DE1125579B

DE1125579B - Schmiermittel zur Bearbeitung von Metallen

Info

Publication number: DE1125579B
Application number: DES66823A
Authority: DE
Inventors: Philip Alan Winsor; Kenneth Alan Lloyd
Original assignee: IASHELLIA RES Ltd
Current assignee: IASHELLIA RES Ltd
Priority date: 1959-01-30
Filing date: 1960-01-28
Publication date: 1962-03-15
Also published as: GB846839A; US3041281A; NL247812A; FR1247064A; CH396276A; BE587064A

Description

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum Walzen von Metall, d. h. zum Schmieren und Kühlen der unter Druck stehenden Flächen des Walzwerks und des behandelten Metalls, ein zirkulierendes wässeriges Schmiermittelgemisch zu verwenden, das zum überwiegenden Teil aus einer Polyoxylenflüssigkeit besteht, die in Wasser einen negativen Löslichkeitskoeffizienten besitzt. Diese Schmiermittel besitzen eine Trennungstemperatur zwischen derjenigen Temperatur, welche die Mischung auf den Walzen annimmt, und der niedrigsten Temperatur in dem Umlaufsystem.

Infolge des negativen Löslichkeitskoeffizienten der Polyoxyalkylenflüssigkeit in Wasser hat die Mischung die Eigenschaft, bei niederen Temperaturen eine stabile wässerige Lösung zu bilden, während sie sich bei höheren Temperaturen in zwei flüssige Phasen trennt. Die vorstehend erwähnte Trennungstemperatur ist die Temperatur, bei der diese Phasentrennung eintritt. Gemäß einem weiteren Vorschlag können solche wässerigen Schmiermittel auch noch eine kleinere Menge eines Alkali- oder Erdalkalisalzes einer Fettsäure mit zehn oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül enthalten.

Es ist nun gefunden worden, daß Schmiermittel mit einem außergewöhnlich günstigen Verhalten beim Walzen, Bohren und Fräsen von Metallen, insbesondere beim Heißwalzen von Aluminium erhalten werden, wenn diese außer einer Polyoxyalkylenflüssigkeit, die in Wasser einen negativen Löslichkeitskoeffizienten aufweist, auch noch eine Polyoxyalkylenflüssigkeit gelöst oder dispergiert enthalten, deren Löslichkeit in Wasser weniger als 1 Gewichtsprozent beträgt.

Vorzugsweise bestehen die erfindungsgemäßen Schmiermittel aus 75 und 98 Gewichtsprozent Wasser, 0,05 und 10 Gewichtsprozent einer Polyoxyalkylenflüssigkeit mit negativem Löslichkeitskoeffizienten in Wasser und 0,05 und 10 Gewichtsprozent einer Polyoxyalkylenflüssigkeit, deren Löslichkeit in Wasser weniger als 1 Gewichtsprozent beträgt. Außerdem enthalten die neuen Schmiermittel einen untergeordneten Anteil, vorzugsweise zwischen 0,01 und 5 Gewichtsprozent, eines Emulgators für die Polyoxyalkylenflüssigkeit.

Bei den betreffenden Polyoxyalkylenflüssigkeiten handelt es sich um Polyoxyalkylenglykole und ihre Mono- und bzw. Diäther oder -ester mit der allgemeinen Formel R₁ — O — [R₂O] » — Rs- I^Q dieser Formel bedeuten R₁ und R₃ jeweils ein Wasserstoffatom, einen Kohlenwasserstoffrest oder eine Acylgruppe. R₂ bedeutet einen Alkylenrest, und η ist eine ganze Zahl.

In der Polyoxyalkylenkette [— R₂O] 72 — kann der Rest R₂ jeden Alkylenrest bedeuten, vorzugsweise Schmiermittel
zur Bearbeitung von Metallen

Anmelder:
»Shell« Research Limited, London

Vertreter: Dr. K. Schwarzhans

und Dipl.-Chem. Dr. phil. E. Jung, Patentanwälte,

München 19, Romanplatz 9

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 30. Januar 1959 (Nr. 3417)

Philip Alan Winsor, Willington, Cheshire,
und Kenneth Alan Lloyd, Barrow, Chester

