DE1106579B - Process for the fine machining of metal surfaces in the presence of acidic substances - Google Patents

Description

Verfahren zur Feinbearbeitung von Metalloberflächen in Gegenwart saurer Stoffe Bei der Feinbearbeitung metallischer Oberflächen bedient man sich der Arbeitsweisen des Schleifens, Honens, Feinziehschleifens, Schwabbelns, Läppens und Polierens. Alle diese Arbeitsvorgänge bestehen darin, daß durch harte Werkzeuge, einerlei ob diese aus einem festen Gefüge bestehen oder als lockere,. nicht zusammenhängende Teilchen wirken, die hervorstehenden Unebenheiten der Oberfläche des Werkstücks auf mechanischem Wege abgetragen werden. Diese Arbeitsweise bedingt, daß immer nur eine einzige Oberfläche bearbeitet werden kann und daß man z. B. bei der Feinbearbeitung von Zylinderwänden und Kolben von Motoren, Kompressoren und Pumpen sowohl den Kolben als auch den Zylinder nach diesen Arbeitsweisen bearbeiten muß.Process for finishing metal surfaces in the presence of acidic Fabrics When finishing metallic surfaces, one makes use of the working methods grinding, honing, fine grinding, buffing, lapping and polishing. All these operations consist in the fact that by hard tools, regardless of whether these consist of a solid structure or as loose. incoherent Particles act, the protruding bumps in the surface of the workpiece be removed mechanically. This way of working requires that only a single surface can be machined and that z. B. in fine machining of cylinder walls and pistons of engines, compressors and pumps as well as the pistons as well as the cylinder must be processed according to these working methods.

Es ist auch schon bekannt, daß man Metalloberflächen dadurch polieren kann, daß man sie in einer Elektrolytlösung als Anode schaltet, wobei vornehmlich die vorstehenden Unebenheiten abgelöst werden und auf diesem Wege eine Glättung erfolgt. Ferner ist es bekannt, beim Paßschleifen, insbesondere von Kurvenflächen, die vorgeschliffenen einzuschleifenden Teile in eine Phosphatierungslösung einzutauchen, die beizend und/oder schutzschichtbildend auf das betreffende Metall wirkt. Das Einschleifen erfolgt in wäßriger Lösung. Die geglätteten und eingelaufenen Teile müssen säurefrei gewaschen, gereinigt und getrocknet werden und können dann erst zusammengebaut werden. Auch bei diesen Verfahren kann immer nur ein einzelnes Werkstück, wie Kolben oder Zylinder, und nicht zugleich auch das dagegengleitende Werkstück bearbeitet werden.It is also already known that this can be used to polish metal surfaces can that they are switched in an electrolyte solution as an anode, with primarily the above bumps are removed and in this way a smoothing he follows. It is also known, when fitting grinding, in particular of curved surfaces, to immerse the pre-ground parts to be ground in a phosphating solution, which has a caustic and / or protective layer-forming effect on the metal in question. That Grinding takes place in an aqueous solution. The smoothed and run-in parts must be washed, cleaned and dried acid-free and can only then be assembled. In this process, too, only a single workpiece can be like piston or cylinder, and not at the same time the workpiece sliding against it to be edited.

Zum Polieren von Oberflächen von Hartmetallen und Überzügen harter Verbindungen. hat man auch schon ein durch Zerspanen gewonnenes Graphitpulver, gegebenenfalls suspendiert in einem Gleitmittel, angewendet.For polishing surfaces of hard metals and hard coatings Links. you also have a graphite powder obtained by machining, if necessary suspended in a lubricant.

Es wurde jetzt gefunden, daß man für die Feinbearbeitung der Oberflächen von Metallteilen, die gleitend gegeneinander bewegt werden, ein Arbeitsverfahren anwenden kann, das im Gegensatz zu der bisher bekannten Arbeitsweise des mechanischen Abtragens von hervorstehenden Rauhigkeiten in der plastischen Ausgleichung von Erhöhungen und Vertiefungen der Metalloberflächen unter Mitwirkung chemischer Hilfsstoffe besteht.It has now been found that one can fine-tune the surfaces of metal parts that are slid against each other, a working process can apply, in contrast to the previously known mode of operation of the mechanical Removal of protruding roughness in the plastic adjustment of elevations and depressions in the metal surfaces with the help of chemical additives.

