DE19949032A1 - Lubricant for metal processing with ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles - Google Patents

Lubricant for metal processing with ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles

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DE19949032A1
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lubricant
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Ilona Lange
Marcel Roth
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Cognis Deutschland GmbH and Co KG
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Abstract

An oil-based lubricant for metal machining which comprises 0.1 to 5 wt % ferromagnetic or ferrimagnetic particles based on the ready-to-use product, with a volume weighted average crystallite size ranging from 2 to 80 nm.

Description

Die Erfindung betrifft ölbasierte Schmiermittel für die Umformung oder die spanabhebende Bearbeitung von Metallen. Diese Schmiermittel werden als Kühlschmierstoff eingesetzt. Eine Verbesserung der Schmierwirkung gegenüber herkömmlichen Kühlschmierstoffen wird dadurch erreicht, daß die Schmierstoffe ferromagnetische oder ferrimagnetische Nanopartikel enthalten. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zum Umformen oder zur spanabhebenden Bearbeitung von Metallen, wobei als Kühlschmierstoff ölbasierte Schmiermittel eingesetzt werden, die ferromagnetische oder ferrimagnetische Nanopartikel enthalten.The invention relates to oil-based lubricants for forming or machining of metals. These lubricants are called Coolant used. An improvement in the lubricating effect compared conventional cooling lubricants is achieved in that the lubricants contain ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles. Furthermore concerns the invention method for forming or machining of metals, with oil-based lubricants used as cooling lubricants that contain ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles.

Schmiermittel, im weiteren auch als Kühlschmierstoffe bezeichnet, sind Zubereitungen/Gemische, die beim Schleifen oder Schneiden/Sägen, bei der Metallzerspanung und bei der Metallumformung zum Kühlen und Schmieren der Werkzeuge verwendet werden. Die wichtigsten Bearbeitungsverfahren unterscheiden sich durch die Art der Bewegungen, die das bearbeitete Teil und Werkzeug ausführen, durch die Geometrie der herzustellenden Teile und die Bearbeitungsparameter. Man unterscheidet beispielsweise Fräsen, Drehen, Bohren und Schleifen als spanabhebende Bearbeitungen sowie Walzen, Tiefziehen und Kaltfließpressen als spanlose Umformungen. Lubricants, hereinafter also referred to as cooling lubricants Preparations / mixtures used in grinding or cutting / sawing Metal cutting and metal forming for cooling and lubricating the Tools are used. The main machining processes differ in the type of movements that the machined part and Execute tool through the geometry of the parts to be manufactured and the Machining parameters. A distinction is made between milling, turning, Drilling and grinding as machining and rolling, Deep drawing and cold extrusion as non-cutting formations.  

Das gemeinsame Prinzip der spanabhebenden Metallbearbeitungsverfahren ist, daß die Werkzeugschneide in das Material eingreift und dabei einen Span von der Oberfläche abhebt, so daß eine neue Oberfläche entsteht. Für die Zerteilung des Materials sind sehr hohe Drücke erforderlich. Durch die Verformung des Spans und durch die auftretende Reibung unter dem Druck entsteht Wärme, die das Werkstück, das Werkzeug und vor allem die Späne aufheizt.The common principle of metal cutting processes is that the cutting edge engages in the material and thereby a chip from the Surface lifts so that a new surface is created. For the division of the Very high pressures are required. Due to the deformation of the chip and the friction that occurs under pressure creates heat that the Workpiece that heats up the tool and above all the chips.

Die erwünschte Wirkung des Einsatzes von Kühlschmierstoffen ist daher die Senkung der Temperatur, die ansonsten in den Spänen z. B. bis auf 1000°C steigen kann, und die bei den hergestellten Teilen Einfluß auf die Maßhaltigkeit hat. Eine weitere Hauptaufgabe der Kühlschmierstoffe ist, die Standzeit der Werkzeuge zu verbessern, die unter dem Einfluß hoher Temperatur schnell ver­ schleißen. Durch Verwendung eines Kühlschmierstoffes wird die Rauhigkeit der Oberflächen vermindert, da der Schmierstoff Verschweißungen von Werkzeug und Werkstückoberfläche verhindert und das Anhaften von Partikeln vermeidet. Darüber hinaus übernimmt der Kühlschmierstoff die Aufgabe, die gebildeten Späne abzutransportieren.The desired effect of using cooling lubricants is therefore Lowering the temperature that would otherwise occur in the chips. B. up to 1000 ° C can increase, and the influence on the dimensional accuracy of the manufactured parts Has. Another main task of cooling lubricants is the service life of the To improve tools that ver quickly under the influence of high temperature wear out. By using a cooling lubricant, the roughness of the Reduced surfaces because the lubricant welds tools and Prevents workpiece surface and avoids particles from sticking. In addition, the cooling lubricant takes over the task, the educated Remove chips.

Mit der Neufassung der DIN 51385 Nr. 1 wurde eine eindeutige Benennung der Kühlschmierstoffe geschaffen, wobei von nichtwassermischbaren, wassermischbaren und von wassergemischten Kühlschmierstoffen die Rede ist. Nach DIN 51385 wird unter den Begriffen "wassergemischt" der Endzustand des fertigen Mediums (meistens Öl-in-Wasser-Emulsionen), unter "wassermischbar" jedoch der Zustand des Konzentrates verstanden.With the new version of DIN 51385 No. 1, the Cooling lubricants created, with non-water-miscible, water-miscible and water-mixed cooling lubricants. According to DIN 51385, the final state of the finished medium (mostly oil-in-water emulsions), under "water miscible" however understood the condition of the concentrate.