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

einen Alkylenrest mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt werden im Rahmen der Erfindung die Polyoxyalkylenflüssigkeiten, in welchen der Alkylenrest ein Äthylenrest oder Propylenrest ist. In der Polyoxyalkylenkette — [R₂O]_n können auch Alkylenreste mit verschiedener Anzahl von Kohlenstoffatomen vorliegen. Die Kette kann z. B. aus zwei Oxyäthylen- und Oxypropylenresten bestehen. Wenn die Polyoxyalkylenkette verschiedene Alkylenreste enthält, können diese beliebig über das Molekül verteilt oder sie können in regelmäßig wiederkehrenden Einheiten oder Blöcken angeordnet sein, von welchen jeder aus einem oder einer Mehrzahl von gleichen Oxyalkylenresten besteht. Wenn die Polyoxyalkylenverbindung sowohl Äthylenais auch Propylenreste enthält, sind vorzugsweise mindestens 30% der Alkylenreste Propylenreste. Wenn R₁ und/oder R₃ in der oben angegebenen allgemeinen Formel Kohlenwasserstoffreste darstellen, können sie gesättigte oder ungesättigte, geradkettige oder verzweigtkettige, gleiche oder verschiedene nichtaromatische Kohlenwasserstoffreste sein. Sie können auch substituiert sein oder nichtsubstituierte, aromatische Reste, wie Alkylphenylreste, darstellen. Für die Schmiermittel gemäß der Erfindung werden Polyoxyalkylenflüssigkeiten bevorzugt, in welchen der Rest R₁ ein Wasserstoffatom und der Rest R₃ eine Alkylgruppe ist, z. B. eine Propyl-, Butyl-, Pentyl- oder Decylgruppe, oder eine Alkylphenylgruppe, wie z. B. eine Cetyl- oder Nonyl-Phenylgruppe.

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Wenn eine der Gruppen R₁ und R₃ oder beide Acylreste sind, können sie von irgendeiner Carbonsäure abgeleitet sein. Bevorzugt werden hierbei die Alkan- oder Alkenmonocarbonsäuren, wie Essigsäure, Propion, Buttersäure, Laurinsäure, Stearinsäure und ölsäure. Beispiele geeigneter Polyoxyalkylenverbindungen dieser Art sind: Polyoxyäthylenglykolmonolaureat und Polyoxyäthylenglykolmonobutyrat.

Das Molgewicht der für die neuen Schmiermittel verwendeten Verbindungen kann in einem weiten Bereich schwanken, im allgemeinen liegt dieses von 350 aufwärts bis zu 10 000, wobei die Polyoxyalkylenfiüssigkeiten mit einem Molgewicht zwischen 400 und 2000 bevorzugt werden. Je höher das MolgewichtderAlkyleneinheiten in der Polyoxyalkylenkette ist, um so geringer ist die Löslichkeit der Polyalkylenflüssigkeit im Wasser. Geeignete Vertreter der Polyoxyalkylenflüssigkeiten mit einem negativen Löslichkeitskoeffizienten in Wasser sind die im Handel erhältlichen Polyoxyalkylenglykolmonoalkyläther, die sowohl Oxyäthylenals auch Oxypropyleneinheiten in der Kette enthalten, sowie die gleichfalls im Handel erhältlichen Polyoxyäthylenglykolmonoalkylenphenyläther. Besonders geeignete Verbindungen sind der Butylmonoäther eines Blockmischpolymerisates, welches gleiche Gewichtsteile Äthylenoxyd und Propylenoxyd enthält, der Butylmonoäther eines Mischpolymerisates, das 60 Gewichtsprozent Äthylenoxyd und 40 Gewichtsprozent Propylenoxyd enthält, sowie der Octylphenyläther von Polyoxyäthylenglykol, das durschnittlich neun Äthylenoxydreste pro Molekül enthält.

Polyoxyalkylenflüssigkeiten mit einer Löslichkeit in Wasser unter 1 Gewichtsprozent sind der Butylmonoäther eines Blockmischpolymerisates mit einem mittleren Molgewicht von etwa 2000, welches 85 Gewichtsprozent Propylenoxydeinheiten und 15 Gewichtsprozent Äthylenoxydeinheiten enthält, sowie FettsäurediestervonBlockpolymerisaten mit gleichem oder geringerem Molgewicht, die mindestens 70% Butylenoxydeinheiten enthalten, während der Rest der Alkyleneinheiten aus Äthylenoxyd besteht.

