DD299074A5

DD299074A5 - Schmiermittel auf anorganischer basis zum pressen und ziehen

Info

Publication number: DD299074A5
Application number: DD31053187A
Authority: DD
Inventors: Karl Kutzsche; Gottfried Schreiter; Friedrich Schade; Joachim Klose; Peter Kurze; Klaus Radending; Waldemar Krysmann; Manfred Polster
Original assignee: Freiberger Ne-Metalle Gmbh,De; Tu Karl-Marx-Stadt,De
Priority date: 1987-12-16
Filing date: 1987-12-16
Publication date: 1992-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schmiermittel auf anorganischer Basis zum Pressen und Ziehen von Werkstoffen wie Aluminium, Titan, Tantal, Niob, Zirkon und deren Legierungen bei Temperaturen bis 923 K. Das Schmiermittel besteht aus arteigenen Oxiden, die in einem Mehrschichtaufbau bestehend aus stark kristalliner Sperrschicht, teilkristalliner Oxidschicht und grobporiger teilkristalliner Oxidmatrixschicht, angeordnet sind.{Schmiermittel; Pressen; Ziehen; Aluminium; Titan; Tantal; Niob; Zirkon; arteigene Oxide; Mehrschichtaufbau}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Schmiermittel auf anorganischer Basis zum Pressen und Ziehen von Werkstoffen wie Al, Ti, Ta, Nb, Zr und deren Legierungen bei Temperaturen bis 923K und ist in der metallverarbeitenden Industrie anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Viele Metalle, vor allem aber Titan, Niob und Tantal neirjen bei Umformprozessen z.B. dem Kaltfließpressen oder Drahtziehen sehr siark zu Verschweißungen mit dem Werkzeug oder sie lassen sich nur ungenügend oder mit hohem technischen Aufwand umformen.

Es sind daher eine Reihe von speziellen Trennschicht-Schmierstoffsystemen entwickelt worden, die die Kaltumformung dieser Metalle mit ökonomisch vertretbarem Aufwand erst ermöglichen. Hierzu zählen insbesondere Kombinationen von Schmierstoffträgerschichten wie Oxidschichten (DD 231923) Phosphatschichten oder Schichten auf Natriumfluoridbasis und Schmierstoffen wie kolloidaler Graphit in Wasser, Lacke, Molybdänsulfid, graphitierte Pflanzenöle, fluoridierte Kohlenwasserstoffe sowie Glimmer, Talkum, niedrig schmelzende Salze, Seifen oder Festschmierstoffe auf d 3r Basis von Fluortelomeren.

Diese Schmierstoffe sind entweder wenig festhaftend oder wenig stabil, so daß sie bei dem Umformprozeß zersetzt werden und teilweise toxische Stoffe entstehen. Weit verbreitet ist daher auch die Anwendung von Metallen als Schmiermittel, wobei neben Silber, Magnesium, Zink, Kadmium, Zinn oder Aluminium vor allem Kupfer eingesetzt wird.

Nicht immer sind aber diese Stoffe auf dem umzuformenden Halbzeug wünschenswert. Nach DE-OS 3210304 z.B. wird Titanhalbzeug vor dem Strang- bzw. Fließpressen mit einer Kupferschicht versehen, welche nach dem Umformprozeß elektrolytisch wieder entfernt werden muß.

Abgesehen von dem großen technischen Aufwand hat eine solche Vorgehensweise den Nachteil, daß auf diese Art und Weise keine Präzisionsteile ohne nachfolgende Oberflächenbearbeitung herstellbar sind. In zunehmendem Maße werden die relativ teuren Titan- und Vanadiummetalle in Bereichen eingesetzt, in denen die Oberflächenqualität des Werkstücks hinsichtlich Zusammensetzung, Topographie und Bearbeitung wesentlich seine Gebrauchseigenschaft bestimmt. So ist z. B. die Anwendung der meisten der genannten Schmierstoffe bei der Herstellung von Implantaten aus Titan oder Tantal wegen der Verschlechterung der Biokompatibilität von vornherein ausgeschlossen oder es müssen umständliche Reinigungs- und Kontrollmaßnahmen vorgenommen werden.

An Werkstücken aus Titan, Niob, Zirkon oder Tantal in der Reaktor-, oder Vakuumtechnik werden hinsichtlich Reinheit der Oberfläche ähnliche Forderungen wie an Implantate gestellt, die eine Verwendung der meisten Schmierhilfsstoffe nicht zulassen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, bei den Umformprozessen die Halbzeugoberflächanqualität zu verbessern, den Werkzeugverschleiß zu mindern und die Umformgeschwindigkeiten zu steigern und damit die Produktivität zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein während der Umformung stabiles Schmiermittel zum Pressen und Ziehen zu entwickeln, das ein Verschweißen des Werkzeugs mit dem Metall auch bei extremen Umformbedingungen verhindert und über gute Eigenschaften als Schmiermittel bzw. Schmiermittelträger, verfügt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schmiermittel einen Mehrschichtaufbau aus arteigenen Oxiden mit siner metallseitigen 70-300nm starken kristallinen Sperrschicht als Oxydationschute und einer darüberliegunden feinporigen teilkristallinen Oxidschicht von 0,5-1,5 pm Stärke, die als Trennmittel wirkt und die sich hinsichtlich Dicke, Kristallinitätsgrad und Porosität von der außenliegenden Oxidmatrixschicht; als Gleitmittelschicht von 4 bis 20μηη Stärke wesentlich unterscheidet, besitzt.

