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Verfahren zur Schmierung von Metalloberflächen Es ist bekannt, zur
Vergütung Oberflächen mit Säuren, Laugen und Salzen zu behandeln. Von der mechanischen
Seite her kennt man Verfahren zur Feinstbehandlung von Oberflächen, wie Läppen,
Schleifen, Prägepolieren, Honen u. ä. Ziel dieser Bearbeitungsvorgänge ist es, Oberflächen
mit günstigen Laufeigenschaften zu erhalten. Auch ist es bekannt, daß in Schichtgittern
kristallisierende Verbindungen, insbesondere das Molybdändisulfid, reibungsmindernde
Eigenschaften haben. Ebenso sind Schmieröle oder Schmierfette, die Feststoffe mit
Schichtgitterkristall-Struktur enthalten, bereits beschrieben worden. Zur Herabsetzung
der Reibung, insbesondere zur Vermeidung eines Fressens bzw. Schweißens im Gebiet
der halbtrockenen und trockenen Reibung kennt man eine Vielzahl von Schmierölzusatzstoffen,
durch welche eine korrosive Veränderung der Oberflächen und gegebenenfalls Notlaufeigenschaften
erzielt werden können. Auch die Erzeugung von Sulfidüberzügen auf Stahloberflächen
zur Verbesserung der Gleiteigenschaft ist vorgeschlagen worden. Bei der Erzeugung
von Phosphatüberzügen auf Eisen- oder Stahlflächen mit Hilfe von Phosphatlösungen
ist zur besseren Haftung eine Vorbehandlung mit Salzlösungen beschrieben worden.
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Überhaupt sind zahlreiche Maßnahmen bekannt, um verschleißarme, reibungsgünstige
Metalloberflächen herzustellen. So ist es z. B. schon bekannt, Molybdändisulfid
direkt auf Oberflächen aufzustreuen oder einzureiben bzw. einen gebundenen Molybdändisulfidfilm
durch Mischen des Molybdändisulfids mit Maissirup, Aufstreichen auf die Oberflächen
und Erhitzen auf 350°C zu erzeugen. Weiter ist bekannt, die Oberfläche zu phosphatieren
und die phosphatierte Oberfläche mit MoS2 einzureiben bzw. einen (mit Maissirup)
gebundenen MoS2-Film auf die phosphatierte Oberfläche aufzubringen. Wie Versuche
zeigen, wurden tatsächlich die besten Wirkungen hierbei erzielt. Schließlich ist
es auch bekannt, eine phosphatierte Oberfläche reit einer Wachsschicht zu versehen.
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Es ist auch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kolbenringen
aus Gußeisen beschrieben, wobei zunächst die Oberfläche mit einer stark ätzenden
Lösung zur Herauslösung der oberflächigen Metallschichten behandelt wird, die so
behandelten Körper einer Waschung unterworfen werden, dann eine Flüssigkeit aufgebracht.
wird, in welcher kolloidaler Graphit dispergiert ist, der Graphit aus der Flüssigkeit
auf die vorbehandelte Oberfläche ausgefällt wird und nach Fixierung der kolloidalen
Grapbitteilchen auf die Oberfläche des Kolbenringes die Flüssigkeit entfernt und
dann gewaschen und getrocknet wird. Ein anderer Vorschlag betrifft ein Wälzlager,
dessen Oberflächen zunächst einer Ätzbehandlung unterworfen wurden und anschließend
die Poren durch Behandlung mit der Suspension kolloidalen Graphits in einer leicht
oder mäßig flüchtigen Flüssigkeit mit Graphit gefüllt wurden.
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Es ist zwar immer wieder versucht worden, durch Verbesserung der Verankerung
eine Dauerschmierwirkung zu erzielen. Diese Bemühungen führten jedoch nicht zu befriedigenden
Ergebnissen. Dieses Problem löst das erfindungsgemäße Verfahren in anderer, überraschend
einfacher und wirkungsvoller Weise.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in einer Kombination zweier
Behandlungsweisen. In der ersten Stufe wird die zu schmierende Oberfläche zunächst
mit die Oberflächen auflockernden Chemikalien behandelt. In der zweiten Stufe wird
dann die Schmierung durch Aufbringen von schmierwirksamen Feststoffen mit Schichtgitterstruktur
enthaltenen Schmierstoffen bewirkt. Man erhält so einerseits eine feste Verankerung
der Festschmierstoffe und gleichzeitig eine einwandfreie Dauerschmierungswirkung,
was eine wirksame Dauerschmierung auch bei Abnutzung der an der Oberfläche angeordneten
Festschmierstoffe, durch ständige Erneuerung aus dem Schmiermittel heraus, gewährleistet.
