DE102013102897A1

DE102013102897A1 - Zusammensetzung für den Schutz vor Zunder und als Schmiermittel für die Heißverarbeitung von Metallen

Info

Publication number: DE102013102897A1
Application number: DE102013102897.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Masurat; Steffen Bugner; Bernd Schneider; Andrej Weber; Nicole Patzig
Original assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Current assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-25
Also published as: AR095489A1; ES2590216T3; US10995297B2; CN105324470B; US20160215232A1; JP2016519701A; MX2015013371A; KR20150138850A; EP2976412A1; SA515360884B1; EA201500964A1; KR101652660B1; PL2976412T3; HUE029378T2; EP2976412B1; WO2014146927A1; CA2904500C; EA030719B1; BR112015019739A2; CN105324470A

Abstract

Zusammensetzung für den Schutz vor Zunder und als Schmiermittel für die Heißverarbeitung von Metallen, bestehend aus einem Gemisch von feinpulverigen Materialien, wobei das Gemisch wenigstens die folgenden Bestandteile enthält: (a) 0 bis 15 Gew.-% sekundäre oder tertiäre Calciumphosphatverbindung, Hydroxylapatit oder ein Gemisch davon, (b) 0,1 bis 35 Gew.-% Fettsäure, Fettsäuresalz oder ein Gemisch davon, (c) 1 bis 90 Gew.-% gemahlenes Bor-Silikatglas, welches bezogen auf das Bor-Silikatglas Na, B, Si und Al in den folgenden Gewichtsanteilen, ausgedrückt durch ihre jeweiligen Oxide, enthält: 1 bis 30 Gew.% Na2O, 2 bis 70 Gew.-% B2O3, 10 bis 70 Gew.-% SiO2 und 0 bis 10 Gew.-% Al2O3, (d) 9 bis 85 Gew.-% kondensierte Alkaliphosphate, (e) Borsäure, Borsäuresalz oder ein Gemisch davon in einer Menge entsprechend einem Borgehalt, ausgedrückt durch das Oxid, von 0 bis 3,2 Gew.-% B2O3, (f) 0 bis 10 Gew.-% Graphit, wobei das Gemisch eine mittlere Partikelgröße D50 von ≤ 300 µm aufweist.

