DE1594446A1

DE1594446A1 - Schmiermittel fuer Chromstahl

Info

Publication number: DE1594446A1
Application number: DE19651594446
Authority: DE
Inventors: Owens Robert Stephen; Roberts Richard William
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-12-21
Filing date: 1965-12-18
Publication date: 1969-08-21
Also published as: FR1460439A; GB1120828A; JPS4942884B1

Description

Die Erfindung "betrifft die Verwendung vor verbesserten Schmiemitteln für verschiedene Piachen, von denen wenigstens eine aus chromhaltigen Stahl besteht, und die sich zeitweilig unter sehr hohem Druck berühren. Die Erfindung ist speziell auf die Vorwendung einer neuen Klasse von Schmiermitteln, die Donator-Akseptor-Komplexe (ladungsübergangs-Komplexe - "Charge Transfer-Komplexe") von Jod und aromatischen Verbindungen sind, Tür die Sehn Lerung von Ohr oma t ahle η gerichtet. Meoe öcliniermittel erwiesen sich als besonders vorteilhaft in solchen Füllen, in denen neue Iletrallflachen erzeugt werben, oder in denen eine hohe Belastung zwischen den aufeinanderlaufenden Teilen vorhanden ist, oder in denen starker Verschleiß insbesondere in Fällen der GrensSchmierung unter hohem Kontaktdruck zwischen den aufeinanderlaufenden Teilen ein Problem lot. Diese Schniernittel können entweder allein oder als Susatzstoffe in Kombination mit anderen bekannten Schmiermitteln auf Kohlenwasserstoff basis, die die gev/ünachte Schrnerviskoaität haben, s.S. Mineralöle, in Form von Lösungen oclpr nit Verdickungsmittel!! unter Bildung von Fetten usw. verwendet werden«

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_ 2. —

El' \/urden bereits Versuche unterno* men, chromhaltige 3tähle, naolistehend kura als Chromstähle bezeichnet, in Fällen :',u schmieren, bei denen holier Druckkontakt zwischen clei.. bewerten Teil und dem tragenden Teil vorliegt» Beisjjielsv.eiae vmrde eine Schmierung in Fällen versucht, in denen eine der Oberflächen aus Chromstahl besteht, 3.B. aus einem Stahl, der wenigstens 1,2 Ge\v_o-j> Chrom enthält, insbesondere im Falle der allgemein alo nichtrostende Stähle bekannten Chromstähle, beispielsweise Stähle und legierte Stähle mit wenigstens 4$ Chrom (Reihe AeItSd. 500) und allgemein wenigstens 11',J Chrom (Reihen AoI.S₀I. 200, 300 und 400). Me Schmierung solcher Flächen i3t besonders schwierig in Fällen, in denen Höchstdruckbedingungen vorliegen. Diese Bedingungen können 3ich unter Grenzschmierbedingungen ergeben, d.h. bei tatsächlichem Kontakt von Festatoff zu Feststoff, wie dies beispielsweise bei einem Lager vor der Bildung eines hydrodynamischen Sehmierfilms der Fall ist, insbesondere wenn die Lagerfläche im Verhältnis zu der zu tragenden Belastung klein ist oder wenn neue fente Oberflächen gebildet werden, ?,,B. beim Formen durch Ziehen durch einen Siehstein, beim Schneiden, z.B. auf der Drehbank oder beim Stanzen, beim Preaaen, Ziehen, Strangpressen, Drehen, Kaltwalzen, beim Polieren, z.B. durch läppen, Glanzschleifen, bei langsam aufeinander gleitenden Teilen usw. Der Einfachheit halber wird diese Art der Schmierung nachstehend als Grenzschmierung unter Höchstdruck oder Ilöchstdruck-Grenzschraierung bezeichnet. Unter diesen Bedingungen hat 3ich gezeigt, daß Chromstähle, insbesondere nichtrostende Stähle, sehr schwierig v,u schmieren sind, v/eil die Chromstahlflachen bei der Grenzschmierung unter Höchatdruckbedingungen 3elbst bei größter Vorsicht zu fressen oder sich festzusetzen pflegen. Soweit der Anmelderin bekannt, ist bisher kein Schmiermittel bekannt geworden, das den Anforderungen der Höchstdruck-Grenzschmierung von Chromstählen, insbesondere nichtrostenden Stählen, genügte