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Erfindungsgemäß gelangt man zu Metalloberflächen mit andauerndem niedrigem
Reibungskoeffizienten, hoher Druckbelastbarkeit und geringem Verschleiß, wenn man
die Oberflächen einer oberflächenauflockernden Vorbehandlung unterwirft, indem man
sie mit Stoffen zusammenbringt, welche wie Säuren, Laugen und/oder Salze oder wie
solche unter den Druck- und Temperaturbedingungen wirkender Substanzen mit den Metallflächen
chemische Umsetzungen einzugehen vermögen, und dann ein Schmieröl verwendet, das
einen festen Schmierstoff suspendiert enthält. Die durch die chemische Vorbehandlung
auf den
Oberflächen erzeugte nichtmetallische Schicht nimmt den
im Schmieröl suspendierten festen Schmierstoff' in sich auf unter Bildung einer
Mischschicht (Balbeyschicht), die durch ihre hohe Druckbelastbarkeit beim Übergang
von der hydrodynamischen Schmierung in den Bereich der Grenzschmierung den Metall-Metall-Kontakt
und Festfressen verhindert und einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist.
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Die chemische Vorbehandlung der Oberflächen vor ihrem Zusammenbringen
mit den feste Schmiermittel enthaltenden Schmierölen erfolgt mit anorganischen Säuren,
wie Halogenwasserstofisäuren, Schwefelsäure, schweflige Säure, Schwefelwasserstoff,
Salpetersäure, salpetrige Säure und Phosphorsäure, oder mit niedrigmolekularen einbasischen
oder zweibasischen organischen Säuren, die z. B. auch Oxysäuren oder halogeniert
sein können, wie z. B. Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure, Äpfelsäure, Mono-,
Di- und Trichloressigsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure und Zitronensäure.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß die Metalloberflächen vor ihrem
Zusammenbringen mit den feste Schmierstoffe enthaltenden Schmierölen mit wäßrigen
Lösungen anorganischer Laugen und/oder alkalisch wirkenden organischen Verbindungen,
z. B. Stickstoffverbindungen, oder mit wasserlöslichen oder neutralen Salzen oder
mit alkalischen oder sauren Schmelzen, vorzugsweise geschmolzenem Schwefel oder
Schmelzen mit hohem Gehalt an freiem oder gebundenem Schwefel behandelt werden.
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So kann man z.B. auf die Metalloberflächen Schmelzen von Schwefel,
Alkalipolysulfiden, Schwefel mit Alkalihydroxyden, Alkalicarbonaten oder -bicarbonaten,
Alkalisulfaten, Alkalibisulfaten, Alkalisulfiten oder Alkalibisulfiten einwirken
lassen und nach Entfernung des Überschusses des Einwirkungsmittels die so vorbehandelten
Metalloberflächen mit Schmierölen zusammenbringen, die feste Schmierstoffe mit Schichtgitter-Kristallstruktur,
wie Graphit, Metallsulfide, insbesondere Molybdändisulfid, in Mengen von 1 bis 50/0,
bezogen auf die Schmierölmenge, suspendiert enthalten.
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Durch die beschriebenen Behandlungsweisen wird auf den Metalloberflächen
eine nichtmetallische Schicht erzeugt, die dann beim Zusammenbringen mit feste Schmierstoffe
enthaltenden Ölen oder Fetten mit den festen suspendierten Schmierstoffen eine Mischschicht
bilden, die einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten besitzt, hohe Druckbelastbarkeit
gewährleistet, stark verschleißmindernd wirkt und Dauerschmierung ermöglicht: Beispiel
1 a) DieDruWestigkeiteinesschwefelhaltigenGrundöles der Viskosität 4,5°E/50°C mit
oder ohne 2 Gewichtsprozent MoSe wird auf dem VKA ermittelt.
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b) Die zur VKA-Prüfung verwendeten Kugeln werden 1 Stunde bei Raumtemperatur
in gesättigtem H.S-Wasser gelagert. Dann wird getrocknet und die Druckfestigkeit
der gleichen Öle wie unter a) bestimmt.
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c) Die Kugeln werden 1/8 Stunde bei 100°C mit 30%iger HBPos behandelt,
rasch getrocknet und wie bei b) weiter verfahren.
