DE2850244A1 - Additiv fuer die metallbearbeitung - Google Patents
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Description
HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT HOE 78/H 031
Additiv für die Metallbearbeitung
Die Erfindung betrifft ein für die Metallbearbeitung geeignetes
Additiv in Schmier- und Kühlmitteln auf Phosphatbasis. Das erfindungsgemäße Additiv eignet sich besonders
für Metallbearbeitungsverfahren, bei denen extrem hohe Drücke und Temperaturen auftreten, wie z.B. Fräsen, Extrudieren
oder Zieh- und Walzvorgänge im kalten oder heißen Zustand.
Es ist bekannt, zur Verschleißverminderung und Produktionserhöhung
Schmier- und Kühlmittel zu verwenden, die den Reibungswiderstand zwischen dem Werkstück und Werkzeug
verkleinern. Diese Schmier- und Kühlmittel bestehen im allgemeinen aus Schmierölen, denen verschleiß- und korrosionshemmende
Additive zugesetzt sind.
So wird in der DE-OS 16 44 875 ein wäßriges Kühlmittel
vorgeschlagen , welchem 0,1 - 20 Gew% eines Polyoxialky-
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lenglykolpolyesters einer dimeren Fettsäure zugesetzt werden.
Es hat sich herausgestellt, daß der organische Bestandteil durch die punktuell auftretende große Hitzeentwicklung
an dem Werkzeug oxidiert und/oder verdampft und den Aufbau einer Gleitschicht verhindert.
In der DE-OS 16 A4 9o8 werden Schmierstoffe mit einem Gehalt an Eisen- und/oder Zinkpyrophosphat beschrieben.
In der DE-OS 2o 48 537 wird ein Hochtemperaturschmierstoff auf der Grundlage eines Binders und eines Lösungsmittels
vorgeschlagen, dem Salze der Ortho- und/oder Polyphosphorsäure
mit Natrium und/oder Kalium und/oder Zink und/oder Aluminium und/oder Bor zugemisclut sind.
Gemäß der AT-PS 278 223 wird ein Schmier- und Kühlmittel hergestellt durch Zusatz von Ortho-oder kondensierten Phosphaten
von Alkalimetallen und Metalloxiden. .
Anorganische und organische Phosphorverbindungen als Additive in Schmierölen oder Wasser gehören somit zum Stand
der Technik. Bei der Verwendung von Ortho- bzw. Polyphosphorsäure als Additiv in Schmierölen, aber auch insbesondere
in Wasser, treten starke Korrosionen ein, die durch eine Neutralisation mit Alkalihydroxid oder Aminen reduziert
werden können. Bei der Neutralisation der freien Säuren muß eine Reduzierung der Schmierung in Kauf genommen
werden und es kann durch die zugesetzten Basen zu einer unerwünschten Eindickung kommen, wodurch die Kühlwirkung
erheblich reduziert wird.
Durch die Zugabe von Phosphorsäureestern ist die Herstellung von neutralen, homogenen Schmier- und Kühlmitteln
möglich. Aus Erfahrung weiß man, daß ein Zusammenhang besteht zwischen der Schmierwirkung und dem Phosphorgehalt
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des Schmier- und Kühlmittels. Je höher der Phosphorgehalt ist, desto bessere Ergebnisse werden mit dem Schmier- und
Kühlmittel erzielt. Beim Zusatz von Phosphorsäureestern
ist der Phosphorgehalt im Schmier- und Kühlmittel begrenzt, da die verwendbaren Phosphorsäureester im P-Gehalt
höchstens 13,4 Gew% betragen können, vgl. DE-OS 21 45 296.
Es hat sich gezeigt, daß die bisher vorgeschlagenen Schmier- und Kühlmittel verbesserungsbedürftig sind. Einerseits weisen
die bisherigen Schmiermittel nur eine unzureichende Kühlwirkung bei dem Werkzeug auf, andererseits müssen die
auf dem Werkstück aufgesinterten Metalloxid-Phosphat-Gläser
in einer nachfolgenden Ätzstufe durch eine Säurebehandlung
entfernt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Additiv für die Metallbearbeitung zu schaffen, welches auf der Grundlage
von Schmierölen oder Wasser verbesserte Hochdruckeigenschaften und verschleißhemmende Eigenschaften auf-
20 weist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Schmier- und Kühlmittel als Additiv ein langkettiges
Ammoniumpolyphosphat zugesetzt wird.
Als Ammoniumpolyphosphat wird ein solches der allgemeinen Formel
Il
RO-P I
0 R
0 - P I
0 R
Il 0 - P - OR
0 R
verwendet, in der η einer ganzen Zahl von 50 bis 1000,
insbesondere von 300 bis 800, entspricht und R eine Ammoniumgruppe bedeutet.
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Bei dem Ammoniumpolyphosphat können bis zu 20 %, insbesondere
bis zu 5 %, der Ammoniumgruppen durch Wasserstoff ersetzt sein.
