DE1769332A1 - Schmieremulsion zum Metallwalzen - Google Patents

Schmieremulsion zum Metallwalzen

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DE1769332A1
DE1769332A1 DE19681769332 DE1769332A DE1769332A1 DE 1769332 A1 DE1769332 A1 DE 1769332A1 DE 19681769332 DE19681769332 DE 19681769332 DE 1769332 A DE1769332 A DE 1769332A DE 1769332 A1 DE1769332 A1 DE 1769332A1
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DE
Germany
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oil
water
emulsion
aromatic
emulsions
Prior art date
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Pending
Application number
DE19681769332
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English (en)
Inventor
Davis Robert Hall
Armstrong Eldon Lester
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Oil Corp
Original Assignee
Mobil Oil Corp
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Publication date
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    • B21B45/0239—Lubricating
    • B21B45/0242—Lubricants
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Description

Schmieremulsion zum Metallwalze».
Die Erfindung betrifft ein Eaiulsionssehmiermittel für Metallwalzarbeitsgänge, speziell ein Verfahren zum Kaltwalzen nicht-eisenhaltiger Metalle, insbesondere von Aluminiumlegierungen, unter Verwendung wäßriger Emulsionen, die ein aromatisches Schmiermittel enthalten»
In der britischen Patentschrift 892 565 ist ein Verfahren zum Walzen von Metallen unter Verwendung aromatischer Kohlenwasserstoffe beschrieben. In der französischen Patentschrift 980 058 sind spezifische alkylierte aromatische Kohlenwasserstoffe zur Verwendung beim Metallwalzen beschrieben. Diese Patentschriften befassen sich mit der Verwendung von Kohlenwasserstoffen in nicht belasteter Form, wobei festgestellt wird, daß sie Nicht-Fleckenbildungs- und -Belastbarkeits-Eigenschaften besitzen. Die Belastbarkeitseigenschaften und
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Eigenschaften der Nicht-Fleckenbildung sind für Walzölschmiermittel wichtig bei Metallwalzarbeitsgängen. Jedoch ist von gleicher Wichtigkeit mit diesen Kriterien die Kühlwirksamkeit der Walzöle. Metalle, die extremen Drucken unter hohen Temperaturen ausgesetzt sind, insbesondere bei der Kaltquerschnittsverminderung, können unerwünschte Änderungen der metallurgischen Eigenschaften erleiden. Weiterhin kann die Verwendung von ölen, die zu einer ungleichmäßigen Kühlung nicht fähig sind, Änderungen des Walzendurchmessers verursachen, die so weit gehen können, daß die Abmessungen des fertigen Werkstückes nicht mehr befriedigen. Infolgedessen müssen die Arbeitsgänge wiederholt werden oder die Metalle müssen verschrottet werden. Bis jetzt wurde kein Schmiermittel, das eine hohe Kühlwirksamkeit besitzt und gleichzeitig nicht-fleckenbildend ist, zum Kaltwalzen von Aluminiumlegierungen gefunden.
Es wurde jetzt festgestellt, daß öl-in-Wasse?· oder Wasser-in-Öl-Emulsionen hervorragend hierzu geeignet sind, die 5 bis 99 Gew.-# Wasser und 95 bis 1 Gew.-# einer aromatischen Verbindung mit 12 bis 40 Kohlenstoffatomen der formel
(Ar)-Rn
worin Ar einen aromatischen Kohlenwasserstoff mit 1 bis 3 aromatischen Ringen, R eine Alkylgruppe mit 3 bis 20 Kohlenetoffatomen und η die Zahl 1 bis zu der Zahl der verfügbaren Stellungen von Ar, vorzugsweise 1 bis 2 bedeuten, enthalten. Die Gruppe Ar kann aus Phenyl-, Diphenyl-, Naphthalin- oder Anthracenylgruppen bestehen. Die Gruppen R können gleich oder unter-
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schiedlich sein, falls η größer als 1 ist. Die bevorzugte Anzahl der Alkylkohlenstoffatome des Restes R liegt im Bereich von 6 bis 16, so daß, falls η die Zahl 1 bedeutet, die kleinste Gruppierung R bevorzugt aus der Hexylgruppe besteht. Die erfindungsgemäßen Emulsionen können hergestellt werden, indem die Emulgatoren zu der alkylierten aromatischen Verbindung zugegeben werden und dann dieses Gemisch mit der entsprechenden Menge Wasser unter Anwendung bekannter Emulgierverfahren vereinigt wird» Im*allgemeinen ist ein einfaches Rühren ausreichend. Die Konzentration des Wassers liegt zwischen 5 und 99 %: 5 bis etwa 50 # für Wasser-in-Öl-Emulsionen und 50 bis etwa 99 # für Öl-in-Wasser-Emulsionen. Die Öl-in-Wasser-Emulsionen sind ausgezeichnete Kühlmittel, Sie behalten eine ausreichende Schmierfähigkeit bei, um zufriedenstellende Walzarbeitsgänge zu erlauben und sie sind nicht-fleckenbildend. Wenn die organische Verbindung den überwiegenden Anteil ausmacht, hat die erhaltene Wasser-in-öl-Emulsion eine ausgezeichnete Belastbarkeit und bessere Kühleigenschaften als die Verbindungen als solche oder nicht-emulgierte Verbindungen, und x diese Emulsionen sind relativ nicht-fleckenbildend.