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d) Die Kugeln werden in 20%iger HN03 bei Raumtemperatur 5 Sekunden
lang eingetaucht, sofort mit H80 abgespült und getrocknet. Dann wird weiter wie
unter b) verfahren. , e) Die Kugeln werden 90 Minuten lang in 80%iger Essigsäure
bei 95°C gelagert, abgespült, getrocknet und wie unter b) verfahren.
| Behandlung VICA-Schweißbelastung in kg |
| Grundöl I Grundöl -I- M0$$ |
| a) . . . . . . . . . . 380 bis 400 480 bis 500 |
| b) . . . . . . . . . . 380 bis 400 600 bis 650 |
| c) . . . . . . . . . . . 400 bis 420 750 bis 800 |
| d) . . . . . . . . . . 400 bis 420 800 bis 850 |
| e) . . . . . . . . . . . 380 bis 400 500 bis 550 |
Beispiel 2 a) Die Druckfestigkeit eines schwefelhaltigenGrundöles der Viskosität
15°E/50°C wird mit oder ohne Zusatz von 2 Gewichtsprozent MoSE auf dem VKA ermittelt.
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b) Die Prüfkörper werden in gesättigter Natronlauge 1 Stunde lang
bei 110°C gelagert. Dann wird rasch getrocknet und der VKA-Wert der beiden Prüföle
wie unter a) bestimmt.
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c) Die Prüfkörper werden mit technischem Triäthanolamin 2 bis 3 Stunden
behandelt (200 bis 210°C) und weiter wie unter b) verfahren.
| Behandlung VKA-Schweißbelastung in kg |
| Grundöl I Grundöl + MoS$ |
| a) . . . . . . . . . . 440 bis 460 480 bis 500 |
| b) . . . . . . . . . . 600 bis 650 700 bis 750 |
| c) . . . . . . . . . . . 550 bis 600 700 bis 750 |
Beispiel 3 a) Es wird mit einem Grundöl 6,5°E/50°C mit üblichem Lager ein Wieland-Versuch
durchgeführt. Der gleiche Versuch wird mit einem Zusatz von 1% MoSB unternommen.
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b) Zwei Wieland-Lager (Welle und beide Lagerschalen) werden mit einer
Lösung von Schwermetallphosphaten in verdünnter H3P04 während 5 Minuten bei 95°C
behandelt. Dann wird heiß gespült und rasch getrocknet. Mit diesem Lager werden
die gleichen Öle wie unter a) getestet.
| AWM Belastung in kg |
| Behandlung Grundöl Grundöl -h MoS$ |
| ohne MoSa |
| a) . . . . . . . . 250 1500 + 10 Minuten) |
| b) . .. . . . . . 1500 1500 -I- 40 Minuten**) |
| *) Wellenriß, Lageroberfläche glatt, jedoch nur teilweise mit |
| einer sichtbaren Grenzschicht bedeckt, einige Rillen. |
| **) Dauerlauf, nach dieser Laufzeit abgebrochen; Lagerober- |
| fläche vollkommen poliert erscheinend. Durchweg mit einer |
| dunklen fest haftenden Grenzschicht bedeckt. |
Beispiel 4 a) VKA-Kugeln werden 3 Stunden lang in einer Schmelze von NaES - 9 #
H20 bei 130°C gelagert, dann abgespült und getrocknet. Mit diesen Kugeln wird unter
Verwendung des gleichen Grundöles, wie unter 1 genannt, ein VKA-Test durchgeführt.
b)
VKA-Kugeln. werden 2 Minuten lang in einer Schmelze von KHS04 bei
120'C belassen
und weiter wie unter a) verfahren. Behandlung VKA-Schweißbelastung in kg Grundöl
ohne MoSa ( Grundöl mit MOSE a) . . . . . . . . . . 400 bis 420 700 bis 750 b) .
. . . . . . . . . 420 bis 440 700 bis 750 Beispiel 5 Die VKA-Prüfkugeln werden 4
Stunden bei 200 bis 210°C in flüssigen Schwefel gelegt. Dann werden sie mit Schwefelkohlenstoff
abgewaschen und getrocknet. Die Versuche wurden mit dem Grundöl aus Beispiel 1 durchgeführt.
VKA-Schweißbelastung in kg Grundöl ohne MoSz . . . . . . . . . . . . . 420 bis 440
Grundöl mit MoSa . . . . . . . . . . . . . . . . . 750 bis 800