Als Additiv kann das Ammoniumpolyphosphat in Schmierölen oder Wasser in Form einer Flüssigkeit, Suspension oder
Paste angewendet werden.
Das Ammoniumpolyphosphat wird dem Schmier- und Kühlmittel in einer Menge von 0,1 bis 30, vorzugsweise von 2 bis 10,
% zugesetzt.
Das Ammoniumpolyphosphat kann als Additiv verwendet werden in Kombination mit grenzflächenaktiven Stoffen und/
oder Antischaummittel und/oder Farbstoffen und/oder Rostinhibitoren
und/oder Phosphatestern.
Als Schmierölgrundlage können mineralische Schmieröle, wie paraffinbasische oder naphtenbasische Destillatöle mit einer
Viskosität zwischen z.B. 6 und 6OcSt bei 600C und/oder synthetische Schmieröle, wie Polyolefine und/oder Esteröle
und/oder Polyoxialkylene, verwendet werden.
Als grenzflächenaktive Stoffe haben sich insbesondere nicht-"ionische
Detergentien, wie Polyoxiäthylenstearat oder PoIyoxiäthylenmonobutyläther
in Mengen zwischen 1 bis 20 Gew% des Schmier- und Kühlmittels bewährt.
Als Antischaummittel können dem Schmier- und Kühlmittel Siloxane zugesetzt werden, z.B. Polymethylsiloxan in einer
Menge von 5-25 ppm.
Als Rostinhibitor können z.B. Benzotriazol oder Äthylbernsteinsäure
in Mengen von etwa 200 ppm zugemischt werden.
030022/033*
Durch den Zusatz von Phosphatestern, z.B. Ammoniumsalz des Gemisches der Mono- und Dioleylphosphorsäure oder der Di-npropyldithi©phosphorsäure
oder Trikresylphosphat in Mengen von 0,01 bis 10 Gev% des Schmier- und Kühlmittels, kann
die Wirkung von Ammoniumpolyphosphat auf Basis von Schmierölen synergistisch verbessert werden.
Es hat sich gezeigt, daß bei der Heißbearbeitung von Metallen
ein Ammoniumpolyphosphat mit einer mittleren Kettenlänge von η = 500 bis 1000, insbesondere von η = 600 bis
800, eingesetzt werden kann, wie es z.B. hergestellt wird gemäß der DE-PS 23 3o
Pur die Kaltbearbeitung von Metallen, wo speziell großer
Wert auf eine gute Kühlung des Werkzeuges und Werkstückes gelegt wird, eignet sich als Additiv besonders ein Ammoniumpolyphosphat
mit einer mittleren Kettenlänge von η = 50 bis 400, insbesondere von η = 300 - 400, wie es z.B.
hergestellt wird gemäß der DE-PS 17 67 2o5.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Eigenschaften
des Ammoniumpolyphosphats als Additiv in Schmier- und Kühlmitteln. Die Erfindung ist nicht auf diese Beispiele
beschränkt, das gilt insbesondere der Zumischung weiterer, das Schmier- und Kühlmittel verbessernder Zusätze.
Die Prüfung der Schmier- und Kühlmittel erfolgte gemäß der DIN 51 350 im Shell-Vierkugel-Apparat sowie mit der Reibverschleißwaage
nach Reichert.
2,5 Gewichtsteile Ammoniumpolyphosphat wurden in 97»5 Gewichtsteilen
Wasser aufgeschlämmt. Ammoniumpolyphosphat
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wurde gemäß DE-PS 17 67 2o5 bei 330 - 34O0C getempert und
hatte eine mittlere Kettenlänge von η = 300 - 400 und eine Körnung von <63/U.
Das Testergebnis auf der Reibverschleißwaage ist in Tabelle 1 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 1 a
3,0 Gewichtsteile Phosphatester eines Handelsproduktes auf
Basis von Phenol mit 6 Äthylenoxid-Einheiten wurden mit
97,0 Gewichtsteilen Wasser gemischt.
Das Testergebnis auf der Reibschleißwaage ist in Tabelle 1 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 1 b
Die Schmierwirkung von reinem Wasser wurde bestimmt.
Das Testergebnis auf der Reibverschleißwaage ist in der
Tabelle 1 aufgeführt.
Das Testergebnis auf der Reibverschleißwaage ist in der
Tabelle 1 aufgeführt.
Nr. | Additiv (Gew%) |
S chmi ergrund- lage |
Geräusch meter (m) |
Flächen druck (bar) |
1. | 2,5 Ammoniumpoly phosphat |
Wasser | 3 | 577 |
1 a | 3,0 Phosphatester | Wasser | 25 | 161 |
1 b | - - | Wasser | 100 | 72 |
030022/0334
28502U
5 Gewichtsteile Ammoniumpolyphosphat wurden in 95 Gewichtsteilen naphtenbasischem Öl (Coray 90 ^ , Fa. Esso AG) suspendiert.