Wassergemischte Kühlschmierstoffe werden beim Verwender hergestellt durch Mischen eines Konzentrates des wassermischbaren Kühlschmierstoffs mit Betriebswasser. In der Regel werden ca. 5%ige wäßrige Emulsionen hergestellt. Vorteil dieses Kühlschmierstofftyps ist die gute Kühlwirkung, die auf den thermischen Eigenschaften des Wassers beruht. Durch die gute Kühlwirkung ist es möglich, sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeiten zu erreichen und damit die Produktivität von Maschinen zu steigern. Die Schmierwirkung der wassergemischten Kühlschmierstoffe reicht für die meisten Bearbeitungsverfahren in der spanabhebenden Fertigung aus. Ein weiterer Vorteil sind die niedrigen Kosten, die durch die mögliche Mischung des Konzentrates mit Wasser erreicht werden. Nachteil von wassergemischten Kühlschmierstoffen ist, daß sie gegen Fremdeinflüsse, insbesondere gegen den Befall durch Mikroorganismen empfindlich sind und daher mehr Kontrolle und Pflege erfordern als nicht wassermischbare Kühlsschmierstoffe wie beispielsweise Schneidöle, Schleiföle und Umformöle.Water-mixed cooling lubricants are manufactured by the user Mixing a concentrate of the water-miscible cooling lubricant with Process water. As a rule, approximately 5% aqueous emulsions are produced. The advantage of this type of cooling lubricant is the good cooling effect on the thermal properties of the water. Because of the good cooling effect it is possible to achieve very high working speeds and thus the Increase machine productivity. The lubricating effect of the water-mixed cooling lubricants are sufficient for most machining processes in machining production. Another advantage are the low ones Costs achieved by mixing the concentrate with water will. The disadvantage of water-mixed cooling lubricants is that they counteract External influences, especially against infestation by microorganisms are sensitive and therefore require more control and care than not water-miscible cooling lubricants such as cutting oils, grinding oils and forming oils.

Ein Überblick über die formgebenden Metallbearbeitungsprozesse und die hierfür üblicherweise verwendeten Hilfsmittel ist beispielsweise Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry, 5th Ed., Vol. A15, 479-486 zu entnehmen. Das Spektrum der Anbietungsformen der in Betracht kommenden Hilfsmittel reicht dabei von Ölen über Öl-in-Wasser-Emulsionen bis hin zu wäßrigen Lösungen.An overview of the shaping metalworking processes and the corresponding ones Commonly used aids are, for example, Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry, 5th Ed., Vol. A15, 479-486. The spectrum The forms of supply of the aids in question range from Oiling over oil-in-water emulsions up to aqueous solutions.

Nichtwassermischbare und wassermischbare Kühlschmierstoffe sind häufig auf Mineralöl aufgebaut. Die verwendeten Mineralölqualitäten sind überwiegend Kom­ binationen von paraffinischen, naphthenischen und aromatischen Koh­ lenwasserstoffverbindungen. Neben den Mineralölen haben auch sog. synthetische Schmiermittel ("synthetische Öle") wie Polyalphaolefine, Polyalkylenglykole und -glykolether, Dialkylether, Acetale, natürliche Esteröle sowie synthetische Ester und ihre Derivate Bedeutung.Non-water-miscible and water-miscible cooling lubricants are common Mineral oil built up. The mineral oil qualities used are mostly com combinations of paraffinic, naphthenic and aromatic Koh hydrogen compounds. In addition to mineral oils, so-called synthetic lubricants ("synthetic oils") such as polyalphaolefins, Polyalkylene glycols and glycol ethers, dialkyl ethers, acetals, natural ester oils as well as synthetic esters and their derivatives meaning.

Um die Anforderungen der Praxis erfüllen zu können, müssen Kühlschmierstoffe neben dem Grundöl verschiedene Komponenten enthalten. Die wichtigsten Substanzgruppen sind die Emulgatoren, Korrosionschutzzusätze, Biozide, EP- Zusätze, polare Zusätze, Antinebelzusätze, Alterungsschutzstoffe, Festschmierzu­ sätze und Entschäumer.In order to be able to meet practical requirements, cooling lubricants must be used contain various components in addition to the base oil. The most important Substance groups are the emulsifiers, anti-corrosion additives, biocides, EP- Additives, polar additives, anti-fog additives, anti-aging agents, solid lubricants sets and defoamers.

Emulgatoren (z. B. Tenside, Petroleumsulfonate, Alkaliseifen, Alkanolaminseifen) stabilisieren die feine Verteilung von Öltröpfchen in der wäßrigen Arbeitsflüssigkeit, die eine Öl-in-Wasser-Emulsion darstellt. Die Emulgatoren stellen mengenmäßig eine wichtige Gruppe an Zusatzstoffen bei den wassermischbaren Kühlschmierstoffen dar. Emulsifiers (e.g. surfactants, petroleum sulfonates, alkali soaps, alkanolamine soaps) stabilize the fine distribution of oil droplets in the aqueous Working fluid, which is an oil-in-water emulsion. The emulsifiers make up an important group of additives for the water-miscible cooling lubricants.  

Übliche Korosionsschutzzusätze (z. B. Alkanolamine und ihre Salze, Sulfonate, or­ ganische Borverbindungen, Fettsäureamide, Aminodicarbonsäuren, Phosphorsäureester, Thiophosphonsäureester, Dialkyldithiophosphate, Mono- und Dialkylarylsulfonate, Benzotriazole, Polyisobutenbernsteinsäurederivate) sollen das Rosten von Metalloberflächen verhindern. Einige Korrosionsschutzzusätze haben gleichzeitig emulgierende Eigenschaften und finden deshalb auch als Emulgator ihre Anwendung. Biozide (z. B. Phenol-Derivate, Form­ aldehydabkömmlinge, Kathon MW) sollen das Wachstum von Bakterien und Pilzen verhindern. EP-Zusätze (z. B. geschwefelte Fette und Öle, phosphorhaltige Verbindungen, chlororganische Verbindungen) sollen Mikroverschweißungen zwischen Metalloberflächen bei hohen Drücken und Temperaturen verhindern. Polare Zusätze (z. B. natürliche Fette und Öle, synthetische Ester) erhöhen die Schmierungseigenschaften. Alterungsschutzstoffe (z. B. organische Sulfide, Zinkdithiophosphate, aromatische Amine) gewährleisten eine lange Gebrauchsdauer der Kühlschmierstoffe.Common anti-corrosion additives (e.g. alkanolamines and their salts, sulfonates, or ganic boron compounds, fatty acid amides, aminodicarboxylic acids, Phosphoric acid esters, thiophosphonic acid esters, dialkyldithiophosphates, mono- and Dialkylarylsulfonates, benzotriazoles, polyisobutene succinic acid derivatives) should Prevent rusting of metal surfaces. Some anti-corrosion additives have emulsifying properties at the same time and are therefore also found as Emulsifier their application. Biocides (e.g. phenol derivatives, form aldehyde derivatives, Kathon MW) are said to grow bacteria and Prevent mushrooms. EP additives (e.g. sulfurized fats and oils, phosphorus-containing Compounds, organochlorine compounds) are said to be micro-welds between metal surfaces at high pressures and temperatures. Polar additives (e.g. natural fats and oils, synthetic esters) increase the Lubrication properties. Anti-aging agents (e.g. organic sulfides, Zinc dithiophosphates, aromatic amines) ensure a long life Service life of cooling lubricants.