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BAD ORiGiNAL

Die l'atsaclie, daiJ die ocinnerung von Chromstählen ein einzigartigeG und "bisher wenig beherrschtes Problem darstellt, wird bei der Schmierung von Chromstahllagerzapfen deutlich, die in regulären Verbundlagern rotieren. Hierüber wurde von P.HoDawson und FoFidler in A₉E.I₀ Engineering 2_t 54-02 (1962) berichtete "Bei Dampfturbinen ist durch das Bestreben :iur Anwendung höherer Dampftemperaturen die Verwendung von Ohroinstahlrotoren sehr erwünscht gewordene Die Enden dieser Rotoren sind die Drehachse, die vow Lager getragen wird. Durch übermäßigen Abrieb und starken Verschleiß des Drehzapfens fiel das lager aus. Diese Ausfalle treten bei Cliromstalilrotoren auf, die mehr als 1 fj-ewo-'^ Chrom enthalten, aber nicht bei Rotoren n.it V/> Chrom oder weiiiger. Das Problem ist so ernst, daß vor seiner Lösung Chronist alilrotoren nit mehr als 1-.5 Chron nicht verwendet werden können, es sei denn, daß umständliche und kostspielige Maßnahmen ergriffen werden, z.B. stärkerer ülfluß durch das Lager, Verwendung von Hagnetfiltern, Verwendung von FlußStahlauskleidungen an der Sehleißflache von Dichtungen usw., aber auch durch diese Vorsichtsmaßnahmen wird das Problem nicht vollständig gelöst. Umfangreiche Unteröuchungen haben ergeben, daß der Lagerausfall die Folge eines sich selbst fortpflanzenden Verschleißprosesses ist, der durch die Bildung von Eisencarbidteilchen ausgelöst wird, die teilweise in das Lager eingebettet werden, wodurch dann extremer Verschleiß des Lagerzapfens verursacht wird. flenn eine solche Erscheinung eintritt, üben diese eingebetteten Teilchen einen sehr hohen Druck auf den Rotor aus. Man könnte annehmen, daß hierdurch nur eine einzige Verschleißrille an dieser Stelle gebildet wird. Dies ist jedoch nicht der Fall, es sei denn, die Erscheinung wird sofort entdeckt, sobald sie eintritt. Andernfalls findet ein sich selbst fortpflanzender, destruktiver Verschleißprozess statt, der den gesamten Lagerzapfen erfasst und zu vollständigem Ausfall führt« Es ist noch nicht geklärt, welche Rolle das Chrom bei dieser Reaktion spielt. Wenn die Ausfälle nur 909834/1189

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auf die Bildung von Eisencarbid zurückzuführen wären, würden sie ebenso leicht bei cliromfreien Stählen und bei Rotoren aus chromarmem Stahl eintreten. Vielleicht wirkt das G-;roia als Katalysator für die Bildung des Eisencarbids. V/o die Ursache auch liegen mag, die Schmierung von Chromstählen ist ein ernstes und kritisches Problem, daa gelöst v/erden muß ο

Überraachenderweise wurde gefunden, daß Donator-Akzeptor-Komplexe von Jod und aromatischen Verbindungen selbst unter Hochdruckbedingungen, wie sie bei Dampfturbinen auftreten, äLs Schmiermittel zwischen zwei aufeinanderlaufendeη Flächen verwendet werden können, von denen wenigstens eine aus Chromstahl mit wenigstens 1,2 Gew₀-?o Chrom besteht, oder daß diese Komplexe als Zusatzstoffe zu anderen bekannten Schmiermitteln, z.B. Mineralölen von Schmierviskosität, Schmierfetten usw_o, verwendet werden können, denen sie verbesserte Grenzschmiereigenschaften unter Höohstdruckbedingungen verleihen_e Wenn diese Jod-Donator-Akzeptor-Komplexe zur Schmierung der Ghromstahlfläche oder -flächen verwendet werden, ist festzustellen, daß der Reibungskoeffizient verringert und die Neigung zum Pressen, insbesondere unter hohen Lagerbelastungen und bei Höchstdruck-Gfcenzschmierbedingungen, wesentlich verringert wird. Auch wenn die Grenzachmierbedingungen später durch hydrodynamische Schmierbedingungen beispielsweise zwischen einem rotierenden Teil und einem Lager gewöhnlich nach vollständigem Anfahren der Maschine abgelöst v/erden, ist die hohe Belastung des Lagers noch vorhandene Die erfindungsgemäßen Schmiermittel sind unter diesen Bedingungen sehr zufriedenstellend. Sie können gegebenenfalls auch an Stelle der normalen Schmiermittel verwendet werden, wenn die genannten Bedingungen nicht vorliegen_e Die Tatsache, daß eine Fläche sich in Gegenwart der genannten Komplexe über eine andere Pläohe bewegt, verleiht der Chromstahlfläche in vielen Fällen sehr hohe Glätte, wodurch weiterhin die Leichtigkeit erhöht wird, mit der die

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BAD ORIGJNAU

gemäß der Erfindung verwendeten Schmiermittel zum Schmiervorgang beitragen können,,