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung für den Schutz vor Zunder und als Schmiermittel für die Heißverarbeitung von Metallen.
Hintergrund der Erfindung
Beim Warmverformen von Metallen, insbesondere von Stahl, in einem Temperaturbereich von 500–1300°C, wie beispielsweise beim Walzen oder Gesenkschmieden, kommt es an der erhitzten Metalloberfläche an der Umgebungsluft zur Zunderbildung, die je nach Transferzeit zum nächsten Prozessschritt unterschiedlich stark ausgebildet sein kann. Bei Warmwalzverfahren von Stahl zur Herstellung von nahtlosen Rohren wird ein Vollmaterial durchstoßen und ein Hohlblock gebildet, der anschließend in nachfolgenden Walzschritten elongiert wird. Hier ist die Gefahr von Zunderbildung auf der erhitzten Metalloberfläche des Hohlblocks während der Überführung zu dem Elongierprozess besonders hoch. Bei den nachfolgenden Walzschritten kann dieser Zunderanfall zu Innenfehlern des nahtlosen Rohres führen. Aus diesem Grund wird der anfallende Zunder beispielsweise mit Druckluft oder Inertgas ausgeblasen. Zusätzlich werden unterschiedlichste Substanzen in Pulverform als Schmier- oder Beizmittel bzw. Zunderlösungsmittel auf die Innenoberfläche der Hohlblöcke aufgebracht. Beispiele für solche Mittel enthalten Graphit, Bornitrid, Molybdänsulfid, Silikate, Natriumsalze, Alkalisulfate, verseifte Fettsäuren oder Erdalkaliphosphate sowie Mischungen davon. Häufig kommen Alkaliborate mit unterschiedlichem Kristallwasser oder Borsäure zum Einsatz.
In einem weiteren Anwendungsfeld, dem Schmiedeprozess, insbesondere von großen und schweren Teilen, wie z. B. Eisenbahnrädern, wird vor den Hauptumformschritten Konturschmieden, Radwalzen und Fertigschmieden ein auf > 1200 °C vorerhitzer, zylinderförmiger Metallblock in einer Vorformpresse gestaucht, d. h. zu einer Scheibenform grob vorgeformt. Aufgrund der prozessbedingt relativ langen Verweilzeiten der erhitzen Teile kommt es an der Oberfläche zu starken Sekundärverzunderungen, welche die Umformung sowie die Qualität der Teileoberflächen negativ beeinflussen. Wird ein solches Metallteil vor der Erwärmung oder dem ersten Umformschritt mit Schmier-, Beiz-, u. Zunderlösemitteln der vorgenannten Art beschichtet, verringern sich diese negativen Einflüsse deutlich.
Um die schnelle Bildung einer Schmelze für die Schmierung und den Schutz vor Zunder zu gewährleisten, werden die vorgenannten Mittel durch Vernebelung als Pulver oder Granulat auf die glühenden Oberflächen aufgebracht. Dies hat zu Folge, dass die in den bekannten Mitteln enthaltenen Borverbindungen aufgrund der Wasserlöslichkeit und der schwierigen räumlichen Eindämmbarkeit ins Abwasser gelangen und ein Gefährdungspotenzial für Gewässer darstellen. Außerdem besteht beim Einsatz von Borsalzen und Borsäure bei der beschriebenen Applikation als Pulver oder Granulat Aspirationsgefahr. Studien lassen dabei auf eine Beeinträchtigung der Fruchtbarkeit und eine Gefährdung für das Kind im Mutterleib schließen und haben zur Einstufung der Borverbindungen und der damit aufgebauten Gemische als reproduktionstoxisch geführt. Diese Eigenschaften stellen damit eine signifikante Gefährdung für den Menschen und die Umwelt dar und sind sowohl für die Herstellung der Pulvermischungen, für die Lagerung, den Transport, die Handhabung, die Entsorgung, sowie den eigentlichen Einsatz und Zweck dieser Materialien in der Metallumformung relevant.
Viele Schmiermittel für die Heißverformung von Metallen enthalten Graphit aufgrund seiner guten Schmiereigenschaften und Temperaturstabilität. Allerdings hat Graphit erhebliche Nachteile, wie z. B. die Aufnahme von Graphitkohlenstoff in die bearbeitete Metalloberfläche, wodurch die Zusammensetzung und die Eigenschaften der Metalloberfläche verändert werden können. Darüber hinaus ist Graphit aus arbeitshygienischen Gründen unerwünscht, da das Graphitpulver leicht in die Umgebungsatmosphäre zerstäubt wird und für in der Nähe arbeitende Personen eine Rutschgefahr darstellt. Zudem kann der Graphitstaub die Funktionsfähigkeit von elektrischen Anlagen im Betrieb gefährden. Es wäre daher wünschenswert, ein Schmiermittel ohne Graphit oder mit einem möglichst niedrigen Graphitanteil bei gleichzeitig guter Schmierwirkung zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin besitzen viele bekannte Schmiermittel aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften und Korngrößen kein gutes Riesel- bzw. Fließverhalten. Ein grobes Material mit hohen Korngrößen führt häufig zu einer unzureichenden und ungleichmäßigen Belegung der Metalloberfläche und damit zu einer schlechten Zunderreduzierung. Eine feinere Körnung hätte daher den Vorteil, dass eine bessere Schichtbildung erreicht werden kann. Bekannte feinkörnige Materialien mit kleinen Korngrößen, beispielsweise unter 50 µm, neigen jedoch häufig zu Verklumpung, insbesondere bei der Lagerung, weshalb sie nur schwer als Pulver auf die Metalloberfläche aufgesprüht werden können, was den Vorteil einer feinen Körnung bekannter Zusammensetzungen wieder zunichte macht.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, eine als Schutz vor Zunder und als Schmiermittel wirkende Zusammensetzung für die Heißverarbeitung von Metallen bereitzustellen, bei der das durch die bislang als Bestandteile verwendeten Borverbindungen begründete Gefährdungspotenzial gegenüber dem Stand der Technik vermindert ist, die gutes Riesel- und Fließverhalten aufweist und gute Eigenschaften hinsichtlich Zunderauflösung auf erhitzten Metalloberflächen und Schmierung besitzt und die in Pulverform aufgebracht eine gute Belegung der Metalloberfläche erlaubt und möglichst wenig oder gar keinen Graphit benötigt.
Beschreibung der Erfindung
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Zusammensetzung für den Schutz vor Zunder und als Schmiermittel für die Heißverarbeitung von Metallen, bestehend aus einem Gemisch von feinpulverigen Materialien, wobei das Gemisch wenigstens die folgenden Bestandteile enthält:

(a) 0 bis 15 Gew.-% sekundäre oder tertiäre Calciumphosphatverbindung, Hydroxylapatit oder ein Gemisch davon,
(b) 0,1 bis 35 Gew.-% Fettsäure, Fettsäuresalz oder ein Gemisch davon,
(c) 1 bis 90 Gew.-% gemahlenes Bor-Silikatglas, welches bezogen auf das Bor-Silikatglas Na, B, Si und Al in den folgenden Gewichtsanteilen, ausgedrückt durch ihre jeweiligen Oxide, enthält: 1 bis 30 Gew.% Na₂O, 2 bis 70 Gew.-% B₂O₃, 10 bis 70 Gew.-% SiO₂ und 0 bis 10 Gew.-% Al₂O₃,
(d) 9 bis 85 Gew.-% kondensierte Alkaliphosphate,
(e) Borsäure, Borsäuresalz oder ein Gemisch davon in einer Menge entsprechend einem Borgehalt, ausgedrückt durch das Oxid, von 0 bis 3,2 Gew.-% B₂O₃,
(f) 0 bis 10 Gew.-% Graphit,

Es versteht sich, dass der erfindungsgemäße Schmierstoff weitere Bestandteile enthalten kann, soweit diese die gewünschten vorteilhaften Eigenschaften nicht wesentlich nachteilig beeinflussen.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass sich die erfindungsgemäße Zusammensetzung sehr gut als Mittel für den Schutz vor Zunder und als Schmierstoff für die Heißverarbeitung von Metallen eignet, obwohl sie keinen oder im Vergleich zu bekannten Schmiermitteln auf Boratbasis nur sehr geringen optionalen Anteil an Boraten oder Borsäure aufweist. Der Anteil leicht wasserlöslicher Borate, die ein hohes Gefährdungspotential für Mensch und Umwelt mit sich bringen, ist bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gegenüber bekannten Mitteln erheblich reduziert oder bestenfalls sogar völlig ausgeschlossen. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung bildet beim Aufbringen auf die heiße Metalloberfläche schneller als bei bekannten Schmiermitteln die gewünschte Schmelze aus und sorgt für eine gute Schmierung und guten Schutz vor Zunder. Erreicht wird dies durch die erfindungsgemäße Kombination der Bestandteile, wobei es überraschend war, dass die Anforderungen an die Schmierung und den Schutz vor Zunder der Zusammensetzung trotz des Anteils an gemahlenem Bor-Silikatglas und des geringen Anteils an Borsäure oder Borat erzielt werden konnten.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung besteht in einer gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduzierten Löslichkeit des Boratanteils bei vergleichbarer oder sogar besserer Wirksamkeit und Funktionalität. Diese reduzierte Löslichkeit des Boratanteils wird durch einen niedrigen oder keinen Anteil an Borsäure und/oder Borsäuresalz gemäß Bestandteil (e) erzielt und kann weiterhin durch Variation des Verhältnisses des Anteils an Fettsäure und/oder Fettsäuresalz gemäß Bestandteil (b) zu Borsäure und/oder Borsäuresalz gemäß Bestandteil (e) beeinflusst werden. Der Boratanteil in dem gemahlenen Bor-Silikatglas ist äußerst schlecht wasserlöslich. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung besteht daher darin, dass der Anwender aufgrund der geringen Boratlöslichkeit die üblicherweise hohen Anforderungen der geltenden Abwasserrichtlinien leichter erfüllen kann, beispielsweise gemäß EN ISO 11885:2007.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Zusammensetzung einen Halbkugelpunkt > 400°C auf. Der Halbkugelpunkt ist erreicht, wenn ein Probekörper bei der Prüfung des Ascheschmelzverhaltens im Erhitzungsmikroskop annähernd die Form einer Halbkugel aufweist. Ein Halbkugelpunkt > 400°C der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hat den Vorteil, dass der Schmelzpunkt der Zusammensetzung nicht zu früh erreicht wird und eine für die Anwendung geeignete Viskosität erhalten bleibt. Liegt der Halbkugelpunkt der Zusammensetzung unter 400°C, ist die Viskosität der Schmelze im Einsatzbereich von 600–1300°C zu niedrig und man erhält keinen ausreichenden Schmelzfilm.