Diese äußere stark poröse teilkristalline Oxidmatrixschicht enthält mindestens 40% röntgenamorphe Oxide und die eingelagerten Phosphate in Form von Polyphosphaten sowie Borverbindungen, insbesondere Borate und/oder Bornitride in einer Konzentration von 1 bis 20%. Die röntgenamorphen und kristallinen Anteile sind in der Oxidmatrixschicht ebenso wie die Phosphate und Borate homogen verteilt. Die Bornitride dagegen sind in der äußeren Zone der Oxidmatrixschicht angereichert.

Zusätzlich können die äußeren Schichten noch konventioneller Schmiermittel, wie z. B. Öle, Wachse, fluorierte Kohlenwasserstoffe, aber auch Molybdänsulfid, Graphit > 5% aufnehmen. Es war nicht zu erwarten, daß diese zusätzlich aufgebrachten flüssigen und/oder festen konventionellen Schmiermitte' so fest gebunden sind, daß sie auch nach mehrmaligem Umformen auf den Werkstücken noch nachweisbar und homogen verteilt sind.

Ein Vorteil der Erfindung besteht somit auch darin, daß dieser signifikante Dreischichtaufbau durch die hohe Aktivität der äußeren Gleitschicht sowie durch die Adsorption und Chemisorption konventioneller Schmiermittel in einen hr chwirksamen Schmierstoffverbund übergeht, der so aufgebaut sein kann, daß sich ein geschlossener Schmiermittelfilm aus konventionellen Schmiermitteln aufbaut.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß dieser Schmierschichtverbund auf jeder beliebigen Oberfläche aufgebracht werden kann und daß auch ohne zusätzliche konventionelle Schmierstoffe ein größerer Trenn- und Gleiteffekt erzielt wird gegenüber einer natürlich gebildeten oder galvanisch verstärkten Oxidschicht auf dem Werkstoff.

Überraschenderweise wird durch den Mehrschichtaufbau des Schmiermittels eine Schmiermittelwirkung erzielt, die es gestattet, die Oberflächenqualität der umzuformenden Werkstoffe auch bei extremen Umformbedingungen wesentlich zu steigern.

Ausführungsbeisplele

Die Erfindung wird nachstehend an 2 Beispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Auf einem Aluminium-Bolzen von 320mm Länge und 80 mm Durchmesser wird in einem Elektrolyten, der 0,4 molar an Na (H₂PO₄), 0,1 molar an Na₂(HPO₄), 0,1 molar an Na₃PO₄,0,2 molar je an (NH₄I₂ HPO₄ und Na₂B₄O₇ ist sowie 0,1 molar an Ca(H₂PO₄J₂ und 0,01 % Marrelan und 5g/l Bornitrid enthält, bei einer Elektrolyttemperatur von 333 K mittels einer Impulsspannung mit Spannungsspitzen von 210V, bei einer Impulf frequenz von 100Hz, der Schmierschichtverbund, bestehend aus einer 210nm starken Oxydationsschutzschicht, 0,9pm starken porenarmen Trennschicht und 19pm starken Gleitschicht, hergestellt. Die Gleitschicht besteht aus ca. 35% röntgenamorphen Aluminiumoxiden. Neben ca. 25% Polyphosphaten, 5% Boraten und ~ 1 % Bornitrid, wenden noch 20% Y-AI₂O₃ und — 10% Ci-AI₂O₃ nachgewiesen. Das Porenvolumen der Gleitschicht beträgt ca. 26%. Dieser Schmierschichtverbund zeigt beim Pressen zum Rundprofil von 010mm bei 623K hervorragende Gleit- und Trenneigenschaften.

Beispiel 2

Auf einem Ti-Bolzen von 320 mm Länge und 80 mm Durchmesser wird entsprechend den Schichtbildungsparametern des Beispiel 1 der Schmierschichtverbund erzeugt, der durch eine 185nm starke Oxydationsschutzschicht, 0,6μπι starke Trennschicht und eine 14 μιη Gleitschicht charakterisiert ist. Neben ca. 20% röntgenamorphen Titanoxiden sind in der Schicht ca. 15% Polyphosphate, 4% Borate und ~ 1 % Bornitrid enthalten. Das Porenvolumen der Gleitschicht beträgt ca. 18%. Zur Ausbildung einer zusätzlichen Schmiermittelschicht wird der dreischichtbedeckte Bolzen bei 573K mit Bienenwachs behandelt. Der Bolzen wird danach auf 873K erwärmt und verpreßt. Die ausgezeichneten Gleit- und Trenneigenschaften der o.g. Schmiermittelschichten ergaben eine sehr gute Strangoberflächenqualität und geringen Walzenverschleiß.

Claims

1. Schmiermittel auf anorganischer Basis zum Pressen und Ziehen von Werkstoffen wie Al, Ti, Ta, Nb, Zr und deren Legierungen bei Temperaturen bis 923 K, gekennzeichnet dadurch, daß es einen Mehrschichtaufbau aus arteigenen Oxiden mit einer metallseitigen 70-300 nm starken kristallinen Sperrschicht und einer darüberliegenden feinporigen teilkristallinen Oxidschicht von 0,5-1,5Mm Stärke besitzt, wobei die Oxidmatrixschichi mindestens 40% röntgenamorphe Oxide und Phosphate in Form von Polyphosphaten mit einer Konzentration von 1 % bis 20% sowie Borate und/oder Bornitride in einer Konzentration von 1 bis 20% enthält.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oxidmatrixschicht zusätzlich flüssig oder feste Schmiermittel vorzugsweise Öle, Wachse und/oder Molybdänsulfid, Graphit von 5-20% enthält.

3. Schmiermittel nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß auf der Oxidmatrixschicht eine geschlossene Schmiermittelschicht vorhanden ist.