, Die im Rahmen der Erfindung verwendeten Emulgatoren sind hinsichtlich spezieller Klassen nicht beschränkt. Die meisten handelsüblichen Emulgatoren sind zur Herstellung der Emulsionsschmiermittel gemäß der Erfindung geeignet und hierzu gehören kationische, anionische und nicht-ionische. öl-in-Wasser-Emul-
mit einer sionen werden aus Emulgatoren/HLB-Zahl von über 6 hergestellt,
während Wasser-in-Öl-Emulsionen aus Emulgatoren mit einer HLB-
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Zahl von 2 bis 6 erhalten werden. Zu den anionischen Emulgatoren gehören Alkali- und Erdalkali- und Amin-eulfonate, -phenolate und -phosphate sowie sich von Fettsäure ableitende Seifen. Die nicht-ionischen Emulgatoren umfassen Alkylenoxydaddukte von G*-bis CjQ-Alkylphenolen und von Polyolen und A'thern, die 2 bis 12 Mol Oxyd enthalten. Hochtemperatürstabilisatoren können ebenfalls vorhanden sein, um die Emulsionen während des Gebrauches aufrecht zu erhalten. Zu den nichtionischen Stabilisatoren gehören Alkylenoxydaddukte von Säuren, Amiden und Estern mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen· Die bevorzugten Mittel sind äthoxyliertes Nonylphenol (9 bis 10 Mol Äthoxygruppen) und äthoxylierter Oleyläther. (2 Mol Xthoxygruppen) für öl-in-Wasser-Systeme und äthoxyliertes Sorbitanmonooleat (mehr als 2 Mol Äthylenoxydgruppen) für Wasser-in-Öl-Systerne.
Die erfindungsgemäßen Emulsionen sind zum Kaltwalzen von nicht-eisenhaltigen Metallen, wie z.B. Aluminium, außergewöhnlich geeignet. Beim Aussetzen auf Temperaturen von 315 bis 345 0C (600 bis 65O0F), wie sie zum Anlassen von Aluminium zwecks Aufhebung von Kaltwalζspannungen verwendet werden, bildeten die bisher verwendeten Walzölschmiermittel nachteilige Rückstände oder Lacke auf dem Metall, die es verboten, das fertige Metall direkt zu verkaufen. Mineralöl ist dieser Art Schädigung zugänglich. Selbst bestimmte alkylaromatische Verbindungen können, so wie sie sind, längeren Zeiträumen bei 315 0C (60O0F) nicht widerstehen. Es wurde festgestellt, daß
10 9 8 j 'J /IJbI
viele hiervon sich verändern und Flecken hinterlassen. Überraschenderweise sind die erfindungsgemäßen Emulsionen praktisch vollständig frei von Pleckenbildung.
Die bevorzugten Alkylaromaten enthalten 1 oder 2 6-gliedrige Ringe* Die an den aromatischen Kernen stehenden Alkylseitenketten können 3 bis 20 und vorzugsweise 6 bis 16 Kohlenstoff atome enthalten. Jedoch sollte die Gesamtzahl der Kohlenstoff atome im Molekül nicht weniger als 12 betragen und 40 nicht übersteigen. Dodecylbenzol und Monononylnaphthalin werden am stärksten bevorzugtf da diese Verbindungen in handelsüblichen Mengen am leichtesten zugänglich sind. Mischungen von aromatischen Alkylverbindungen können ebenfalls verwendet werden. Weiterhin erwiesen sich die Emulsionen gemäß der Erfindung so wirksam, daß sogar kleinere Anteile eines Mineralöls darin geduldet werden können. Der bevorzugte Bereich des Mineralöls bei diesen Massen liegt im Bereich von 1 bis 30 Gew.-% der Gesamtmenge der ölphase. .
