemän vaiheisen työohjeen mukaisesti noin neljän hengen ryhmissä. Ennen työn suorittamista oli huomioitava turvallisuusohjeet, koska työssä käytettiin syövyttävää ainetta metallin pinnan syövyttämiseksi.

työvaiheet:

1. Säilykepurkista sekä, viemäriputkesta irroitettiin pieni pala tutkittavaksi. Säilykepurkin näytepala Suoristettiin vasaralla ja taivutettiin sen vastakkaiset päät samaan suuntaan.

2. Näytteistä valmistettiin hienappi erillisen ohjeen mukaan, jotta näytteitä olisi helpompi käsitellä sekä tutkia. Molemmat näytteet laitettiin samaan hienappiin, jotta kaikkia vaiheta ei tarvitsisi toistaa kahteen kertaan. Hienappi valmisteettiin siihen tarkoitetulla laitteella.

3. Näytteiden pinnoilta poistettiin pinnoitteet käsihiomalaitteella, jotta mikroskooppitutkimuksessa nähtäisi metallien rakenne, eikä pinnotteiden. Näytteistä hiottiin pinnoitteet pois käyttämällä karkeuden 200. hiomapaperia. Hiomisessa käytettiin vettä, jotta pinta ei kuumenisi liikaa. Lopuksi vaihdettiin hienompi hiomapaperi (500), sekä käännettiin hiontasuuntaa 90 astetta, jotta saatiin aiemmat naarmut häviämään.

4. Hienappi viimeisteltiin käyttämällä automaattista kiillotuslaitetta. Laitteessa käytettiin ohjelmaa mild steel, joka soveltui kyseisen näytteen kiilloitukseen.

Kuvassa 1 hiottu näytenappi. Näytenapin oikeanpuoleinen metalli on näyte säilyketölkistä ja vasemmanpuoleinen metallinäyte on viemäriputkesta.


Kuva 1 Näytenappi

5. Näytteen hiottu pinta syövytettiin tuoreella 2-prosenttisella Nitalilla (2 % typpihappoa sekoitettuna alkoholiin). Syövyttämisessä oli käytettävä suojalaseja sekä hanskoja, jotta syövyttävää ainetta ei joudu iholle, eikä silmille. Näyte kastettiin happoon petrimaljassa, jossa sitä pidettiin noin 15 sekunttia. Näyte huuhdeltiin välittömästi syövytyksen jälkeen etanolilla ja puhallettiin kuivaksi hiustenkuivaajalla. Tämän jälkeen näyte oli valmis tutkittavaksi.

6.Näytteiden mikrorakenteita tutkittiin valomikroskoopilla. Tarkastelu aloitettiin pienimmällä suurennuksella, jonka jälkeen suurennusta kasvatettiin niin suureksi, että näytteiden rakenteet erottuivat selvästi. Näytteiden rakenteista otettiin kuvat mikroskooppiin liitetyllä kameralla, josta kuvat tallennettiin tietokoneelle.

7. Lopuksi mitattiin vielä säilykepurkin pinnoitteiden paksuus Elcometer -mittauslaitteella, jonka mittaus perustuu magneettivuohon. Pinnoitteet mitattiin sekä ulkoa että sisältä. Säilykepurkin ulkopinnan paksuudeksi saatiin 16,1 μm ja sisäpinnan 22,8 μm.

Magneettivuohon perustuva pinnoitteen paksuuden mittaus:
Metallien pinnoitten paksuus voidaan tarkistaa yksinkertaisella laitteella, jonka mittaus perustuu magneettivuohon. Ensin laite kalibroidaan käyttäen eri paksuisia näyteliuskia, jonka jälkeen voidaan alkaa mitata tutkittavaa näytettä. Laite havaitsee magneettivuon voimakuuden, jonka vuoksi se pystyy määrittelemään pinnoitteen paksuuden, koska pinnoite itsessään ei ole metallinen eikä siinä ole magneettivuota.

# Yhteenveto

Kun sileitä näytteiden metallipintoja tarkasteltiin valomikroskoopilla havaittiin niiden pintojen olevan rakenteltaan erilaisia. Molempien näytteiden pinnoissa oli selkeitä alueita, rakeita, mutta niiden koko ja koostumus erosivat toisistaan. Raemainen rakenne muodostuu sulan metallin jähmettyessä uudelleen kiinteäksi. Tarkasteltaessa yhtä raealuetta muodostavat metalliatomit yhtenäisen rakenteeltaan säännöllisen ja toistuvan kiderakenteen.[Metalli materiaalina s. 26] Tätä rakennehavaintoa ei voida todentaa valomikroskoopin tarkkuudella.

Kuten kuvasta 2 voidaan havainnoida valurautanäytteen rakenne on karkea.

Kuva 2. Viemäriputkesta otetun valurautanäytteen suurennos valomikroskoopilla.

Valurauta on metalliseos rautaa, hiiltä, piitä ja fosforia sekä muita seos- ja epäpuhtausaineita. Valurauta eroaa teräksestä hiilipitoisuudellaan, joka valuraudassa on yli 2%. Hiilipitoisuus valuraudassa on suurempi kuin mitä rauta pystyy liuottamaan mikä aiheuttaa valuraudan teräksen kaltaiseen perusmassaan hiilivaltaisia faaseja tai yhdisteitä. [ValuAtlas – Valimotekniikan perusteet s.1] Juuri korkean hiilipitoisuuden vuoksi valurauta on käsittelyominaisuuksiltaan hauraampaa kuin sitkeä teräs. Valurauta soveltuu myös moneen erillaiseen käyttötarkoitukseen koska se kestää erillaisia lämpötiloja eikä murru kovinkaan helposti.

Kuvassa 3 havainnoidaan säilyketölkin hienäytteen rakennekoostumusta valomikroskoopin suurennoksen avulla.
Kuva 3. Säilyketölkin rakenteen suurennos valomikroskoopilla, säilyketölkki terästä.

Säilyketölkin rakenne on hienojakoinen verrattuna valurautanäytteen rakenteeseen, lisäksi näytteiden perusteella voidaan havaita terästä olevan säilyketölkin sisältävän suhteessa enemmän metallia kuin valuraudan. Raerakenne teräsnäytteessä on tiiviimpää eikä niin irtonaita kuin valuraudassa. Tämä peilaa myös materiaalien erilaisiin käyttötarkoituksiin. Teräs on sitkeämpää, muokattavampaa kuin valurauta, eikä siitä myöskään liukene mitään aineita säilytettävään elintarvikkeeseen.

Lähteet:

Hänninen Hanna; Karppinen Maarit; Leskelä Markku & Pohjakallio Maija. 2019. Tekniikan kemia. 14.–15. uudistettu painos. Helsinki: Otavan Kirjapaino Oy

Valurauta. Verkkoaineisto. Glocon Oy. <https://glocon.fi/tuote-osasto/metallit/rauta-ja-teras/valurauta/>. Luettu 10.11.2020.

Kai Laitinen. Metallien mikrorakenne. Johdantoprojektin materiaalitekniikan laboratoriotyöohje.

Meskanen,Seija & Niini, Eero. ValuAtlas – Valimotekniikan perusteet. https://www.valuatlas.fi/(luettu:14.11.2020)

Loukomies, A, Lavonen, J, Juuti, K, Lampiselkä, J, Meisalo, V, Ampuja, A & Jansson, J 2009, Materiaalit ympärillämme: paperi, metalli ja muovi.www.plastics.fi (luettu 14.11.2020)