Es ist bereits bekannt, daß man zur Schmierung aufeinandergleitender Metalloberflächen zur Verhütung des Fressens bei hohen Drücken Schmierstoffe verwenden kann, die durch chemische Bindungskräfte an der Metalloberfläche festgehalten werden. Hierbei bilden sich gerichtete Schichten der Schmierstoffmol.eküle, deren Dicke mindestens der Kettenlänge des Kohlenwasserstoffrestes der Schmierstoffmoleküle entspricht. Es können sich zahlreiche Schichten des polar gebauten Schmierstoffes übereinander lagern, die so eine auch bei hohen Drücken und Temperaturen beständige Schmierschicht bilden (vgl. hierzu M. Kühn, »Stahl und Eisen«, 72 [1952], Heft 20, S.1212 bis 1216).It is already known that one on top of each other for lubrication Use lubricants on metal surfaces to prevent seizure at high pressures that are held on the metal surface by chemical bonding forces. Directed layers of lubricant molecules, their thickness at least the chain length of the hydrocarbon residue of the lubricant molecules is equivalent to. There can be numerous layers of the polar lubricant store one on top of the other so that they are stable even at high pressures and temperatures Form a smear layer (cf. M. Kühn, »Stahl und Eisen«, 72 [1952], issue 20, Pages 1212 to 1216).

Zweckmäßigerweise benutzt man hierbei organische Stoffe, die aus einer Kohlenwasserstoffkette von etwa 8 bis 30 Kohlenstoffatomen bestehen und eine polare Gruppe enthalten, worunter eine Hydroxyl-, Sulfhydryl-, Carboxyl-, Sulfonamino-, Sulfonsäure, Phosphonsäure- oder Arsonsäuregruppe zu verstehen ist. Die sauren Eigenschaften solcher Stoffe können durch Zusatz basischer Stoffe abgestuft werden.It is advisable to use organic substances that come from a Hydrocarbon chains consist of about 8 to 30 carbon atoms and a polar one Group, including a hydroxyl, sulfhydryl, carboxyl, sulfonamino, Sulfonic acid, phosphonic acid or arsonic acid group is to be understood. The acidic properties such substances can be graded by adding basic substances.

Bei außergewöhnlich hoben Drücken kann eine Verformung der Metalloberfläche erfolgen, bei der das Metall dem Druck der Schmierstoffschicht ausweicht. Die Bindung des Metalls an den polaren organischen Stoff ist also stärker als die Bindung der Metallatome untereinander im Kristallgitter.In the case of exceptionally high pressures, deformation of the metal surface can occur in which the metal evades the pressure of the lubricant layer. The connection of the metal to the polar organic matter is therefore stronger than the bond of the Metal atoms among each other in the crystal lattice.

Es wurde jetzt gefunden., daß diese plastische Verformung bei aufeinandergleitenden Metallflächen besonders leicht eintritt, wenn man metallhaftende Schmierstoffe mit möglichst stark sauren Eigenschaften anwendet, die sonst als Schmierstoffe wegen ihrer möglichen Korrosionswirkung nicht besonders geeignet sind. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß man gerade von dieser korrodierenden Wirkung zur Verformung der Oberfläche Gebrauch machen kann, indem man Schmierstoffe mit ausgesprochenen Säureeigenschaften ohne Zusatz basischer Bestandteile verwendet, wobei man aber zweckmäßigerweise solche Stoffe zusetzt, die als Sparbeizmittel gebräuchlich sind. Die dabei durch chemische Bindungskräfte losgelösten und wieder in die Vertiefungen eingepreßten "Teilchen sind von einer viel kleineren Größenordnung als die durch eine mechanische Bearbeitung abgelösten Teilchen. Es wird also eine chemische Polierung der beiden aufeinandergleitenden Metalloberflächen durch den sauren Schmierstoff bewirkt.It has now been found that this plastic deformation when sliding on each other Metal surfaces occur particularly easily when using metal-adhering lubricants as strongly acidic properties as possible, which would otherwise be used as lubricants their possible corrosive effect are not particularly suitable. It was surprising found that it is precisely this corrosive effect that causes deformation of the surface Use can be made by using lubricants with pronounced acidic properties used without the addition of basic constituents, but these are expediently used Adds substances that are commonly used as a saving dressing agent. The chemical Binding forces released and pressed back into the depressions "particles are of a much smaller order of magnitude than that by a mechanical Machining detached particles. So it's going to be a chemical polishing of the two metal surfaces sliding on each other caused by the acidic lubricant.