Es sind bereits Schmiermittel für die Metallbearbeitung auf der Basis von Polyoxyalkylenflüssigkeiten bekannt, welche bei hohen Drücken und starker Belastung verwendet werden können, ohne ein Hängenbleiben der Werkzeugmaschine zu verursachen. Es handelt sich dabei um die Kombination von zwei wasserlöslichen Polyoxyalkylentypen, von denen der eine Verbindungstyp eine homopolymere C₃-C₈-Oxyalkylenpolyoxyäthylen-Verbindung darstellt, während der andere Verbindungstyp ein heteropolymeres PoIyoxyäthylenpolyoxypropylendiol ist.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können auch einen untergeordneten Anteil eines Antikorrosionsmittels enthalten. Bevorzugte Antikorrosionsmittel sind die Alkalisalze von Fettsäuren mit zehn oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül, beispielsweise die Natriumsalze von Laurin-, Myristin- und Palmitinsäure und die niedrigen Alkanolamine, wie z. B. Trinonylolamin, Monobutylolamin, Dipropylolamin und Äthanolamin sowie ihre Fettsäuresalze. Die Menge der in den Schmiermitteln enthaltenen Antikorrosionsmittel liegt vorzugsweise zwischen 0,05 und 2,0 Gewichtsprozent.

Die neuen Schmiermittel enthalten auch eine untergeordnete Menge eines Emulgiermittels. Beispiele solcher Emulgiermittel sind die Polyoxyalkylenglykolmono- oder diäther bzw. -ester oder Ester von Monoäthern der Polyglykole, die hergestellt sind aus PoIyglykolen mit einem Molgewicht unter 500.

Die als Emulgiermittel verwendeten Ester werden vorzugsweise hergestellt aus einer Fettsäure oder Tallölsäure. Beispiele solcher Ester sind Polyäthylenglykoldioleat und Polyäthylenglykolmonolaureat. Die verwendeten Äther werden vorzugsweise hergestellt aus einem Polyglykol und einem Alkohol bzw. Phenol. Sehr geeignet ist z. B. ein Monoäther von Octylphenol mit Polyäthylenglykol. Die Ester eines Monoäthers von Polyglykol werden vorzugsweise hergestellt aus einem Polyglykol, einem Alkohol oder einem Phenol und einer Fettsäure bzw. einer Tallölsäure. Ein Beispiel für einen solchen Ester-Äther ist das Oleat des Monoäthers, der gebildet ist aus Butylalkohol und Polyäthylenglykol. Die Menge des Emulgators liegt zweckmäßig zwischen 0,01 und 5 Gewichtsprozent und insbesondere zwischen 0,01 und 2 Gewichtsprozent, berechnet auf die Gesamtmischung. Die nachstehende Tabelle, in welcher die angegebenen Teile Gewichtsteile bezeichnen, enthält Beispiele von erfindungsgemäßen Schmiermitteln.

Komponente

Mischung Nr.
5 16 7

10

85 Gewichtsprozent Propylenoxyd, 15 Gewichtsprozent Äthylenoxyd-Blockmischpolymerisat im wesentlichen wasserunlöslich

50 Gewichtsprozent Propylenoxyd, 50 Gewichtsprozent Äthylenoxy-Mischpolymerisat beliebiger Struktur mit negativem Löslichkeitskoeffizienten in Wasser

PEG-300-Dioleat*)

Äthylenoxyd-Octylphenol-Kondensationsprodukte

Natriumoleat

Triäthanolamin

Diäthanolamin ,

Wasser

0,1

0,1 0,5

97,8 97,9 97,3 0,1

0,1
0,5

0,2

0,5

1,5
0,1

0,1
0,5

1,5

0,5
0,1

0,1

0,5

0,5
0,1

0,5

0,05

0,1

0,5

0,25

0,1

0,5

.1,5 0,1

0,1

97,3 I 97,3 I 97,3 | 97,8 | 98,4 j 98,4 | 97,15| 97,8

*) Dioleat eines Polyoxyäthylenglykols mit einem Molgewicht von 300.

Die folgenden Beispiele erläutern das Heißwalzen von Aluminium und Stahl.