Neben der Kühlwirkung liegt die zweite wichtige Funktion der Kühlschmierstoffe in der Schmierwirkung. Dabei beruht die Wirkung der schmierenden Komponenten auf der Bildung von Oberflächenschichten, die gegenüber dem Grundwerkstoff eine niedrigere Scherfestigkeit besitzen und damit Reibung und Verschleiß herabsetzen. Das Spektrum der Oberflächenzustände reicht dabei von adsorptiv gebundenen Schichten über Chemiesorption bis zu chemischen Reaktionsschichten, die einen festen Verbund zur Metalloberfläche erzeugen.In addition to the cooling effect, the second important function of the cooling lubricants is in the lubricating effect. The effect of the lubricating components is based on this on the formation of surface layers opposite the base material have a lower shear strength and thus friction and wear belittle. The spectrum of surface conditions ranges from adsorptive bound layers via chemical sorption to chemical Reaction layers that create a firm bond to the metal surface.

Die einfachste Form der Schmierstoffbelegung einer Oberfläche sind adsorptive Schmierstoffschichten. Sie werden beispielsweise durch Mineralöle ohne besondere Additive erzeugt. Die Bildung der Adsorptionsschichten kann durch Zusätze polarer Wirkstoffe wie Fettalkohole oder Fettester verstärkt werden. Dabei tritt über die rein physikalische Adsorption hinaus eine Wechselwirkung zwischen der Metalloberfläche und den Schmierstoffmolekülen ein, die zu einer partiellen chemiesorptiven Bindung der Fettalkohole oder der Fettester führt. The simplest form of lubricant coating on a surface is adsorptive Lubricant layers. They are, for example, without mineral oils produces special additives. The formation of the adsorption layers can by Additions of polar active ingredients such as fatty alcohols or fatty esters can be strengthened. Here there is an interaction between the physical adsorption the metal surface and the lubricant molecules leading to a partial leads to chemisorptive binding of fatty alcohols or fatty esters.  

Typische Vertreter chemiesorptiver Schmierstoff-Schichtbildner sind Fettsäuren. Die hydrophile Carboxylgruppe wird durch Reaktion mit den Metallatomen chemisch an die Metalloberfläche gebunden und der hydrophobe Kohlenwasserstoffrest richtet sich senkrecht zur Oberfläche aus. Die erhöhte Haftfestigkeit der chemiesorptiven Schicht verbessert zwar das Druckaufnahmevermögen gegenüber rein adsorptiven Schmierstoffschichten, reicht jedoch für viele Fälle der Metallumformung zur Reib- und Verschleißminderung noch nicht aus. Hier bringen erst Beimengungen von EP- bzw. AW-Zusätzen (extreme pressure bzw. anti wear-Zusätze) eine hinreichende Verbesserung der Schmierleistung, so daß auch schwierige Umformprozesse ermöglicht werden. Hierbei handelt es sich in der Regel um Chlor-, Phosphor- oder Schwefelhaltige Wirkstoffe. Deren Wirkung beruht auf der Ausbildung von chemischen Reaktionsschichten in Form von Metallchloriden, Metallphosphaten oder Metallsulfiden. Aus Entsorgungsgründen besteht heute das Bestreben, auf Chlorhaltige EP-Zusätze nach Möglichkeit zu verzichten. Die an der Metalloberfläche gebildeten Reaktionsschichten wirken einerseits als Festschmierstoffschichten, die während des Umformvorganges ständig abgetragen und erneuert werden. Andererseits bilden Sie monomolekulare Oberflächenfilme, die weitere Schmierstoffkomponenten anlagern können.Typical representatives of chemisorptive lubricant film formers are fatty acids. The hydrophilic carboxyl group is formed by reaction with the metal atoms chemically bound to the metal surface and the hydrophobic Hydrocarbon residue is aligned perpendicular to the surface. The increased Adhesive strength of the chemisorptive layer does improve that Pressure absorption capacity compared to purely adsorptive lubricant layers, is sufficient for many cases of metal forming for friction and Wear reduction is not yet sufficient. Here are the additions of EP or AW additives (extreme pressure or anti wear additives) a sufficient Improvement of the lubrication performance, so that even difficult forming processes be made possible. These are usually chlorine, phosphorus or sulfur-containing active ingredients. Their effect is based on the training of chemical reaction layers in the form of metal chlorides, metal phosphates or metal sulfides. For disposal reasons, there is now an endeavor to If possible, avoid chlorine-containing EP additives. The on the Reaction layers formed on the metal surface act on the one hand as Solid lubricant layers that constantly during the forming process removed and renewed. On the other hand, they form monomolecular Surface films that can add other lubricant components.

Wassergemischte Kühlschmierstoffe stellen einen weit verbreiteten Kühlschmierstofftyp da. In der Praxis sind jedoch unterschiedliche wassergemischte Kühlschmierstoffe im Einsatz, um die unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Korrosionsschutz für die verschiedenen bearbeiteten Materialien, Schmierwirkung bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit, Standzeit und nicht zuletzt Arbeitsschutz und Umweltverhalten zu erfüllen.Water-mixed cooling lubricants represent a widespread Cooling lubricant type there. In practice, however, are different water-mixed cooling lubricants in use to the different Corrosion protection requirements for the various machined Materials, lubricating effect at high working speed, service life and not last to meet occupational safety and environmental behavior.