Es wurde gefunden, daß man für diesen Zweck sowohl Carbonsäuren mit einer Kettenlänge von etwa 8 bis 30 C-Atomen als auch Dicarbonsäuren und Sulfonaminosäuren dieser Kettenlänge verwenden kann. Als besonders geeignet erwiesen sich organische Phosphonsäuren, die einen Alkylrest dieser Kettenlänge enthalten, und auch saure Ester der Phosphorsäure, die eine Alkoxygruppe oder Alkylphenoxygruppe dieser Kettenlänge enthalten, sowie die entsprechenden Thiophosphonsäuren und Arsonsäuren. Man kann auch Verbindungen mit freien Phosphonsäure- und Arson-Säuregruppen verwenden, bei denen die Phosphonsäure- bzw. Arsonsäuregruppe in organischer Bindung vorliegt, d. h., daß das Phosphor- bzw. Arsenatom unmittelbar an einem C-Atom der Kette gebunden ist, die Kohlenstoffkette selbst aber durch andere Atome oder Atomgruppen unterbrochen ist. Es können z. B. Ester der Phosphono- bzw. Arsenoessi:gsäure mit Fettalkoholen oder Amiden dieser Säuren verwendet werden. Die Phosphonsäuren bzw. ihre Derivate wirken lösend auf vorstehende Spitzen, die unter Bildung der Metallphosphonate abgetragen werden. Diese i%letallphosphonate sind aber ebenso wie die freien Phosphonsäuren bzw. Arsonsäuren zugleich Schmierstoffe. Durch ihre sauren Haftgruppen bilden sie eine festhaftende Grenzschicht auf der durch Abtragung der Spitzen geglätteten Metalloberfläche und füllen zugleich die noch verbliebenen Vertiefungen aus. Sie bilden eine plastische Grenzschicht auf der geglätteten Metalloberfläche. Eine solche Schicht kann sich bei Verwendung der bekannten Phosphatierungslösungen niemals bilden. Bei der Verwendung von Sulfonsäuren ist ein Zusatz basischer Stoffe zur Abstumpfung der stark sauren Reaktion zweckmäßig. Unter den Druck-und Temperaturbedingungen der Teilschmierung, bei der Berührung der vorstehenden Spitzen der gleitenden Metallflächen eintritt, erfolgt je nach der Basizität des Zusatzmittels eine mehr oder weniger weitgehende Dissoziation, die den gesteuerten Angriff der Sulfonsäuren ermöglicht. Schließlich sind für diesen Zweck auch die Phosphonsäuren hochmolekularer, durch Polymerisation gebildeter Verbindungen geeignet und organische Verbindungen von Tonmineralien, welche saure, zur chemischen Bindung an Metalle befähigte Gruppen enthalten.It has been found that you can use both carboxylic acids for this purpose a chain length of about 8 to 30 carbon atoms as well as dicarboxylic acids and sulfonic amino acids this chain length can use. Organic ones have proven to be particularly suitable Phosphonic acids that contain an alkyl radical of this chain length, and also acidic Phosphoric acid esters containing an alkoxy group or alkylphenoxy group of this chain length contain, as well as the corresponding thiophosphonic acids and arsonic acids. One can also use compounds with free phosphonic acid and arsonic acid groups where the phosphonic acid or arsonic acid group is in organic bond, d. This means that the phosphorus or arsenic atom is bound directly to a carbon atom in the chain is, but the carbon chain itself is interrupted by other atoms or groups of atoms is. It can e.g. B. Esters of phosphono or arseno acetic acid with fatty alcohols or amides of these acids can be used. The phosphonic acids or their derivatives have a loosening effect on protruding tips, which are removed with the formation of metal phosphonates will. However, these 1% letallphosphonate are just like the free phosphonic acids or arsonic acids at the same time lubricants. Through their acidic groups they form a firmly adhering boundary layer on the metal surface, which has been smoothed by removing the tips and at the same time fill in the remaining indentations. They form a plastic Boundary layer on the smoothed metal surface. Such a layer can become never form when using the known phosphating solutions. When using of sulfonic acids is an addition of basic substances to blunt the strongly acidic ones Reaction appropriate. Under the pressure and temperature conditions of partial lubrication, occurs when the protruding tips of the sliding metal surfaces come into contact, depending on the basicity of the additive, a more or less extensive one takes place Dissociation, which enables the controlled attack of the sulfonic acids. In the end For this purpose, the phosphonic acids are also of higher molecular weight, through polymerization formed compounds and organic compounds of clay minerals, which contain acidic groups capable of chemical bonding to metals.