Sekundäre und/oder tertiäre Calciumphosphatverbindungen haben sich überraschenderweise als besonders geeignete Rieselhilfsmittel in einer Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Art für die Heißverarbeitung von Metallen erwiesen. Monocalciumphosphat ist ungeeignet, da es bei Luftfeuchte zu Verklumpung führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Calciumphosphatverbindung (a) unter Hxdroxylapatit [Ca₅(PO₄)₃OH] und Tricalciumphosphat [Ca₃(PO₄)₂] ausgewählt, wobei Hxdroxylapatit besonders bevorzugt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Calciumphosphatverbindung (a) in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 1 bis 5 Gew.-% in der Zusammensetzung enthalten.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält weiterhin eine Fettsäure, ein Fettsäuresalz oder ein Gemisch davon in Kombination mit den übrigen Bestandteilen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch die Verwendung einer Fettsäure oder eines Fettsäuresalzes die Verklumpung des feinkörnigen Pulvers erheblich verringert und die Lagerungsbeständigkeit verbessert werden können. Ohne dass sich die Anmelderin hierdurch an eine Theorie gebunden fühlt, wird angenommen, dass sich die Fettsäure oder das Fettsäuresalz an die Körner eines oder mehrerer weiterer Bestandteile des Gemisches anlagert und auf diese Weise eine Verklumpung der Körner verhindert oder vermindert, Feuchtigkeit von den Körnern abhält und dadurch die Lagerungsbeständigkeit sowie das Riesel- bzw. Fließverhalten des Schmierstoffs verbessert. Zudem wird angenommen, dass die Fettsäure oder das Fettsäuresalz die Schmierung aufgrund von Zersetzung im Einsatzbereich von 600–1300°C und Ausbildung eines Gaspolsters verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fettsäure bzw. das Fettsäuresalz (b) unter gesättigten und ungesättigten Fettsäuren mit 6 bis 26 Kohlenstoffatomen bzw. deren Salzen, vorzugsweise unter Kapronsäure, Kaprylsäure, Kaprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure, Lignocerinsäure, Cerotinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Vaccensäure, Icosensäure, Erucasäure, Nervonsäure, Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure, Timnodonsäure, Clupanodonsäure bzw. deren Salzen, ausgewählt, vorausgesetzt dass die Fettsäure bzw. das Fettsäuresalz bei einer Temperatur > 30°C als Feststoff vorliegt. Besonders bevorzugt ist die Fettsäure bzw. das Fettsäuresalz Stearinsäure bzw. deren Salze.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fettsäure bzw. das Fettsäuresalz (b) in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 3 bis 7 Gew.-% in der Zusammensetzung enthalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das gemahlene Bor-Silikatglas (c) eine Körnung mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ≤ 300 µm auf. Das gemahlene Bor-Silikatglas verbessert die gleichmäßige Verteilung der Zusammensetzung auf der heißen Metalloberfläche und reduziert die Zunderbildung. Bei den hohen Temperaturen der Metallverarbeitung bildet die Zusammensetzung eine Schmelze, wobei das Bor-Silikatglas die schnelle Bildung der Schmelze verbessert und über einen breiteren Temperaturbereich als bei bekannten Schmiermitteln gewährleistet. Ist die mittlere Partikelgröße des gemahlenen Bor-Silikatglases in der Zusammensetzung zu groß, kann die Ausbildung der erforderlichen Schmelze nach dem Aufbringen der Zusammensetzung mit Nachteil zu lange dauern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Bor-Silikatglas (c) in einer Menge von 3 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-% in dem Gemisch enthalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die kondensierten Alkaliphosphate (d) unter kondensierten Natrium- oder Kaliumphosphaten oder Gemischen davon, bevorzugt unter Polyphosphaten und/oder Pyrophosphaten und/oder Metaphosphaten oder Gemischen davon, besonders bevorzugt unter Dinatriumpyrophosphat [Na₂H₂P₂O₇], Trinatriumpyrophosphat [Na₃HP₂O₇], Tetranatriumpyrophosphat [Na₄P₂O₇], Natriumtripolyphosphat [Na₅P₃O₁₀], Natriumtrimetaphosphat [(NaPO₃)₃], Natriumpolyphosphat [(NaPO₃)_n], Dikaliumpyrophosphat [K₂H₂P₂O₇], Trikaliumpyrophosphat [K₃HP₂O₇], Tetrakaliumpyrophosphat [K₄P₂O₇], Kaliumtripolyphosphat [K₅P₃O₁₀], Kaliumtrimetaphosphat [(KPO₃)₃], Kaliumpolyphosphat [(KPO₃)_n] oder Gemischen davon ausgewählt, wobei Bestandteil (d) am bevorzugtesten Natriumtripolyphosphat [Na₅P₃O₁₀] ist.
Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines Polyphosphats und/oder eines Pyrophosphats und/oder eines Metaphosphats in dem Gemisch der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit Vorteil unter anderem zur Zunderauflösung beiträgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die kondensierten Alkaliphosphate (d) in einer Menge von 20 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise von 40 bis 75 Gew.-% in dem Gemisch enthalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Bestandteil (e) der erfindungsgemäßen Zusammensetzung unter Borsäure [H₃BO₃], Borax [Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O bzw. Na₂B₄O₇·10H₂O], Natriumboraten, wie Na₂B₄O₇·5H₂O, Na₂B₄O₇ (wasserfrei), Natriummetaborat [NaBO₂·4H₂O], Borsäureanhydrid [B₂O₃] und Gemischen davon ausgewählt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gemisch eine mittlere Partikelgröße D50 von ≤ 250 µm, vorzugsweise von ≤ 200 µm auf. Durch die geringen mittleren Partikelgrößen der Bestandteile des erfindungsgemäßen Gemischs wird das Riesel- und Fließverhalten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gegenüber bekannten Schmierstoffen erheblich verbessert, das Aufsprühen auf Oberflächen als Pulver erleichtert und eine bessere und gleichmäßigere Schichtbildung bzw. Belegung auf der Metalloberfläche gewährleistet. Gleichzeitig wird durch die Kombination der erfindungsgemäßen Bestandteile des Gemischs eine Verklumpung verhindert oder vermindert, die bei Schmierstoffen nach dem Stand der Technik mit kleinen Korngrößen regelmäßig aufgetreten ist und zu erheblichen Nachteilen geführt hat.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gemisch eine mittlere Partikelgröße D50 von ≥ 3 µm, vorzugsweise ≥ 10 µm, besonders bevorzugt ≥ 15 µm auf. Es hat sich gezeigt, dass zu geringe mittlere Partikelgrößen zum einen nur sehr aufwendig und unter verhältnismäßig hohen Kosten herstellbar sind und sie zum anderen auch die Neigung zur Verklumpung wieder erhöhen. Eine mittlere Partikelgrößen im Bereich von 20 bis 50 µm hat sich daher als optimal erwiesen.
Die Erfindung umfasst auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung für den Schutz vor Zunder und als Schmiermittel bei der Heißverarbeitung von Metallen, wobei die Zusammensetzung in Pulverform auf das Metall aufgebracht, vorzugsweise aufgeblasen wird. Im Gegensatz zu den häufig als Granulate eingesetzten Mitteln für die Heißverarbeitung von Metallen zeichnet sich die erfindungsgemäße Zusammensetzung durch stabilere Lagereigenschaften, schnelleres Aufschmelzen bei Kontakt mit dem heißen Werkstück aufgrund der größeren Oberfläche, bessere Verblasbarkeit und gleichmäßigere Verteilung auf der Oberfläche des Werkstückes sowie sicherere und sparsamere Dosierung aus. Gegenüber der ebenfalls bekannten Anwendung solcher Mittel in der Form von Suspensionen, beispielsweise in Wasser, bietet der trockene, pulverförmige Einsatz der erfindungsgemäßen Zusammensetzung den Vorteil, dass keine unerwünschte Kühlung des Werkstückes durch die Flüssigkeit erfolgt und sich auch der zusätzliche Arbeitsschritt der Zubereitung der Anwendungssupension erübrigt.
Lagerverhalten, Agglomeratbildung und Feuchteaufnahme
Zur Prüfung der Verklumpungsneigung unter Produktionsbedingungen wurden Lagerversuche verschiedener Mischungen unter Produktionsbedingungen durchgeführt. Dafür wurden 150 g Probe im Klimaschrank (Typ 3821/15 der Firma Feutron) bei konstant 30°C und 80% relativer Luftfeuchte für 0 h, 67 h und 96 h gelagert und anschließend ihre Agglomeratbildung (Rieselfähigkeit) in einem Siebtest sowie ihre Feuchteaufnahme anhand der Gewichtszunahme gegenüber der ursprünglichen Einwaage bestimmt.
Erst die Gesamtbeurteilung von kombiniertem Lager- und Rieselverhalten einer jeweiligen Mischung lässt eine Aussage über ihre Qualität und Eignung unter Produktionsbedingungen zu.
Partikelgrößenbestimmung
Die Bestimmung der mittleren Partikelgröße des Gemischs bzw. der Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erfolgt mittels eines Laser-Granulometers Cilas Modell 715/920 der Firma Cilas U.S. Inc. Circa 80 mg Probe werden in 2-Propanol suspendiert und die Messung eine Minute nach Herstellung der Suspension gemäß der Anleitung des Herstellers durchgeführt.
Beispiele