Die Tatsache, daß die gemäß der Erfindung verwendeten Jod-Donator-Akzeptor-Komplexe als Schmiermittel für diese versohieVien Klassen von Werkstoffen verwendet werden können und besonders vorteilhaft als Schmiermittel unter den verschiedensten Bedingungen für zwei aufeinanderlaufende Iletallflachen sind, von denen wenigstens eine aus Chromstahl und insbesondere aus nichtrostendem Stahl besteht, war völlig überraschend und in keiner Weise zu erwarten. Bs wurde ferner festgestellt, daß diese Komplexe für die Schmierung von Titan und Titanlegierungen verwendet werden können. Bei Verwendung dieser Komplexe zur Schmierung von Chromstählen unter üblichen Cfrenzschmierbedingungen wurde der Reibungskoeffizient, der bei Verwendung eines Öls von 150 SUS 0,2-0,28 .betrug, mit einem Jod-Donator-Akzeptor-Komplex mit Anisol, der 3,3$ Jod enthielt, auf 0,17-0,2 und bei Verwendung dieses gleichen Komplexes als 2O;5ige Lösung in dem Öl von 150 SUS auf 0,16-0,19 gesenkt. Die maximale Versciileißtiefe betrug in jedem Pail 25, 7,5 bzw. 0,5 Ά, Diese Verbesserungen waren zwar bedeutend und erfreulich, jedoch nicht so hervorragend wie die Ergebnisse, die erzielt wurden, wenn die gleichen Schmiermittel bei Titan verwendet wurden. Angesichts' dieser Ergebnisse war die Peststellung überrasehend, daß die gemäß der Erfindung verwendeten Schmiermittel zu einer so starken Verringerung des Verschleißes von Chromstählen mit wenigstens 1,2>5 Chrom unter Höchstdruckbedingungen führten und sich daher zur Schmierung dieser Chromstähle unter diesen Bedingungen eigneten.

Die gemäß der Erfindung verwendeten neuen Scliniemittel sind Donator-Akzeptor-Komplexe von Jod und aromatischen Verbindungen. \/enn Jod in gewissen organischen Flüssigkeiten gelöst wird, bildet es einen Donator-Akzeptor-Komplex. Die organische Verbindung ist ein Elektronendonator, der ein Elektron an das Jod abgibt, so daß die organische Verbindung

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positiv und. das Jod negativ geladen wird, wobei ein sog. Donator-Akzeptor-Komplex von Jod und organischer Verbindung gebildet v/ird. Donator-Akzeptor-Komplexe von Jod mit festen aromatischen Verbindungen sind ebenfalls möglich und können entweder aus der geschmolzenen aromatischen Verbindung oder aus einer lösung der festen aromatischen Verbindung in einem Lösungsmittel, das gegebenenfalls ebenfalls einen Donator-Akzeptor-Komplex mit Jod bilden kann, hergestellt werden. Die Donator-Akzeptor-Komplexe von Jod mit aromatischen Verbindungen sind wohlbekannt. Die gemäß der Erfindung als Schmiermittel für Chromstähle verwendeten speziellen Komplexe zwischen Jod und aromatischen Verbindungen lassen sich leicht dadurch identifizieren, daß sie §ige starke Ultraviolettabsorption in der Nähe von 3^000 XvAind eine sichtbare Absorption in der Nähe von 5000Xyhaben,, Diese Absorption ist bei Jod in einem Lösungsr.ittel, das nicht den Donator-Akzeptor-Konplex bildet, und bei den aromatischen Molekülen selbst nicht vorhanden.

Soweit der Ani.ielflerin bekannt, sind alle aromatischen Verbindungen, und zwar sowohl die substituierten als auch die unsubstituierten, in der Lage, Donator-Akzeptor-Komplexe nit Jod zu bilden. Zu diesen aromatischen Verbindungen gehören die vollständig aronatischen Kohlenwasserstoffe, z.B_e Benzol, Naphthalin, Diphenyl, Anthracen, I-henanthren, Fluoranthren, Pyren,Ghrysen, Haphthacen, einschließlich der

aromatischen Kohlenwasserstoffe mit aliphatischen Subatituenten, ζ*Β. Toluol, Xylol, Mesitylen, Hexamethylbenzol, Athylbenzol, Propylbenzol, 3utylbenzol, Octylbenzol, die Methylnaphthaline, Acenaphthen, Fluoren, Inden, sowie die aromatischen heterocyclischen Verbindungen, z_eB. Thiophen, Pyridin, die Picoline, Chinolin, Isochinolin, Chinaldin, Indol, Acridin, Carbazol, Diphenyloxyd, ferner die vorstehend genannten Verbindungen, in denen ein oder mehrere Wasserstoff atome beispielsweise durch Halogen, primäre, sekundäre und tertiäre Aminogruppen, Sulfamoylgruppen, Sulfogruppen,

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Nitrogruppen und Estergruppen substituiert sind, wie CarboaHkoxy, Carboaroxy, Sulfoalkoxy, Carboxyl, Carbonyl, Sulfonyl, z.B. Sulfonsäureester, Hydroxyl oder Äther. Für normale Anwendungen werden vorzugsweise hydrophobe aromatische Verbindungen verwendet, d_oh. aromatische Verbindungen, die keine hydrolysierbaren und ionisierbaren Substituenten enthalten, da solche Gruppen in Gegenwart von ',fässer, wenn dieses in das Schmiermittel eingeführt wird, Anfressung und Korrosion dftr Ketallflachen zu verursachen pflegen. Bs gibt jedoch viele Anwendungen für Schmiermittel, bei denen Wasser ausgeschlossen ist, so daß diese Substituenten keinerlei Schwierigkeiten in der Verwendung dieser aromatischen Verbindungen als Sciiraiermittel in Form eines Donator-Akzeptor-Konplexes mit Jod verursachen. 'Yeitere aromatische Verbindüngen, die Donator-Akzeptor-Komplexe mit Jod bilden, sind beispielsweise in den bereits genannten Literaturstellen und den darin angeführten Literaturstellen sowie in anderen Veröffentlichungen beschrieben,, Die aromatischen Verbindungen, die zur Bildung des Donator-Akzeptor-Komplexes mit Jod verwendet werden, müssen unter den Bedingungen, denen sie c-als Komponente des Schmiermittels unterworfen werden, stabil sein, d.h. sie dürfen sich nicht spontan zersetzen oder in nachteiliger Weise mit den Flächen, mit denen sie in Berührung sind, reagieren.