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiterhin.
Beispiel 1
Öl-in-Wasser-Emulsionen wurden aus folgender Emulgatormasse hergestellt: 50 Gew.-# äthoxyliertes Nonylphenol (9 bis 10 Mol Äthoxygruppen), 40 Gew.-% äthoxylierter 01eylather (2 Mol Äthoxygruppen) und 10 Gew.-1» Cyclohexanol. Diese Masse wurde einer Reihe von ölen, die die aromatischen Alkylverbindungen enthielten, in einer Konzentration von 5 Gew.-i» bei 49 0C (1200P) zugesetzt. Das erhaltene "lösliche öl11 wurde mit
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Wasser in einem Gewichteverhältnis von 1 Teil löslichem öl auf 8 Seile Wasser vereinigt. Bekannte Verfahren zur Bildung der Emulsion wurden bei der Herstellung jeder Emulsionsprohe angewandt·
Beispiel 2
Wasser-in-Öl-Emulsionen wurden durch Zusatz von 0,25 Gew.-$> eines Polyoxyäthylensorbitanmonooleats und 0,25 Gew.-?6 Sorbitanmonoöleat zu einer Reihe von Grundölen hergestellt. Die erhaltenen öle wurden mit Wasser in einem Gewichtsverhältnis von 4 Teilen "lösliches öl" auf 1 Teil Wasser vereinigt.
Sie Emulsionen der Beispiele 1 und 2 wurden bei einem Aluminiumfleckenversuch untersucht. Eine Anzahl kaltgewalzter Aluminiumplatten wurde gereinigt und getrocknet. Über die Oberfläche wurden 0,8 ml der Versuchsemulsion als Überzug gebreitet. Die Platten wurden in einem elektrischen Muffelofen, der bei etwa 343 0C (65O0F) gehalten wurde, während 30 Minuten gehalten. Die Platten wurden dann entnommen und auf Fleckenbildung untersucht. 5 Standardplatten wurden zum Vergleich verwendet, wobei die Versuchsproben mit Zahlenstandardwerten beurteilt wurden. Bei der Bewertungsskala von 1 bis 5 bedeutet eine Bewertung von 1 keine Fleckenbildung und 5 bedeutet starke Fleckenbildung·
Die Ergebnisse für die Öl-in-Wasser-Emulsionen sind in der Tabelle I aufgeführt, während diejenigen für Wasser-in-Öl-Emulsionen in der Tabelle II aufgeführt sind.
1 0 9 8 3 0 / 1 3 5 1
Tabelle I Grundöl Fleckenbildungsbewertung
a) Dodecylbenzol^ ' 1
b) Dodecylbenzol*2' 2
c) Monononylnaphthal in* ^ ' 1
d) Dinonylnaphthalin 2
·) Mineralöl**' 5
f) Minerals^5* 4
(1) Yerzweigtkettigi spezifisches Gewicht bei 15,6 °C/15,6 0C: 0,8639ϊ Bromzahl 0,11
(2) Geradkettig; spezifisches Gewicht bei 15,60G j 0,859; 40,3 % G12-, 38,4^C11-, 14,4 ^ O10-, 6,7 ^C13- und 0,2 96 014-llkylketten
(3) Enthält 15 bis 25 Gew.-?6 Dinonylnaphthalin
(4) Paraffinöl, 130 SUS bei 37,8 0C
(5) SO/SO-Paraffin-Zlfaphtheiiöl, 44,8 SÜS bei 37,8 0C
Die Grundöle der Versuche d) und e) wurden ebenfalls nur als öl beim Pleckenbildungsversuch verwendet und ergaben beide Bewertungen von 5. Aus diesen Werten zeigt es sich, daß selbst bestimmte aromatische AlkylTerbindungen, wenn sie allein verwendet werden, als Schmiermittel unwirksam sind.
tabelle II Grundgl fleckenblldungsbewertun^
g) Dodecylbenzol^1' 1
h) Monononylnaphthalin^' 2
i) Mineralöl^5^ 5
1.098 jO/1351
(1) Verzweigtkettig; spezifisches Gewicht bei 15 , 6°C/15,60C:
0,8639; Bromzahl 0,11
(3) Enthält 15 bis 25 Gew.-# Dinonylnaphthalin (5) 50/50-Paraffin-ZKaphthenöl, 44,8 SUS bei 37,8 0C
Beispiel 3
Eine Öl-in-Wasser-Emulsion wurde durch Vereinigung von 1 Gewichtsteil eines Gemisches im gleichen Gewichtsverhältnis von Dodecylbenzol und Monononylnaphthalin als Grundflüssigkeit und 5 Gew.-# der Emulgatormasse nach Beispiel 1 mit 8 Gewichtsteilen Wasser hergestellt. Die erhaltene Emulsion stellt ein zufriedenstellendes Schmiermittel zum Kaltwalzen von Aluminiumlegierungen dar.