Die nachfolgende Tabelle 1 gibt erfindungsgemäße Zusammensetzungen für den Schutz vor Zunder und als Schmiermittel für die Heißverarbeitung von Metallen sowie Vergleichszusammensetzungen an. Tabelle 2 gibt Parameter der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen an. Tabelle 1: Zusammensetzungen

Komp.	Bestandteile	Zusammensetzungen (Anteile der Komponenten in Gew.-%)
Komp.	Bestandteile	E1 (Erf.)	E2 (Erf.)	E3 (Erf.)	V1 (Vgl.)	V2 (Vgl.)
(a)	Ca-Phosphatverbindung Hydroxylapatit [Ca₅(PO₄)₃OH]	4	5	5	0	5
(b)	Fettsäure, Fettsäuresalz Magnesiumstearat	7	5	5	0	5
(b)	Na/K-Seife	0	0	0	25	0
(c)	gemahlenes Bor-Silikatglas¹⁾	15	6	15	0	0
(d)	kondensiertes Alkaliphosphat Natriumtripolyphosphat	71	80	75	0	75
(e)	Borsäure, Borsäuresalz Natriumtetraborat-Anhydrid	3	4	0	0	15
(e)	Natriumtetraborat-Decahydrat	0	0	0	40	0
(f)	Graphit	0	0	0	0	0
	Natriumsulfat	0	0	0	35	0
	Summe	100	100	100	100	100