- Donator-Akzeptor-Komplexe, die bei der Umgebungstemperatur der Anwendung flüssig sind, können als solche als Schmiermittel für Chromstähle und außerdem ebenso wie die normalerweise festen Donator-Akzeptor-Komplexe von Jod mit aromatischen Verbindungen in Lösung verwendet werden. Die zur Auflösung dieser Komplexe verwendeten Lösungsmittel können bloße Verdünnungsmittel Bein, oder sie können ebenfalls Donator-Akzeptor-Konplexe mit Jod bilden, oder sie können Kohlenwasserstofföle mit SchmierviBkosität sein. Bei Verwendung eines Lösungsmittels ist dieses vorzugsweise ein Kohlenwasserstofföl, z.B· ein von Mineralölen mit Schmier-

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•ag»

Viskosität erhaltenes öl· Die Komplexe oder ihre Lösungen können allein oder mit Verdickungsmittel zur Bildung von Fetten oder mit anderen Zusätzen, wie Viskositätsstabilisatoren, Fließpunkterniedrigern oder Hoohdruckzusätzen, verwendet werden»

Zur Bildung der Donator-Akzeptor-Komplexe mit Jod werden vorzugsweise aromatische Verbindungen der Benzolreihe verwendet, da sie leicht erhältlich und bei Raumtemperatur flüssig sind. Wenn die Konplexe allein verwendet werden sollen, wird eine aromatische Verbindung mit einem solchen Siedepunkt gewählt, daß sie unter den Gebrauchsbedingungen nicht schneller verdampft, als dies bei dtn speziellen Verwendungszweck in Kauf genommen werden kann. Gemische einer oder mehrerer aromatischer Verbindungen, die mit Jod Donetor-Akiseptor-Komplexe bilden, können zur Herstellung von Schmiermitteln verwendet werden, die speziell· Eigenschaften "nach Maß" haben, und diese Komplexe können ebenfalls allein oder in einem Lösungsmittel, das keinen Donator-Akzeptor-Komplex bildet, gebraucht werden·

Wenn Metallflächen aufeinander laufen, während sich ein Schmiermittel zwischen ihnen befindet, kann ein geschlossener Schmierfilm vorhanden sein, der die beiden Flächen trennt, oder es können unterschiedlicht Grade halbflUssiger Reibung, d.h. unvollständiger Grenzsohmierung oder Mischreibung vorliegen· Der erstgenannte Zustand liegt bei hydrodynamischer Schmierung vor, während der letztgenannte Zustand charakteristisch für Höchstdruck- und/oder Grenzsohmierung ist· Vollständige hydrodynamisch· Schmierung kann unter gewiesen idealen Bedingungen, di· in Lagern vorliegen, erzielt werden, aber sie wird durch Faktoren, wie die Gestalt der beiden festen Flächen, die auf sie ausgeübte Belastung und die relative Geschwindigkeit des einen Teils zum anderen beeinflußt· Jedoch treten selbst unter diesen Bedingungen Grenzsohmierprobleme während des Still·

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setzens und Anfahren« auf, und vom praktischen Standpunkt aus wird eine vollkommene hydrodynamische Sohmitrung nur annäherungsweise erreicht. Sehr erwünaoht ist daher die Möglichkeit, die (Jrenaechmierung zu verbessern·

Die gemäß der Erfindung verwendeten Verbindungen verbessern die Schmierung von ewei festen, aufeinander laufenden Flächen, wenn wenigstens eine dieser Flächen aus Chromstahl besteht. Die andere Fläohe kann durch ein Metall gebildet werden, das zur herstellung von Bauteilen dient, z.B. Biaen, Molybdän, Silber, Kupfer, Beryllium, Wolfram, Magnesium, . Titan, Zirkon, Chrom, nickel, Kobalt, Aluminium, Zinn und verschiedene Legierungen. Typische Beispiele von Legierungen sind Stähle, Messing, die verschiedenen Legierungen von Magnesium, Kobalt, Zink, Zirkon, Beryllium, Aluminium, Eisen(zoB.. nichtrostende Stähle), Die anderen Oberflächen können durch Holz, Kunststoffteile, Schichtstoffe oder spezielle Werkstoffe, wie Sintermetall, G-raphit, mit Graphit imprägnierte Ί/eichlegierungen, ζ,ΰ. Lagermetall, oder sehr harte 'Werkstoffe, z.B. IJe tall carbid β oder nitride, gebildet werdenο

normalerweise bestehen beim Bau von Apparaturen, bei denen eine feste Fläche sich relativ zu einer anderen Fläche bewegt, beide feste Flächen aus dem gleichen Werkstoff, wenn der Verschleiß bei beiden Teilen gleich sein soll, oder eine dieser Flächen wird durch einen Werkstoff gebildet, der v/eicher ist als der andere Werkstoff, wenn der Verschleiß praktisch ausschließlich beir weicheren Teil liegen soll. Dies ist gewöhnlich der Fall, wenn ein Teil leichter auszuwechseln ist als das andere oder ein Teil durch das andere geschnitten oder verformt wird.