Ammoniumpolyphosphat wurde gemäß DE-PS 17 67 2o5 hergestellt und hatte eine Kettenlänge von η = 300 - 400
und eine Korngröße von ^63 /u.
Das Testergebnis mit dem Shell-Vierkugel-Apparat ist in Tabelle 2 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 2 a
Die Schmierwirkung von reinem naphtenbasischen Öl (Coray 90 'R') wurde bestimmt.
Das Testergebnis mit dem Shell-Vierkugel-Apparat ist in Tabelle 2 aufgeführt.
2,5 Gewichtsteile Ammoniumpolyphosphat(gemäß Beispiel 2)
und 2,5 Gewichtsteile Phosphatester auf Basis von Oleylalkohol
mit 5 Äthylenoxid-Einheiten wurden in 95 Gewichtsteilen naphtenbasischem öl (Coray 90 'R') gelöst.
Vergleichsbeispiel 3 a
5 Gewichtsteile Phosphatester auf Basis von Oleylalkohol mit 5 Äthylenoxid-Einheiten wurden in 95 Gewichtsteilen
naphtenbasischem Öl (Coray 90 ^ ') gelöst. Das Testergebnis mit dem Shell-Vierkugel-Apparat ist in
Tabelle 2 aufgeführt.
030022/0334
28502U
1o
Nr. | Additiv (Gew#) |
Schmi ergrund- lage |
Gut kraft (N) |
Schweiß kraft (N) |
2 | 5 Ammoniumpoly phosphat |
Coray 90 ^R^ | 2200 | 2400 |
2 a | - | (R) Coray 90 |
1400 | 1500 |
3 | 2,5 Ammoniumpoly phosphat 2,5 Phosphatester |
Coray 90 ^ | 3200 | 3400 |
3 a | 5 Phosphatester | Coray 90 ^R^ | 1600 | 1800 |
In der beigefügten Zeichnung sind die Tiefziehversuchsergebnisse nach Erichsen dargestellt. Durch den Zusatz von
Ammoniumpolyphosphat tritt eine deutliche Zunahme des Ziehweges ein. Mit einer Suspension von 30 Gewichtsteilen Am-
moniumpolyphosphat (Exolit 263 'R', Fa. Hoechst AG) in 70
Gewichtsteilen naphtenbasisehern öl (Coray 90 ^ ') erhält
man bei einem Ziehverhältnis von 2,27 (Rondendurchmesser
75 mm; Ziehstempel 33 mm 0) einen Näpfchenzug ohne Abriß. Nur mit Coray 90 ^ ' kommt es bei einem Ziehverhältnis
von 2,27 bereits zum Abriß bei einer Ziehung von 18,4 mm.
030Ö22/0334
10 Gewiphtsteile Ainmoniumpolyphosphat (Exolit 263 ,
Fa. Hoechst AG) werden unter starkem Rühren in 80 Gewichtsteilen naphtenbasischem Öl (Coray 90 ^O suspendiert und
auf 1000C erwärmt. In diese erwärmte Suspension werden
Gewichtsteile eines Oxialkohols (Genapol - X - 050 ^ ',
Fa. Hoechst AG) und 5 Gewichtsteile eines Oxiparaffins
(Wachs OP., Fa. Hoechst AG) eingerührt. Nach Abkühlung erhält man ein Schmierfett. Das Testergebnis mit der Reibverschleißwaage
ergab einen Flächendruck von 3,266 bar bei 0 Geräuschmeter. Die Messung wurde im flüssigen Zustand
der Paste bei 65°C durchgeführt.
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Claims (6)
1. Additiv in Schmier- und Kühlmitteln für die Metallbearbeitung
auf Phosphatbasis, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatbasis ein langkettiges Ammoniumpolyphosphat
ist.
2. Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Ammoniumpolyphosphat der chemischen Formel
I!
RO-P I
0 R
0 -
0 - P - OR I ο
η R
verwendet wird, in der η einer ganzen Zahl von 50 bis 1000, insbesondere von 300 bis 800, entspricht und R
eine Ammoniumgruppe bedeutet.
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ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
3. Additiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Ammoniumpolyphosphat bis zu 20 %, insbesondere
bis zu 5 % der Ammoniumgruppen durch Wasserstoff ersetzt
sind.
4. Additiv nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet,
daß es in Schmierölen oder Wasser in Form einer Flüssigkeit, Suspension oder Paste angewendet wird.
5. Additiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es dem Schmier- und Kühlmittel in einer Menge von 0,1 bis
30 Gew%, vorzugsweise von 2 bis 10 Ge\t%, zugesetzt
wird.
6. Additiv nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,
daß es in Kombination mit grenzflächenaktiven Stoffen und/oder Antischaummitteln und/oder
Farbstoffen und/oder Rostinhibitoren und/oder Phosphatestern angewendet wird.
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