Es ist nicht notwendig, die metallhaftenden Schmierstoffe in reinem Zustand zu verwenden, sondern sie können mit gewöhnlichen unpolaren, aus Kohlenwasserstoffen bestehenden Schmierölen verdünnt werden. Hierbei hat sich gezeigt, daß solche Schmierstoffe mit metallhaftenden Endgruppen, die außerdem noch eine Ketogruppe enthalten, eine erhöhte Löslichkeit und Lösungsfähigkeit besitzen.It is not necessary to keep the metal-adhesive lubricants in pure State to use, but they can be used with ordinary non-polar, made from hydrocarbons existing lubricating oils can be diluted. It has been shown that such lubricants with metal-adhering end groups which also contain a keto group, a have increased solubility and solubility.

Es wurde ferner gefunden, daß man die vorstehend gekennzeichneten metallhaftenden Schmierstoffe auch mit Vorteil bei der spanabhebenden Bearbeitung von Metallen verwenden kann. Es ist zwar schon bekannt, wäßrige Emulsionen als Hilfsmittel beim Bohren und Fräsen zu verwenden, bei denen die Natriumsalze von Paraffinsulfonamiden der Aminoessigsäure als Emulgatoren verwandt werden. Es wurde jetzt gefunden, daß man hierbei auch die Lösungen der sauren organischen Verbindungen oder ihrer Salze mit organischen Basen verwenden kann, wenn man durch Verdünnen mit polaren Lösungsmitteln die Viskosität dieser Lösungen so weit erniedrigt, daß diese dem Vordringen des spanabhebenden Werkzeuges in den Spalt schnell genug folgen können. Solche Lösungsmittel, welche die Viskosität der Schmierstofflösungen erniedrigen und ihr kapillaraktive Eigenschaften verleihen, liegen in den aliphatischen Alkoholen, Ketonen, Nitrilen und Nitroverbindungen und in solchen Verbindungen vor, die gleichzeitig zwei solcher polarer Gruppen als Substituenten enthalten. Es wurde gefunden, daß man die in diesen Lösungsmitteln gelösten sauren Schmierstoffe als solche oder als Salze mit organischen Basen sowohl mit .Ölen verschiedenster Viskosität als auch mit Wasser verdünnen oder auch durch Verdünnen mit Wasser und 01 in Emulsionsform als Gleit- und Kühlmittel bei allen spanabhebenden Arbeitsvorgängen einschließlich der Schleifverfahren und der gebräuchlichen Polierverfahren verwenden kann.It has also been found that the metal-adhering lubricants identified above can also be used with advantage in the machining of metals. It is already known to use aqueous emulsions as an aid in drilling and milling, in which the sodium salts of paraffin sulfonamides of aminoacetic acid are used as emulsifiers. It has now been found that the solutions of the acidic organic compounds or their salts with organic bases can also be used if the viscosity of these solutions is reduced by dilution with polar solvents to such an extent that they allow the cutting tool to advance into the gap quickly enough to be able to follow. Such solvents, which lower the viscosity of the lubricant solutions and give them capillary-active properties, are present in the aliphatic alcohols, ketones, nitriles and nitro compounds and in compounds which contain two such polar groups as substituents at the same time. It has been found that the acidic lubricants dissolved in these solvents, as such or as salts with organic bases, can be diluted with oils of various viscosities as well as with water or by dilution with water and oil in emulsion form as lubricants and coolants in all machining Operations including the grinding process and the common polishing process.

'-Man kann schließlich auch die metallhaftenden Zusätze bei pastenförmigen Schleifmitteln anwenden, die mit Vorteil beim Einschleifen von Ventilen und zum Polieren ebener Platten verwendet werden. Hierfür eignen sich besonders die bereits erwähnten organischen Verbindungen von Tonmineralien mit sauren Gruppen und die sauren Verbindungen hochmolekularer organischer Stoffe.Finally, you can also use the metal-sticking additives in pasty Use abrasives that are advantageous when grinding in valves and for Polishing flat plates can be used. The ones already are particularly suitable for this mentioned organic compounds of clay minerals with acidic groups and the acidic compounds of high molecular weight organic substances.