Eine Festlegung auf eine Theorie ist zwar nicht beabsichtigt, jedoch wird angenommen, daß die Donator-Akzeptor-Komplexe von Jod mit aromatischen Verbindungen Chromstähle deshalb zu schmieren vermögen, weil die aromatische Verbin-

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dung das Jod so aktivitrt, daß es in irgendeiner Weist mit dem Chrom oder mit dem Eisen im Chromstahl so au reagieren vermag, daß ein Schmierfilm gebildet wird, der den Reibungskoeffizienten verringert und die Neigung des Chromstahls zu fressen oder übermäßig stark zu verschleißen, stark verringert oder ausgeschaltet wird. In zweiter Linie erfüllt die aromatische Verbindung auch die Aufgabe, diese Schicht gegen atmosphärischen Angriff, der sie zerstören würde, zu schützen. Das als Donator-Akzeptor-Komplex anwesende Jod darf daher nur in einer Menge vorliegen, die genügt, um diese Schicht auf der Reibfläche der Chromstähle zu bilden und urn genügend Jod nachzuliefern, das diese Schicht neu bildet, wenn es sich un eine Anwendung handelt, bei der neue Flächen gebildet werden, wenn die alte Flache abgetragen iat. B3 wurde festgestellt, daß bereits 0,03/S Jod, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bciimiorriittels, ausreicht, aber bei Anwendungen, bei denen das Selmiermittel für extrem lange Zeit verwendet werden muß, beträgt die Jodinenge vorzugsweise wenigstens V₁* bis hinauf zu der Konzentration, die die Sättigungskonzentration des Jods im 'Schmiermittel darstellt. Da die Fähigkeit aromatischer Verbindungen, Jod zu lfis en, unterschiedlich ist, muß in Fällen, in denen eine extrem hohe Jodkonzentration gewünscht wird, eine aromaticehe Verbindung gewählt weraen, die in der Lage ist, eine gewünschte Jodmenge zu lösen und den Donator-Akzeptor-Komplex mit ihr zu bilden. \/enn das Schmiermittel in einer Atmosphäre verwendet wird, die 'Jasnerdampf enthält, muß eine aromatische Verbindung gewählt werden, die hydrophobe Eigenschaften hat,um maximalen Schutz des durch das Jod gebildeten Schmierfilms sicherzustellen.

Der Annahme, daß das Jod in aktiverter Form vorliegen muß, wie dies beim Donator-Akzeptor-Komplex der Fall ist, liegt die Tatsache zu Grunde, daß bei Auflösung von Jod in einer organischen Verbindung, die keinen Donator-Akzeptor-Komplex bildet, aueh in Fällen, in denen die organisohe Verbindung

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·. 11 -

ein Schmiermittel mit Schmierviekosität, e.B. ein Mineralöl iet, ein solches Schmiermittel für die Schmierung von Chrometählen völlig ungeeignet iet. Es i3t somit offeneichtlioh, daß die Fähigkeit, Chromstähle zu schmieren, nicht durch die bloße Anwesenheit von Jod bedingt ist,sondern nur durch Jod in Form eines Donator-Akzeptor-Komplexeβ mit einer aromatischen Verbindung erzielt werden kann. Diese Feststellung ermöglicht erstmals die Verwendung der verschiedensten Chromstähle für die Herstellung von lagern und ähnlichen Flächen, da, soweit der Anmelderin bekannt, vor dieser Erfindung keine Methode bekannt war, den Verschleiß und das Fressen von lagerflächen aus diesen Werkstoffen zu verhindern, es sei denn durch Anwendung indirekter Methoden oder durch Verwendung sehr teurer und nicht leicht verfügbarer Werkstoffe. Die gemäß der Erfindung verwendeten Donator-Akzeptor-Komplexe von Jod oder Gemische dieser Komplexe können auoh bei der Verformung von Chromstählen beispielsweise durch Ziehen, Drehen oder Strangpressen verwendet werden·

Bei den verschiedenen Chromstählen, die mit den gemäß der Erfindung verwendeten Donator-Akeeptor-Komplexen des Jode geschmiert werden können, handelt ·β eich um legierte Stähl· mit wenigstens 1»2?£ Chrom* Typische Beispiele solcher Chromstähl· sind die nichtrostenden Stähle, die nioht korrosionebeständigen Stähl·, die legierten Stähl« mit bis zu 10Ji Chrom, die martensitisohen und ferritischen nichtrostenden Stähle, die austenitisohen nichtrostenden Stähl·, die niokelreicheren austenitieohen Legierungen und die aushärtbaren nichtrostenden Stähle·

Typisch für Mineral- oder Kohlenwasserstofföle von Schmierviekoeität sind di« aus Erdöl erhaltenen Kohlenwasserstoff-Schmierstoffe. Diese Produkte haben normalerweise Viskositäten im Bereich von 25-10000 Saybolt-Universal-Sekunden (S.U.S.). Sie können aus einem Einzelkohlenwasseretoff be-

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stehen, sind jedoch gewöhnlich Kohlenwasserstoffgemische.