Durch den Einsatz von Nanopartikeln lassen sich die Schmiereigenschaften von herkömmlichen Schmiermitteln gezielt verbessern. In einem Artikel von Z. S. Hu, J. X. Dong, G. X Chen (Tribology Intern. Vol. 31, No 7, pp 355-360) wird der Einsatz von amorphem Eisenoxid mit einer Teilchengröße von 20-50 nm zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit und des Reibwertes beschrieben. Dieses Material wird über Trocknung unter superkritischen Bedingungen aus Ethanol erhalten.By using nanoparticles, the lubricating properties of targeted improvement of conventional lubricants. In an article by Z. S. Hu, J. X. Dong, G. X Chen (Tribology Intern. Vol. 31, No 7, pp 355-360) becomes the Use of amorphous iron oxide with a particle size of 20-50 nm for Improvement of the abrasion resistance and the coefficient of friction described. This Material is made from ethanol by drying under supercritical conditions receive.

In dem Patent WO 92/01872/US 5525246 wird Fe3O4 im Gemisch mit anderen Oxiden in einer Teilchengröße kleiner 2 µm eingesetzt. In WO 9114757 wird Eisenoxid in einer Konzentration von 1-30% und einer Teilchengröße von 10 µm beschrieben. JP 01083309/US 5468402 beschreibt den Einsatz von FeO und Fe3O4 (<10 µm) für hot rolling-Prozesse. Fe3O4 mit Teilchengrößen von 1-5 µm wird von SU 765344 in Konzentrationen von 8-15% als festes Schmiermittel für magnetisierbare Oberflächen beschrieben.In the patent WO 92/01872 / US 5525246, Fe 3 O 4 is used in a mixture with other oxides in a particle size smaller than 2 μm. WO 9114757 describes iron oxide in a concentration of 1-30% and a particle size of 10 μm. JP 01083309 / US 5468402 describes the use of FeO and Fe 3 O 4 (<10 µm) for hot rolling processes. Fe 3 O 4 with particle sizes of 1-5 µm is described by SU 765344 in concentrations of 8-15% as a solid lubricant for magnetizable surfaces.

Die Herstellung magnetischer Nanopartikel, die erwünschtenfalls mit einer Schicht organischer Moleküle belegt sein können, sowie ihre Verwendung zur Herstellung magnetischer Flüssigkeiten sind aus einer großen Zahl von Veröffentlichungen bekannt.The production of magnetic nanoparticles, if desired with a layer organic molecules can be documented, as well as their use for the production Magnetic liquids are from a large number of publications known.

Der Artikel V. S. Zaitsev, D. S. Filimonov, J. A. Presnyakov, R. J. Gambino, B. Chu: "Physical and Chemical Properties of Magnetite and Magnetite-Polymer Nanoparticles and Their Colloidal Dispersions", J. Colloid Interface Sci, 212, 49-57 (1999) befaßt sich mit Herstellung und Eigenschaften von polymer­ beschichteten Nanopartikeln aus Magnetit, die insbesondere als Kontrastmittel bei magnetischen Resonanzuntersuchungen eingesetzt werden können. Bei der Her­ stellung der Partikel, die auch nach einem kontinuierlichen Verfahren erfolgen kann, werden quaternäre Ammoniumsalze als Stabilisatoren eingesetzt. Bei geeigneter Wahl des Stabilisators werden wäßrige kolloide Suspensionen erhalten, die über Monate stabil sind. Separiert man die magnetischen Partikel und trocknet sie, können die erhaltenen Pulver unter Ultraschalleinwirkung wieder suspendiert werden. Eine Polymerbeschichtung erfolgt dadurch, daß man Acrylsäure und Hydroxyethylmethacrylat in Gegenwart der bereits vorgebildeten Nanopartikel polymerisiert.The article V. S. Zaitsev, D. S. Filimonov, J. A. Presnyakov, R. J. Gambino, B. Chu: "Physical and Chemical Properties of Magnetite and Magnetite-Polymer Nanoparticles and Their Colloidal Dispersions ", J. Colloid Interface Sci, 212, 49-57 (1999) deals with the production and properties of polymer coated nanoparticles made of magnetite, which are particularly useful as contrast agents magnetic resonance studies can be used. At the Her position of the particles, which also take place according to a continuous process can, quaternary ammonium salts are used as stabilizers. At A suitable choice of stabilizer is aqueous colloidal suspensions that are stable for months. Separate the magnetic particles and if it dries, the powders obtained can be exposed again to ultrasound be suspended. A polymer coating takes place in that Acrylic acid and hydroxyethyl methacrylate in the presence of those already pre-formed Polymerized nanoparticles.

Das deutsche Gebrauchsmuster DE-U-93 21 479 offenbart eine magnetische Flüssigkeit auf wäßriger Basis, wobei magnetische Eisenoxidteilchen, die vorzugsweise eine Größe von 5 bis 20 nm aufweisen, durch eine erste monomolekulare Adsorptionsschicht aus gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren und eine zweite Adsorptionsschicht aus oberflächenaktiven alkoxylierten Fettalkoholen stabilisiert sind.The German utility model DE-U-93 21 479 discloses a magnetic Water based liquid, being magnetic iron oxide particles which preferably have a size of 5 to 20 nm, by a first monomolecular adsorption layer made of saturated or unsaturated Fatty acids and a second adsorption layer of surface-active alkoxylated fatty alcohols are stabilized.