¹⁾ Zusammensetzung des gemahlenen Borsilikatglases (Komp. c):
20 Gew.- Na₂O, 40 Gew.-% SiO₂, 38 Gew.- B₂O₃, 2 Gew.-% Al₂O₃ Tabelle 2: Eigenschaften der Zusammensetzungen gemäß Tabelle 1

Eigenschaft	Zusammensetzung
Eigenschaft	E1 (Erf.)	E2 (Erf.)	E3 (Erf.)	V1 (Vgl.)	V2 (Vgl.)
Gehalt B₂O₃ in Komponente (e)	2%	3%	0%	25%	6%
Benötigte Einsatzmenge	60–120 g/m²	60–120 g/m²	60–120 g/m²	200–300 g/m²	60–120 g/m²
Zunderlöseverhalten	sehr gut	sehr gut	sehr gut	sehr gut	sehr gut
Viskosität der Schmelze	hoch	hoch	mittel	hoch	hoch
Qualität der Innenrohre	sehr gut	sehr gut	sehr gut	sehr gut	sehr gut
Halbkugelpunkt	750°C	765°C	735°C	nicht bestimmbar	775°C
Partikelgröße D50 des Gemisches	60 µm	60 µm	60 µm	130 µm	60 µm
Wasserlöslichkeit B₂O₃ (10% Gemisch in Wasser; 25°C)	0,4%	0,3%	410 ppm	1,9%	1,0%
Lagerstabilität	sehr gut	sehr gut	sehr gut	ausreichend	sehr gut
Rieselfähigkeit	sehr gut	sehr gut	sehr gut	schlecht	sehr gut
Schüttgewicht	700–900 g/l	700–900 g/l	700–900 g/l	1000–1200 g/l	700–900 g/l

Die in Tabelle 2 angegebene "benötigte Einsatzmenge" ist definiert als die durchschnittlich in die zu bearbeitenden Hohlblöcke mittels geeigneter Aufbringungstechnik, vorzugsweise nach der üblichen Injektortechnologie (Einblasen), eingebrachte Menge in "g", bezogen auf die Innenoberfläche des zu beschichtenden Werkstücks (Hohlblocks) in "m²".
Die Eigenschaften Zunderlöseverhalten, Qualität der Innenrohre, Lagerstabilität und Rieselfähigkeit wurden anhand einer fünfstufigen Bewertungsskala mit den Bewertungsmöglichkeiten "sehr gut", "gut", "befriedigend", "ausreichend" und "schlecht" und die Viskosität der Schmelze wurde anhand einer dreistufigen Bewertungsskala mit den Bewertungsmöglichkeiten "hoch", "mittel" und "niedrig" eingestuft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN ISO 11885:2007 [0011]