Die gemäß der Erfindung verwendeten Produkte sind flüssige bis feste Stoffe. Die Feststoffe sind bei Auflöeung in Sohmierölen in der Lage, je nach Zusammensetzung und Konzentration Flüssigkeiten und Fette mit Sohmiereigenschaften zu bilden. Um die für Schmierfette gewünschte Konsistenz leichter zu erzielen, können Füllstoffe, die keine Sohleifwirkung aufweisen, zugesetzt werden. Geeignet sind beispielsweise Kieselsäuregel, Ruß, Diatomeenerde, Molybdänsulfid, Zinnsulfid, Graphit usw. Zur Erzeugung einer Gelstruktur können Seifen oder andere Stoffe eingearbeitet werden. Zur Herstellung brauchbarer Schmierstoffe können ferner Gemische dieser Materialien zugesetzt werden. Besonders vorteilhafte Seifen sind die Metallseifen, z.B. die Alkali- und Erdalkaliseifen der fettsäuren, jedoch sind auch andere Seifen geeignet, z.B. Zink-, Zinn-, Blei-.und Kupferseifen der Fettsäuren· Besonders vorteilhafte Schmierfette können aus Lithiumstearat oder lithiumhydroxystearat hergestellt werden. Diese Fette können nach beliebigen bekannten Methoden hergestellt werden. Gute Fette können erhalten werden, indem man lediglich den Donator-Akzeptor-Komplex des Jods, ein Schmieröl und eine Seife bei Raumtemperatur mischt. Gegebenenfalls können den erfindungsgemäßen Schmierstoffen Stookpunktserniedriger, Stabilisatoren oder Inhibitoren zugesetzt werden·

In den folgenden Beispielen beziehen sich die Prozentsätze auf das Gewicht.

Allgemeines Verfahren

Um die Fähigkeit des Donator-Akzeptor-Komplexeβ des Jods und einer aromatischen Verbindung zu ermitteln, zwei aufeinander laufende Flächen, von denen wenigstens eine durch Cteromstahl gebildet wird, einwandfrei zu schmieren, wurde der folgende Test durchgeführt:

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BAD ORIGfNAL

Zwei sich gegenüber stehende V-Blöoke, bei denen eine 90°- V-Hut von 3fO5 cm Tiefe in die flache Fläche eines Zylinders von 12,8 mm Durchmesser und 1,05 cm Höhe eingearbeitet ist, werden gegen einen Stift von 64 mm Durchmesser gepresst, der sich mit einer konstanten Drehzahl von 290 UpM dreht, während die V-Blöcke und der Stift in ein Bad des Schmiermittels bei Umgebungstemperatur getauoht sind. Die Belastung auf die V-Blöoke wird durch Hebelarme ausgeübt und mit einem Meßgerät gemessen, das so geeicht ist, daß es die Gesamtbelastung in Pounds, die direkt auf die Flächen der V-Blöcke einwirkt, anzeigt. Gleichseitig ist ein Meßgerät vorgesehen, das die Größe des Drehmoments anzeigt,das durch den Stift auf die V-Blöoke ausgeübt wird. Bei gewissen Versuchen wurde eine konstante Belastung von 90,7 kg ausgeübt und die Größe des Verschleißes während einer Zeit von 10 Minuten bestimmt. Je geringer der Verschleiß, um so besser das Schmiermittel. Bei anderen Versuchen wurde die Belastung in.konstanten Stufen gesteigert, bis das Reibungsdrehmoment so hoch war, daß der den Stift drehende Motor zum Stillstand gebracht wurde (etwa 53 cmkg).. Dies wird_ als Freßbelastung oder maximal erreichbare Belastung bezeichnet. Je h2her die maximal erreichbare Belastung, um so besser das Schmiermittel.

Unter Verwendung dieser Apparatur wurden die in den folgenden Beispielen genannten Ergebnisse ermittelt. Die Zusammensetzung· der Prüfkörper, des Schmiermittels und die erhaltenen Ergebnisse sind in den Beispielen genannt. Die Versuche wurden bei Raumtemperatur (etwa 25⁰C) durchgeführt.

Beispiel 1

In Tabelle I ist die in der beschriebenen Weise ermittelte maximale Belastbarkeit bei Verwendung der folgenden Schmiermittel angegeben: a) Handelsübliches Schmieröl (Spindelöl) mit 150 S.U.S., b) Donator^-Akzeptor-Komplex von Jod und Anisol mit 3$ Jod und c) 20#ige lösung von b) in a) (0,6$£ Jod, bezogen auf Gesamtschmiermittel). Beide V-Blöoke

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und der Stift bestanden aus den genannten nichtrostenden Stählen.