Die DE 199 23 625 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung redispergierbarer Metalloxide oder Metallhydroxide mit einer volumengewichteten mittleren Kristallitgröße zwischen 1 und 20 nm, wobei man aus wäßrigen Lösungen von Metallsalzen durch Anheben des pH-Wertes mit einer Base in Gegenwart polymerer Carbonsäuren Metallhydroxid oder Metalloxid ausfällt und zumindest einen Teil der wäßrigen Phse von dem erhaltenen Metalloxid oder Metallhydroxid abtrennt.DE 199 23 625 describes a process for producing redispersible Metal oxides or metal hydroxides with a volume weighted average Crystallite size between 1 and 20 nm, whereby from aqueous solutions of Metal salts by raising the pH with a base in the presence polymeric carboxylic acids metal hydroxide or metal oxide fails and at least part of the aqueous phase of the metal oxide or metal hydroxide obtained separates.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, Schmiermittel sowie diese verwendende Schmierverfahren zur Verfügung zu stellen, bei denen eine verbesserte Schmierwirkung erreicht wird.The present invention aims to use lubricants as well To provide lubrication methods that have improved Lubrication effect is achieved.

Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ölbasierte Schmiermittel für die Metallbearbeitung, die 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das anwendungsfertige Schmiermittel ferromagnetische oder ferrimagnetische Partikel mit einer volumengewichteten mittleren Kristallitgröße im Bereich von 2 bis 80 nm enthalten. Vorzugsweise liegt die volumengewichtete mittlere Kristallitgröße im Bereich von 8 bis 20 nm. Bei dem anwendungsfertigen Schmiermittel kann es sich um ein im wesentlichen wasserfreies Öl oder um eine Öl-in-Wasser-Emulsion handeln.In a first aspect, the invention relates to oil-based lubricants for the Metalworking, the 0.1 to 5 wt .-% based on the ready-to-use Lubricant with a ferromagnetic or ferrimagnetic particle volume-weighted average crystallite size in the range from 2 to 80 nm contain. The volume-weighted average crystallite size is preferably in Range from 8 to 20 nm. The ready-to-use lubricant can a substantially anhydrous oil or an oil-in-water emulsion act.

Die volumengewichtete mittlere Kristallitgröße ist mit Röntgenbeugungsverfahren, insbesondere über eine Scherrer-Analyse bestimmbar. Das Verfahren ist beispiels-weise beschrieben in: C. E. Krill, R. Birringer: "Measuring average grain sizes in nanocrystalline materials", Phil. Mag. A 77, S. 621 (1998). Demnach kann die volumengewichtete mittlere Kristallitgröße D bestimmt werden durch den Zusammenhang
D = Kλ/βcosθ.
The volume-weighted average crystallite size can be determined using X-ray diffraction methods, in particular using a Scherrer analysis. The method is described, for example, in: CE Krill, R. Birringer: "Measuring average grain sizes in nanocrystalline materials", Phil. Mag. A 77, p. 621 (1998). Accordingly, the volume-weighted average crystallite size D can be determined by the relationship
D = Kλ / βcosθ.

Dabei ist λ die Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung, β ist die volle Breite auf halber Höhe des Reflexes an der Beugungsposition 2θ. K ist eine Konstante der Größenordnung 1, deren genauer Wert von der Kristallform abhängt. Man kann diese Unbestimmtheit von K vermeiden, indem man die Linienverbreiterung als integrale Weite βi bestimmt, wobei βi definiert ist als die Fläche unter dem Röntgenbeugungsreflex, geteilt durch dessen maximaler Intensität I0:
Here λ is the wavelength of the X-ray radiation used, β is the full width at half the height of the reflection at the diffraction position 2θ. K is a constant of the order of 1, the exact value of which depends on the crystal shape. This indeterminacy of K can be avoided by determining the line broadening as an integral width β i , where β i is defined as the area under the X-ray diffraction reflex divided by its maximum intensity I 0 :

Dabei sind die Größen 2θ1 und 2θ2 die minimale und maximale Winkelposition des Bragg-Reflexes auf der 2θ-Achse. I(2θ) ist die gemessene Intensität des Reflexes als Funktion von 2θ. Unter Verwendung von diesem Zusammenhang ergibt sich als Gleichung zur Bestimmung der volumengewichteten mittleren Kristallitgröße D:
D = λ/βicosθ
The quantities 2θ 1 and 2θ 2 are the minimum and maximum angular position of the Bragg reflex on the 2θ axis. I (2θ) is the measured intensity of the reflection as a function of 2θ. Using this relationship, the following results as an equation for determining the volume-weighted average crystallite size D:
D = λ / β i cosθ

Wegen der verbesserten Dispergierbarkeit in der Ölphase setzt man vorzugsweise solche ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel ein, die eine hydrophobierende organische Beschichtung aufweisen. Eine solche hydrophobierende organische Beschichtung kann beispielsweise erreicht werden durch Belegen der Partikel mit organischen Sulfon- oder Phosphonsäuren oder mit Alkoholen, die jeweils einen Alkylrest mit einer solchen Kettenlänge tragen, daß die Oberflächen der Partikel hydrophobiert werden und die Dispergierbarkeit der Partikel in der Ölphase verbessert wird. Dies ist beispielsweise bei Alkylresten mit Kettenlängen im Bereich von 8 bis 22 C Atomen der Fall. Vorzugsweise setzt man jedoch solche ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel ein, deren hydrophobierende organische Beschichtung zumindest anteilig aus Carbonsäuren oder deren Anionen mit 8 bis 44, vorzugsweise mit 12 bis 22 C-Atomen besteht. Because of the improved dispersibility in the oil phase, preference is given to using such ferromagnetic or ferrimagnetic particles that a Have hydrophobic organic coating. Such Hydrophobic organic coating can be achieved, for example by coating the particles with organic sulfonic or phosphonic acids or with Alcohols, each carrying an alkyl radical with a chain length such that the surfaces of the particles are made hydrophobic and the dispersibility of the Particles in the oil phase is improved. This is the case, for example, with alkyl residues Chain lengths in the range of 8 to 22 C atoms. Preferably you bet however, such ferromagnetic or ferrimagnetic particles whose Hydrophobic organic coating at least partially made of carboxylic acids or whose anions consist of 8 to 44, preferably 12 to 22, carbon atoms.