Claims

Zusammensetzung für den Schutz vor Zunder und als Schmiermittel für die Heißverarbeitung von Metallen, bestehend aus einem Gemisch von feinpulverigen Materialien, wobei das Gemisch wenigstens die folgenden Bestandteile enthält: (a) 0 bis 15 Gew.-% sekundäre oder tertiäre Calciumphosphatverbindung, Hydroxylapatit oder ein Gemisch davon, (b) 0,1 bis 35 Gew.-% Fettsäure, Fettsäuresalz oder ein Gemisch davon, (c) 1 bis 90 Gew.-% gemahlenes Bor-Silikatglas, welches bezogen auf das Bor-Silikatglas Na, B, Si und Al in den folgenden Gewichtsanteilen, ausgedrückt durch ihre jeweiligen Oxide, enthält: 1 bis 30 Gew.% Na₂O, 2 bis 70 Gew.-% B₂O₃, 10 bis 70 Gew.-% SiO₂ und 0 bis 10 Gew.-% Al₂O₃, (d) 9 bis 85 Gew.-% kondensierte Alkaliphosphate, (e) Borsäure, Borsäuresalz oder ein Gemisch davon in einer Menge entsprechend einem Borgehalt, ausgedrückt durch das Oxid, von 0 bis 3,2 Gew.-% B₂O₃, (f) 0 bis 10 Gew.-% Graphit, wobei das Gemisch eine mittlere Partikelgröße D50 von ≤ 300 µm aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch 0 bis 5 Gew.-% Graphit, vorzugsweise 0 bis 3 Gew.-% Graphit, besonders bevorzugt 0 bis 1 Gew.-% Graphit enthält.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung einen Halbkugelpunkt > 400°C aufweist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Calciumphosphatverbindung (a) unter Hxdroxylapatit [Ca₅(PO₄)₃OH] und Tricalciumphosphat [Ca₃(PO₄)₂] ausgewählt ist, wobei Hxdroxylapatit besonders bevorzugt ist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre oder tertiäre Calciumphosphatverbindung (a) in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 1 bis 5 Gew.-% in dem Gemisch enthalten ist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettsäure bzw. das Fettsäuresalz (b) unter gesättigten und ungesättigten Fettsäuren mit 6 bis 26 Kohlenstoffatomen bzw. deren Salzen, vorzugsweise unter Kapronsäure, Kaprylsäure, Kaprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure, Lignocerinsäure, Cerotinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure, Vaccensäure, Icosensäure, Erucasäure, Nervonsäure, Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure, Timnodonsäure, Clupanodonsäure bzw. deren Salzen, ausgewählt ist, vorausgesetzt dass die Fettsäure bzw. das Fettsäuresalz bei einer Temperatur > 30°C als Feststoff vorliegt, wobei die Fettsäure bzw. das Fettsäuresalz vorzugsweise Stearinsäure bzw. deren Salz ist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettsäure bzw. das Fettsäuresalz (b) in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 3 bis 7 Gew.-% in dem Gemisch enthalten ist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemahlene Bor-Silikatglas (c) eine Körnung mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ≤ 300 µm auf.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Boratglasfritte (c) in einer Menge von 3 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-% in dem Gemisch enthalten ist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kondensierten Alkaliphosphate (d) unter kondensierten Natrium- oder Kaliumphosphaten oder Gemischen davon, bevorzugt unter Polyphosphaten und/oder Pyrophosphaten und/oder Metaphosphaten oder Gemischen davon, besonders bevorzugt unter Dinatriumpyrophosphat [Na₂H₂P₂O₇], Trinatriumpyrophosphat [Na₃HP₂O₇], Tetranatriumpyrophosphat [Na₄P₂O₇], Natriumtripolyphosphat [Na₅P₃O₁₀], Natriumtrimetaphosphat [(NaPO₃)₃], Natriumpolyphosphat [(NaPO₃)_n], Dikaliumpyrophosphat [K₂H₂P₂O₇], Trikaliumpyrophosphat [K₃HP₂O₇], Tetrakaliumpyrophosphat [K₄P₂O₇], Kaliumtripolyphosphat [K₅P₃O₁₀], Kaliumtrimetaphosphat [(KPO₃)₃], Kaliumpolyphosphat [(KPO₃)_n] oder Gemischen davon ausgewählt sind, wobei Bestandteil (d) am bevorzugtesten Natriumtripolyphosphat [Na₅P₃O₁₀] ist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kondensierten Alkaliphosphate (d) in einer Menge von 20 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise von 40 bis 75 Gew.-% in dem Gemisch enthalten sind.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optionale Bestandteil (e) unter Borsäure [H₃BO₃], Borax [Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O bzw. Na₂B₄O₇·10H₂O], Natriumboraten, wie Na₂B₄O₇·5H₂O, Na₂B₄O₇ (wasserfrei), Natriummetaborat [NaBO₂·4H₂O] und Borsäureanhydrid [B₂O₃] und Gemischen davon ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch eine mittlere Partikelgröße D50 von ≤ 250 µm, vorzugsweise von ≤ 200 µm aufweist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch eine mittlere Partikelgröße D50 von ≥ 3 µm, vorzugsweise ≥ 10 µm, besonders bevorzugt ≥ 15 µm aufweist.
Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung für den Schutz vor Zunder und als Schmiermittel bei der Heißverarbeitung von Metallen, wobei die Zusammensetzung in Pulverform auf das Metall aufgebracht, vorzugsweise aufgeblasen wird.