Tabelle I

Nichtrostender q+oVli	Öl	Komplex	Öl + Komplex
ü τ» anx (A.I.S.I.-Type)
430	91	910	612
320	113	748	748
304	113	590	340
321	113	748	544

Bei Verwendung eines Donator—Akzeptor—Komplexes von Jod und Benzol an Stelle des Komplexes von Jod und Anisol zum Schmieren des nichtrostenden Stahls Type 430 betrug die Belastbarkeit 737 kg. Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten bei Verwendung von Donator-Akzeptor-Komplexen des Jods mit !Toluol, Xylol, Mesitylen, Inden, Äthylbenzol, Cumol, p'-Cymol, Butylbenzol und Isodurol. Die Donator-Akzeptor-Komplexe von Jod mit Durol, Hexamethylbenzol, Diphenyl, Diphenylmethan und Diphenyläther können ebenfalls verwendet werden, da sie jedoch bei Raumtemperatur fest sind, müssen sie bei erhöhten Temperaturen, bei denen sie flüssig sind, oder ale Lösung, die bei der angewendeten Temperatur flüssig ist, verwendet werden.

Beispiel 2

Dieses Beispiel veranschaulicht, daß nur eine sehr geringe Jodmenge in der Größenordnung von 0,03^ im Schmiermittel vorhanden sein muß. Die maximale Belastbarkeit wurde ebenso wie in Beispiel 1 bestimmt. Zwei nichtrostende Stähle (A.I.SeI. 347 und 440 C) und ein nicht-korrosionsbeständiger Stahl (A.I.S.I. E 52100) mit einem Standardohromgehalt von 1,2-1,65$ wurden verwendet. Die Jodkonzentration wurde verändert, indem die entsprechende llenge des Komplexes von Jod und Anisol, der 6ji Jod enthielt, zu einem klaren Mineralöl 909834/1189

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von 100 S.U.S. gegeben wurde, das keine Zusätze enthielt, um die angegebene, auf das Gesamtschmiermittel bezogene JjDdkonzentration zu erhalten. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle II genannt.

Tabelle II

Nichtrostender	0	rf	Jod im	3	Schmiermittel	,13	0,32	0,64	1,29
Stahl (A.I.S.I.-Type)	140,6	0,03	0,06	0	907	850	782	726
347	227	488	746		116	1122	1061	1077
404 C	431	726	885	1	925	1202	1361	1361
E 52100	635	703
	Beispiel

Dieses Beispiel vergleicht die Belastbarkeit der folgenden Selimierstof f e ι

A) Zusatsfreies klares Mineralöl 100 S.TJ.S. B) Öl A mit 2?i Zink-di-(C,₂-_i6-alkyl)-dithiophosphat

(handelsüblicher Höchstdruckzusatz für Schmiermittel) _t

C) Öl A mit 2jC Tricre sy !phosphat (handelsüblicher Höchstdruckzusatz) ,

D) Handelsübliches Öl mit 4# chemisch gebundenem Chlor und 3rf chemisch gebundem Schwefel, empfohlen als Sehneidöl, und

E) Öl A mit etwa. 2j6 eines Donator-Akzeptor-Komplexes von Anisol und 65S Jod entsprechend 0,1¥/° Jodgehalt, bezogen auf Gesamtschmiermittel.

Die Ergebnisse sind in Tabelle III genannt.

	Tabelle III	909834/1189	113
Schmiermittel		BAD ORIGINAL	113
A	Maximale Belastbarkeit	113
B.		408
C		896
D
E

Die V-Blöcke und der Stift beistanden im vorliegenden Fall aus nichtrostendem Stahl A.I.S.I. 302«,

Beispiel 4

Mr die V-Blöcke und den Stift wurde nichtrostender Stahl A.I»S.I. 321 verwendet» Sin handelsübliches Sciuiieri.i-ittel, das Höchstdruckzusätze enthielt, wurde rit einen Mineralöl von 100 S.U.3. verglichen, dem etwa 5'j eines Donator-Akzeptor-Komplexes von Anisol und Jod nit 6$ Jod entsprechend einem Jodgehalt des Schinietstoffs von 0,32$ zugesetzt worden war. Bei Verwendung des handelsüblichen Schnierüls trat bei einer Belastung von 113 kg sofort starkes Pressen an den V-Blöcken und Stiften auf, während dao Schmiermittel, das den Donator-Akzeptor-Konplex des Jods enthielt, ein maximales Daruckaufnahrievermögen von 907 kg hatte. !.lit dem letztgenanrten Schmiermittel wurde, ein weiterer Versuch durchgeführt, bei dein zunächst eine Belastung von 680 kg ausgeübt wurde, bevor der Stift gedreht wurde, d.h. die Drehung des Stiftes begann unler dieser Belastung. Nach etwa 3 I.Iinuten trat kein Anzeichen von Fressen auf. Die Prüfung des Stiftes zeigte nur sehr wenig Verschleiß und kein Anzeichen einer Anfressung.