Dies sind Kettenlängen, die man üblicherweise bei Fettsäuren oder sogenannten Dimerfettsäuren findet.These are chain lengths that you usually find with fatty acids or so-called Dimer fatty acids are found.

Die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel können ausgewählt sein aus jeweils dotiertem oder undotiertem Cobaltferrit, Manganferrit, Zinkferrit, Nickelferrit und γ-Fe2O3. Letzteres ist besonders bevorzugt.The ferromagnetic or ferrimagnetic particles can be selected from doped or undoped cobalt ferrite, manganese ferrite, zinc ferrite, nickel ferrite and γ-Fe 2 O 3 . The latter is particularly preferred.

Die Schmiermittel, in denen die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Nanopartikel dispergiert sind, können ein im wesentlichen wasserfreies Öl darstellen. Solche Öle sind auf dem betroffenen technischen Gebiet als Schneid- oder Umformöle bekannt. Sie können weitere Additive enthalten, wie sie einleitend beispielhaft angeführt wurden. Da die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Nanopartikel wesentlich zur Schmierwirkung beitragen, kann das als Schmiermittel eingesetzte Öl wesentlich weniger EP-Additive als üblich enthalten oder sogar frei von solchen Additiven sein.The lubricant in which the ferromagnetic or ferrimagnetic Nanoparticles dispersed can be a substantially anhydrous oil represent. Such oils are in the technical field concerned as cutting or forming oils known. They can contain other additives, as introductory were exemplified. Because the ferromagnetic or ferrimagnetic As a lubricant, nanoparticles can contribute significantly to the lubricating effect Oil used contains much less EP additives than usual or even free of such additives.

In einer alternativen Ausführungsform stellen die Schmiermittel eine Öl-in-Wasser- Emulsion dar, wobei die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel in der Ölphase dispergiert sind. Derartige Emulsionen werden üblicherweise dadurch hergestellt, daß man wasserarme oder wasserfreie Emulsionskonzentrate mit Wasser vermischt, wobei man üblicherweise pro Gewichtsteil Konzentrat 10 bis 50 Gewichtsteile Wasser verwendet. Im Sinne der Erfindung können zur Herstellung der Öl-in-Wasser-Emulsionen Emulsionskonzentrate verwendet werden, die sich von dem im Stand der Technik bekannten und kommerziell erhältlichen Konzentraten lediglich dadurch unterscheiden, daß sie ferromagnetische oder ferrimagnetische Nanopartikel enthalten. Ansonsten können die Emulsionskonzentrate und die hieraus herstellbaren Öl-in-Wasser-Emulsionen die auf dem betroffenen technischen Gebiet üblichen Komponenten enthalten, die vorstehend beispielhaft aufgezählt wurden. Jedoch kann auch in dieser Ausführungsform auf den Zusatz konventioneller EP-Additive zumindest weitgehend verzichtet werden. In an alternative embodiment, the lubricants are an oil-in-water Emulsion, the ferromagnetic or ferrimagnetic particles in the Oil phase are dispersed. Such emulsions are usually made prepared that with low or anhydrous emulsion concentrates Mixed water, usually 10 to 50 per part by weight of concentrate Parts by weight of water are used. For the purposes of the invention can be used for production of the oil-in-water emulsions are used from that known in the art and commercially available Only differentiate concentrates in that they are ferromagnetic or contain ferrimagnetic nanoparticles. Otherwise they can Emulsion concentrates and the oil-in-water emulsions that can be produced from them contain customary components in the technical area concerned, which were enumerated above by way of example. However, even in this Embodiment on the addition of conventional EP additives at least be largely dispensed with.  