Beispiel 1

Barren von 15,24 χ 15,2 χ 6,985 cm aus technisch reinem Aluminiums, das der Qualität 2 S entspricht, wurden auf 55O⁰C erhitzt und in einem zweistöckigen, nicht umkehrenden Walzwerk ausgewalzt. Es wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 60,96 m pro Minute gearbeitet. Das verwendete Schmiermittel war die Mischung 1 der Tabelle, und der Vorratsbehälter wurde auf etwa 40° C gehalten. Die erzeugten Folien waren blank, frei von Streifen und waren gut geeignet als Anoden. Es ergab sich nur eine sehr schwache Walzhaut.

Beispiel 2

Eine 3,5% Magnesium enthaltende Aluminiumlegierung (54 S) wurde gewalzt unter Verwendung des im Beispiel 1 beschriebenen Walzwerks, wobei als Schmiermittel das Gemisch 1 verwendet wurde. Die erhaltenen Folien waren blank, und es zeigte sich nur eine sehr schwache Walzhaut, und bei der darauffolgenden Auswalzung zu 2-S-Folien ergaben sich Produkte, die vorzüglich geeignet waren als Anoden.

Beispiel 3

Bei Verwendung des Gemisches 1 als Schmiermittel beim Kaltwalzen von Stahl war es möglich, bei fünf Durchgängen und einer Walzengeschwindigkeit von 30,48 m pro Minute die Dicke der Folie von 0,127 cm auf 0,031 cm zu verringern.

Beispiel 5

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Beispiel 4

Das Heißwalzen von Aluminiumlegierung S 2 wurde durchgeführt wie im Beispiel 1, aber unter Verwendung des Gemisches 8 der Tabelle. Die erhaltenen Folien waren glänzend und frei von Streifen; sie waren gut geeignet als Anoden. Es wurde nur eine sehr dünne Walzhaut festgestellt.

Die folgenden Beispiele erläutern das Bohren von Stahl unter Verwendung von Gemisch 1.

wurde unter diesen Bedingungen verwendet bis das Bohren von Löchern unmöglich war. Im Durchschnitt von acht Versuchen wurden 52 Löcher unter Verwendung des Gemisches 1 gebohrt, während vergleichsweise bei Anwendung einer 10%igen wässerigen Dispersion eines üblichen EP-löslichen Öls nur 22 Löcher gebohrt werden konnten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schmiermittel zum Bearbeiten von Metallen auf der Basis einer emulgatorhaltigen wäßrigen Emulsion, deren ölige Phase aus einer Polyoxyalkylenflüssigkeit mit negativen Löslichkeitskoeffizienten besteht, gekennzeichnet durch den weiteren Gehalt von vorzugsweise 0,05 bis 10 Gewichtsprozent an einer Polyoxyalkylenflüssigkeit, deren Löslichkeit in Wasser weniger als 1 Gewichtsprozent beträgt.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyoxyalkylenverbindungen mit negativen Löslichkeitskoeffizienten in Wasser bzw. mit einer Wasserlöslichkeit unter 1 Gewichtsprozent jeweils mindestens zwei verschiedene Alkylreste enthalten.

3. Schmiermittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyoxyalkylenverbindungen ein Molgewicht zwischen 350 und 10000, vorzugsweise zwischen 400 und 2000, aufweisen.

4. Schmiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyoxyalkylenflüssigkeit mit einer Wasserlöslichkeit unter 1 Gewichtsprozent der Butylmonoäther eines Blockmischpolymerisates ist, das 85 Gewichtsprozent und 15 Gewichtsprozent Äthylenoxyd enthält.

5. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich ein Antikorrosionsmittel, vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 2 Gewichtsprozent, enthält.

6. Schmiermittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antikorrosionsmittel ein Alkali- oder Erdalkalisalz einer Fettsäure mit zehn oder mehr Kohlenstoffatomen im Molekül, wie ölsäure, und insbesondere ein Natriumsalz ist.

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Bei diesem Versuch wurde mit einem Bohrer von 0,3175 cm bei 2900 U/min gearbeitet. Die behandelte Platte hatte eine Dicke von 1,067 cm, und der Vorschub betrug 0,0147 cm pro Umdrehung. Der Bohrer In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 001 794.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 104 104.

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