3eispiel 5

Die V-Blöcke und Stifte bestanden aus nichtrostendem Stahl A.I.S.I. 410, der den Chromgehalt von nichtrostenden Stählen hat, die normalerweise für Turbinenläufer verwendet werden. Die folgenden Sciuniemittel wurden geprüft:

A) Zusatzfreies klares Mineralöl 100 S.U.S.

B) Eutektisches Geraisch von 63»5^ Diphenyläther und 26,5'* Diphenyl.

0) Donator-Akzeptor-Komplex von B) mit 3$ Jod,

D) lösung von 20?» 0) in A) entsprechend einer Jodkonzentration von 0,6# in Gesamtschmierstoff.

E) Lösung von etwa 2<f» des 6# Jod enthaltenden Donator-Akzeptor-Komplexes von Anisol in A) entsprechend einer

Jodkonzentration von 0,13',· im Schmiermittel.

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BAD ORIGINAL "

F) Schmiermittel 3), jedoch mit etwa 5'/* des Komplexes entsprechend, einer Jodkonkientration von 0,32?· im Sciimierniittel und

G-) Schmiermittel S), jedoch mit etwa 10^5 des Komplexes eircsprechond einer Jodkonzentration von 0,64?« im ,'je hr:i ü rmi 11 e 1.

Jie maxiniale Belastbarkeit ist in Tabelle IV angegeben»

	Tabelle IV	Belastung
;j c hrni e r mi 11 e 1	272
A	113
B	1202
0	1202
D	930
E	987
F	998
G

Ahnliche Ergebnisse werfen erhalten, wenn Diphenyl oder Diphenyläther allein an Stelle des Gemisches der beiden Verbindungen beim vorstehend beschriebenen Test verwendet wird. Da sie jedoch beide bei Raumtemperatur fest sind, werden sie vorzugsweise oberhalb ihres Schmelzpunktes oder als Lösungen im Mineralöl verwendet. Ebenso können die halogenierten Diphenyle und halogenieren Diphenylather, z.B. Ghlor-, Brom- und FluordiphenyIe, Chlor-, Brom- und Fluordiphenyläther entweder allein oder al3 Gemische an Stelle von Diphenyl oder Diphenylether oder in LIischung damit verwendet werden. Die chlorierten Diphenyle und die chlorierten Diphenyläther v/erden bevorzugt, da sie im Handels als Flüssigkeiten erhältlich sind, die Gemische von Komponenten mit verschiedenem Chlorgehalt sind, nämlich Gemische von Llonoehlordiphenyl und Diohlordiphenyl, Gemische von Monochlordiphenyl, Dichlordiphenyl und Trichlordiphenyl, Gemische von Diohlordiphenyl und Trichlorbiphenyl, Gemische von Monochlordiphenyl, Monochlordiphenyläther, Dichlordiphenyl und Dichlordiphenyläther usw»

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Beispiel 6

Dieses Beispiel veranschaulicht, wie stark der Verschleiß durch die erfindungsgemäßen Sohraiernittel verringert wird₀ Die V-31öcke und der Stift "bestanden aus nichtrostendem Stahl A.I.S.I. 347. Die Schmiermittel A und E von Beispiel 3 wurden verwendet. Der Test wurde auf die beschriebene .7ei3e 10 l.Iinuten bei einer konstanten Belastung von 91 kg, die das Maximum für das Schmiermittel A war, ohne Yeraagen durchgeführt. Beim Schmiermittel 3 wurde der Versuch 10 Minuten bei einer konstanten Belastung von 91 kg und 680 kg durchgeführt. Die Stifte wurden vor und nach dem Test gewogen, um den Verlust durch Verschleiß in g zu ermitteln« Die Ergebnisse sind in Tabelle V genannt.

	Tabelle V	Gewichtsverlust, g
Schmiermittel	Belastung	0,6531 0,0013 0,0162
A E E	91 91 680

In den vorstehenden Beispielen wurden viele erfindungsgemäße Produkte beschrieben, die als Schmiermittel verwendet werden können. Ebenso gute Ergebnisse wurden erhalten, wenn andere Verbindungen, die unter den Begriff des Donator-Akzeptor-Komplexes von Jod nit aromatischen Verbindungen fallen, verwendet wurden. Durch die Beispiele wurden ferner zahlreiche llethoden veranschaulicht, nach denen die gemäß der Erfindung verwendeten Komplexe nit anderen Stoffen unter Erzielung hervorragender Schmierstoffe gemischt werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Schmiermittel für Chromstahl, gekennzeichnet durch den Gehalt eines Donator-Akzeptor-Komplexes von Jod und einer aromatischen Verbindung in einer solchen Menge, daß der Jod-Gehalt des Schmiermittels mindestens 0,OJ , vorzugsweise mindestens 1 Gew.%, beträgt.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komplex aus Jod und einem aromatischen Kohlenwasserstoff verwendet wird.

3. Schmiermittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatische Verbindungen Diphenyl und/ oder Diphenyläther verwendet werden.

4. Schmiermittel nach den Ansprüchen 1 - 3# dadurch gekennzeichnet, daß als aromatische Verbindungen halogenierte Diphenyle und/oder halogenierte Diphenyläther verwendet werden.

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