Das als Schmierstoff verwendete Öl bzw. die Ölphase der Öl-in-Wasser- Emulsionen kann aus einem beliebigen Öl bestehen, wie es auf dem betroffenen Einsatzgebiet üblich ist. Beispielhaft genannt seien paraffinisches oder naphthenisches Mineralöl, synthetische Öle wie beispielsweise Polyolefine, Acetale oder Dialkylether oder Öl auf biologischer Basis, beispielsweise Esteröle, die in Pflanzen oder Tieren vorkommende Triglyceride oder Modifizierungsprodukte hiervon darstellen, Wachsester und Fettsäureester von Monoalkanolen mit 4 bis 12 C-Atomen, beispielsweise Talgfettsäure­ ethylhexylester oder umgeestertes Rapsöl, sowie Fettsäureester von Polyolen, wobei als Polyolkomponente insbesondere Trimethylolpropan verwendet werden kann. Selbstverständlich können auch Gemische derartiger Öle eingesetzt werden.The oil used as a lubricant or the oil phase of the oil-in-water Emulsions can consist of any oil as it is on the affected one Field of application is common. Paraffinic or naphthenic mineral oil, synthetic oils such as polyolefins, Acetals or dialkyl ethers or bio-based oil, for example ester oils, the triglycerides occurring in plants or animals or Modification products thereof, wax esters and fatty acid esters of Monoalkanols with 4 to 12 carbon atoms, for example tallow fatty acid ethylhexyl ester or transesterified rapeseed oil, and also fatty acid esters of polyols, in particular trimethylolpropane being used as the polyol component can. Mixtures of such oils can of course also be used will.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Dispersion von ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikeln mit einer volumengewichteten mittleren Kristallitgröße im Bereich von 2 bis 80 nm, vorzugsweise von 8 bis 20 nm in Öl zur Herstellung eines Schmiermittels gemäß der vorstehenden Beschreibung. Bezüglich der Herstellverfahren für derartige Partikel und ihre fakultative Oberflächenbeschichtung gelten die vorstehenden Ausführungen. Vorzugsweise verwendet man zur Herstellung der Schmiermittel eine Dispersion von ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikeln in Öl, die etwa 10 bis 35 Gew.-% der ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion enthält.The invention further relates to the use of a dispersion of ferromagnetic or ferrimagnetic particles with a volume weighted average crystallite size in the range from 2 to 80 nm, preferably from 8 to 20 nm in oil for the production of a lubricant according to the above Description. Regarding the manufacturing process for such particles and their optional surface coating, the above statements apply. A dispersion is preferably used to prepare the lubricants of ferromagnetic or ferrimagnetic particles in oil, which are about 10 to 35 % By weight of the ferromagnetic or ferrimagnetic particles based on the Contains total weight of the dispersion.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Verfahren zum Umformen oder zur spanabhebenden Bearbeitung von Metallen unter Verwendung eines Werkzeugs und eines ölbasierten Schmiermittels, wobei man ein ölbasiertes Schmiermittel wie vorstehend beschrieben einsetzt, das ferromagnetische oder ferrimagnetische Nanopartikel enthält. Beispiele für die genannten Arbeitsverfahren "Umformen" und spanabhebende Bearbeitung" wurden eingangs genannt. Another aspect of the invention lies in a method for forming or for machining metals using a Tool and an oil-based lubricant, being an oil-based Lubricant as described above, the ferromagnetic or contains ferrimagnetic nanoparticles. Examples of the above Working methods "forming" and machining "have been introduced called.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung zeigt sich dann, wenn das Werkzeug während des Umformens oder der spanabhebenden Bearbeitung von Metallen magnetisiert wird oder wenn, z. B. bei nichtmagnetischen Metallen, der Ort der Spanerzeugung einem Permanentmagnetfeld ausgesetzt wird. Dies kann beispielsweise elektromagnetisch erfolgen. Das magnetisierte Werkzeug zieht die aufgrund der Anwesenheit der ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Nanopartikel ferromagnetische oder ferrimagnetische Ölphase an und hält sie so am Ort der Bearbeitung, also in der Tribozone, fest. Ein Abscheren der Ölphase wird hierdurch erschwert. Dieser Verfahrensaspekt ist besonders dann von Vorteil, wenn als Kühlschmierstoff eine Öl-in-Wasser-Emulsion eingesetzt wird, deren Ölphase ferromagnetische oder ferrimagnetische Nanopartikel enthält. Durch Anlegen des Magnetfeldes an das Werkzeug bindet sich die ferromagnetische oder ferrimagnetische Ölphase an das Werkzeug. In der Tribozone liegt damit eine erwünschte besonders hohe Ölkonzentration vor, während in der Peripherie der Tribozone ausreichend Wasserphase zur Kühlung zur Verfügung steht. Nach Abschalten des magnetischen (elektromagnetischen) Feldes lassen sich die entstandenen Späne gut durch die Kühlschmierflüssigkeit entfernen.A particular advantage of the invention is shown when the tool during the forming or machining of metals is magnetized or if, e.g. B. in non-magnetic metals, the location of Chip generation is exposed to a permanent magnetic field. This can for example electromagnetically. The magnetized tool pulls the due to the presence of the ferromagnetic or ferrimagnetic Nanoparticles ferromagnetic or ferrimagnetic oil phase and keeps them so at the processing location, i.e. in the tribo zone. A shear off of the oil phase this makes it more difficult. This aspect of the process is particularly advantageous if if an oil-in-water emulsion is used as the cooling lubricant, the Oil phase contains ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles. By Applying the magnetic field to the tool binds the ferromagnetic or ferrimagnetic oil phase on the tool. There is therefore one in the tribo zone desired particularly high oil concentration before, while in the periphery of the Tribozone sufficient water phase is available for cooling. To The magnetic (electromagnetic) field can be switched off Remove the resulting chips well with the cooling lubricant.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung ferromagnetischer oder ferrimagnetischer Nanopartikel zur Herstellung ölbasierter Schmiermittel liegt darin, daß diese Nanopartikel biozide, insbesondere bakterezide Wirkung haben können. Hierdurch wird die Standzeit und die Verwendungsdauer der Schmierstoffe verbessert, ohne daß ein Zusatz herkömmlicher Konservierungsmittel, beispielsweise auf Basis von Formaldehydabspaltern, erforderlich ist. Demgemäß liegt ein weiterer Aspekt der Erfindung in einem Verfahren zum Umformen oder zur spanabhebenden Bearbeitung von Metallen unter Verwendung eines ölbasierten Schmiermittels, wobei das ölbasierte Schmiermittel nicht mit einem üblichen Biozid versetzt wird. Dies ist besonders im Hinblick auf Arbeits- und Umweltschutz vorteilhaft.Another advantage of using ferromagnetic or ferrimagnetic Nanoparticles for the production of oil-based lubricants lies in the fact that these Nanoparticles can have biocidal, in particular bactericidal, effects. Hereby the service life and the service life of the lubricants are improved without that an addition of conventional preservatives, for example based on Formaldehyde releasing, is required. Accordingly, another aspect of the Invention in a process for forming or for machining Machining of metals using an oil-based lubricant, the oil-based lubricant is not mixed with a common biocide. This is particularly advantageous in terms of occupational and environmental protection.

Die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Nanopartikel können nach bekannten Verfahren hergestellt und mit einer hydrophoben Beschichtung versehen werden. Beispielsweise sei das in DE 199 23 625 beschriebene Verfahren genannt. Gemäß diesem Dokument läßt sich das Herstellverfahren auch kontinuierlich betreiben, was eine erhöhte Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bedeutet. Dabei geht man so vor, daß man aus wäßrigen Lösungen von Metallsalzen durch Anheben des pH-Wertes mit einer Base in Gegenwart polymerer Carbonsäuren Metallhydroxid oder Metalloxid kontinuierlich ausfällt, indem man
The ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles can be produced by known processes and provided with a hydrophobic coating. For example, the method described in DE 199 23 625 may be mentioned. According to this document, the manufacturing process can also be operated continuously, which means increased efficiency of the process. The procedure is such that metal hydroxide or metal oxide is continuously precipitated from aqueous solutions of metal salts by raising the pH with a base in the presence of polymeric carboxylic acids by:

  • a) ein erstes Behältnis mit der wäßrigen Lösung der Metallsalze und ein zweites Behältnis mit einer wäßrigen alkalischen Lösung einer Base und einer polymeren Carbonsäure bereitstellt,a) a first container with the aqueous solution of the metal salts and a second Container with an aqueous alkaline solution of a base and a polymer Carboxylic acid provides
  • b) aus beiden Behältnissen kontinuierlich Lösung entnimmt und die beiden Lösungen in einer Mischstrecke vermischt und erwünschtenfallsb) continuously taking solution from both containers and the two Solutions mixed in a mixing section and if desired
  • c) in einem hinter der Mischstrecke liegenden Rohr die Fällreaktion abschließt.c) the precipitation reaction is completed in a pipe behind the mixing section.