Beispiel Kolben und Zylinder einer Einspritzpumpe eines Dieselmotors werden nach der abgeschlossenen Verarbeitung auf der Drehbank zusammengebaut. Die Feinbearbeitung erfolgt anschließend durch Einlaufenlassen unter Schmierung mit einem Gemisch von 10TeilenAlkylphosphonsäuren (Alkyl=Kohlenwasserstoffreste einer Kettenlänge von Clo bis C"), 10 Teilen Nachlauffettsäuren einer Kettenlänge von 16 bis 25 Kohlenstoffatomen und 80 Teilen eines niedrigviskosen Maschinenöles. Die fertigmontierte Einspritzpumpe wird unter Schmierung mit diesem Gemisch anfangs, langsam, im weiteren Verlauf der Bearbeitung mit der späteren Betriebsgeschwindigkeit bewegt. Der Fortschritt der Glättung der gleitenden Flächen kann dabei durch die Messung der Abnahme der Reibung verfolgt werden. Nach dem Abschluß der Feinbearbeitung wird das metallhaftende Schmiermittel abgespült. Die Pumpe ist danach betriebsfertig.Example piston and cylinder of an injection pump of a diesel engine are assembled on the lathe after processing is completed. the Fine machining is then carried out by running in with lubrication a mixture of 10 parts of alkyl phosphonic acids (alkyl = hydrocarbon radicals of one Chain length from Clo to C "), 10 parts of tail fatty acids with a chain length of 16 to 25 carbon atoms and 80 parts of a low viscosity machine oil. the The fully assembled injection pump is initially lubricated with this mixture, slowly, in the further course of the processing with the later operating speed emotional. The progress of the smoothing of the sliding surfaces can be determined by the Measure the decrease in friction. After finishing the finishing the metal-adhering lubricant is rinsed off. The pump is then ready for operation.

In entsprechender Weise können Zylinder und Kolben von Kompressoren und Verbrennungsmotoren bearbeitet werden. An Stelle der Alkylphosphonsäuren können auch Phosphonostearinsäure, Arsenostearinsäure sowie die Fettalkoholester der Phosphono- und/ oder Arsenoessigsäure verwendet werden.The cylinders and pistons of compressors can be used in a corresponding manner and internal combustion engines. Instead of the alkylphosphonic acids can also phosphonostearic acid, arsenostearic acid and the fatty alcohol esters of the phosphono and / or arsenoacetic acid can be used.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Feinbearbeitung von Metalloberflächen bei gleitender Bewegung derselben gegeneinander in Gegenwart saurer Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß als saure Stoffe metallhaftende saure Schmierstoffe oder solche Gemische, die zur chemischen Bindung an das Metall befähigte, saure Gruppen, insbesondere Phosphonsäure- und/oder Arsonsäuregruppen und zugleich eine Alkylgruppe mit mehr als 8 Kohlenstoffatomen und in dieser Kohlenstoffkette gegebenenfalls eine Ketogruppe enthalten, wobei die Kohlenstoffkette auch noch durch andere Atome oder Atomgruppen, wie z. B. Ester- oder Säureamidgruppen, unterbrochen sein kann, verwendet werden. PATENT CLAIMS: 1. A method for the fine machining of metal surfaces with sliding movement of the same against each other in the presence of acidic substances, characterized in that acidic lubricants or mixtures that are capable of chemical bonding to the metal, acidic groups, in particular phosphonic acid and / or arsonic acid groups and at the same time an alkyl group with more than 8 carbon atoms and optionally contain a keto group in this carbon chain, the carbon chain also being replaced by other atoms or atomic groups, such as. B. ester or acid amide groups, can be interrupted, can be used. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallhaftende Schmierstoffe saure Gruppen enthaltende hochpolymere Stoffe und saure Gruppen enthaltende organische Verbindungen von Tonmineralien verwendet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the metal-adhering lubricants High polymer substances containing acidic groups and acidic groups containing organic compounds of clay minerals can be used. 3. Verfahren nach Anspruch l und 2, dadurch gekennzeichnet, daB als Sparbeizmittel wirksame organische Stoffe zugesetzt werden. 3. Procedure according to claim 1 and 2, characterized in that organic dressings which are effective as economy dressings Substances are added. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daB die sauren Eigenschaften der metallhaftenden Schmierstoffe durch Zusatz organischer basischer Stoffe stufenweise gesteuert werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 899 600, 906 881; deutsche Auslegeschrift Nr. 1004 960.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that that the acidic properties of the metal-adhering lubricants by adding organic ones basic substances are gradually controlled. Considered publications: German Patent Nos. 899 600, 906 881; German interpretative document No. 1004 960.