Beispiel 4
Eine Emulsion wurde in gleicher Weise wie die Wasser-in-Öl-Emulsion nach Beispiel 2 hergestellt. In diesem Fall enthielt die Grundflüssigkeit 80 Gew.-^ Monononylnaphthalin und 20 Gew.-^ eines paraffinischen, lösungsmittelraffinierten Mineralöls. Die Emulgatormasse und die Wasserkonzentration waren wie in Beispiel 2. Die erhaltene Emulsion stellt ein zufriedenstellendes Schmiermittel für Metallwalzarbeitsgänge dar.
Verschiedene erfindungsgemäße Emulsionen wurden mittels des inneren Gewindebildungeversuches untersucht. Bei diesen Versuchen werden Spannungen simuliert, die während des tatsächlichen Metallwalzarbeitsganges auftreten.
1 O 9 C . : 3 5 I
Beispiel 5
Eine Anzahl Öl-in-Wasser-Emulsionen wurde durch Vereinigung eines Gemisches von 87,5 Gewicht steilen* eines Grundmediums, 10 Gewichtsteilen Pelargonsäure und 2,5 Gewichtsteilen eines äthoxylierten Talgölamins (2 Mol A'thoxygruppen) mit Wasser hergestellt. Das Gewichtsverhältnis des ölgemisches zu Wasser beträgt 1:8.
Beim inneren Gewindebildungsversuch wurden die Emulsionen zum Schmieren des Eindrehens eines Loches in ein Metall ohne Schneiden des Metalles verwendet. Das Metallwerkstück bestand aus Aluminium 7075 und die Lochgröße beträgt 5,9 mm (0,228 inch). Der Gewindekopf wird im Loch mit 410 U.p.m. rotiert. Das gemessene Drehmoment wird als Wirksamkeit in folgender Weise bewertet:
E= 100A/B #
worin ijdie Wirksamkeit, A das durchschnittliche Drehmoment irgendeines Standardbezugsöles und B das durchschnittliche Drehmoment des Öles der Versuchsprobe ist. Ein Wert von oder darunter zeigt an, daß das Versuchsöl gleich ο der schlechter als der Bezugsstandard ist. Als Standard wurde eine handelsübliche Mineralöl-in-Wasser-Emulsion verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt.
1 0 ü θ ·?7 1 3 5 1
- 10 - 1769332
Tabelle III
Grundöl Gew.-Teile E
j) Mineralöl"^ 87,5 103
k) Dodecylbenzol 87,5 131
1) Monononylbenzol 87,5 143
m) Dodecylbenzol 17,5
Honononylnaphthalin 52,5 140
Mineralöl"^ 17,5
+ ) Paraffinöl, 35 SUS bei 37,8 0C
Aus den vorstehenden Werten ergibt sich, daß die Emulsionsschmiermittel gemäß der Erfindung erfolgreich zum Walzen von Metallen verwendet werden können, insbesondere, wenn beim Verfahren-eine Temperungs- oder Anlaßstufe bei etwa 315 bis 345 "C zur Anwendung kommt.
1 0 y 8 J 9 / I 3 5 1

Claims (5)

Patentansprüche
1.) Schmiermittelmasse zum Metallwalzen, die alkylierte aromatische Verbindungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel in Porm einer Emulsion aus 5 bis 99 Gew,-# Wasser und 95 bis 1 Gew.-^ einer aromatischen Alkylverbindung, die 1 bis 5 aromatische Ringe besitzt und 12 bis 40 Kohlenstoffatome enthält, vorliegt und die Emulsion einen Emulgator enthält.
2.) Masse nach Anspruch 1,* dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Wassers 50 bis 90 Gew.-# beträgt.
3.) Hasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von aromatischen Alkylverbindungen, die sich von Benzol und/oder Naphthalin ableiten, verwendet wird.
4.) Masse nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß jede Alkylgruppe 3 bis 20 Kohlenstoffatome enthält.
5.) Masse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in der Masse ein Mineralöl vorliegt, wobei Mineralöl und aromatische Alkylverbindung zusammen 1 bis 95 Ge-w»-Jt der Masse ausmachen.
10 98 j 97135 1
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