Spezielle Verfahren zur Herstellung und Hydrophobierung von ferromagnetischem oder ferrimagnetischem nanoskaligem γ-Fe2O3 sind die folgenden:Special processes for the production and hydrophobization of ferromagnetic or ferrimagnetic nanoscale γ-Fe 2 O 3 are the following:

Beispiel aExample a

6,48 g FeCl3 werden in 40 g Wasser gelöst. 3,97 g FeCl2.4H2O werden in einer Mischung aus 8 ml entionisierten Wasser und 2 ml 37%iger Salzsäure gelöst. Kurz vor Einsatz der Lösungen im Fällungsprozeß werden sie zu einer Mischung vereinigt.6.48 g FeCl 3 are dissolved in 40 g water. 3.97 g of FeCl 2 .4H 2 O are dissolved in a mixture of 8 ml of deionized water and 2 ml of 37% hydrochloric acid. Shortly before the solutions are used in the precipitation process, they are combined to form a mixture.

In einer Vorlage löst man 10,0 g NaOH in 400 ml Wasser. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur gießt die Eisensalzlösung unter starkem Rühren zu, wobei sich nanoskaliges Eisenoxid abscheidet. Der Niederschlag wird abzentrifugiert und mehrfach mit deionisiertem Wasser gewaschen. Anschließend wird der Niederschlag zu einer rührfähigen Suspension in Wasser aufgenommen und mit 1,11 g Laurinsäure auf 80-90°C für eine halbe Stunde unter Rühren erwärmt. Nach erfolgtem Coating setzt sich der Niederschlag ab und überstehendes Wasser wird abdekantiert.10.0 g of NaOH are dissolved in 400 ml of water in a template. After cooling down Pour the iron salt solution at room temperature with vigorous stirring, whereby deposits nanoscale iron oxide. The precipitate is centrifuged off and washed several times with deionized water. Then the Precipitation is added to a stirrable suspension in water and with 1.11 g of lauric acid heated to 80-90 ° C for half an hour with stirring. After the coating has taken place, the precipitate settles out and the excess Water is decanted off.

Den Rückstand nimmt man mit 70 g Sojaöl auf. Mittels Ausschütteln und Zugabe von Wasser überführt man die gecoateten magnetischen Partikel in die Ölphase. The residue is taken up with 70 g soybean oil. By shaking and adding the coated magnetic particles are transferred from water into the oil phase.

Beispiel bExample b

6,48 g FeCl3 werden in 40 g Wasser gelöst. 3,97 g FeCl2.4H2O werden in einer Mischung aus 8 ml entionisierten Wasser und 2 ml 37%iger Salzsäure gelöst. Kurz vor Einsatz der Lösungen im Fällungsprozeß werden sie zu einer Mischung vereinigt.6.48 g FeCl 3 are dissolved in 40 g water. 3.97 g of FeCl 2 .4H 2 O are dissolved in a mixture of 8 ml of deionized water and 2 ml of 37% hydrochloric acid. Shortly before the solutions are used in the precipitation process, they are combined to form a mixture.

In einer Vorlage mischt man 80,0 g NH3 mit 320 ml Wasser. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur gießt die Eisensalzlösung unter starkem Rühren zu, wobei sich nanoskaliges Eisenoxid abscheidet. Der Niederschlag wird abzentrifugiert und mehrfach mit deionisiertem Wasser gewaschen. Anschließend wird der Niederschlag zu einer rührfähigen Suspension in Wasser aufgenommen und mit 2 g Isostearinsäure auf 80-90°C für eine halbe Stunde unter Rühren erwärmt. Nach erfolgtem Coating setzt sich der Niederschlag ab und überstehendes Wasser wird abdekantiert.80.0 g of NH 3 are mixed with 320 ml of water in a template. After cooling to room temperature, the iron salt solution is poured in with vigorous stirring, nanoscale iron oxide separating out. The precipitate is centrifuged off and washed several times with deionized water. The precipitate is then taken up in a stirrable suspension in water and heated with 2 g of isostearic acid to 80-90 ° C. for half an hour with stirring. After coating has taken place, the precipitate settles out and the excess water is decanted off.

Den Rückstand nimmt man mit 65 g Sojaöl auf. Mittels Ausschütteln und Zugabe von Wasser überführt man die gecoateten magnetischen Partikel in die Ölphase.The residue is taken up with 65 g soybean oil. By shaking and adding the coated magnetic particles are transferred from water into the oil phase.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Als Eignungsprüfung wurde eine Reibverschleißprüfung nach Reichert durchgeführt. Dieses Verfahren dient zur Ermittlung des Druckaufnahmevermögens (EP-Verhalten), sowie zur Ermittlung der Haftfestigkeit von flüssigen Schmierstoffen. Hierbei wird eine Prüfrolle mittels eines Hebelsystems an einen umlaufenden Schleifring angepaßt, der mit seinem unteren Drittel in das zu prüfende Schmiermittel eintaucht. Vor Prüfbeginn wird die in Siedegrenzbenzin gereinigte Prüfrolle in die schwenkbare Halterung eingebaut. A friction wear test according to Reichert was carried out as a suitability test carried out. This procedure is used to determine the Pressure absorption capacity (EP behavior), as well as to determine the adhesive strength of liquid lubricants. Here, a test role is created using a Lever system adapted to a rotating slip ring, the with his immersed the lower third in the lubricant to be tested. Before the start of the test, the Test roll cleaned in special-grade petrol installed in the swiveling holder.

Die Halterung wird eingeschwenkt und festgeklemmt. Der Schleifring verbleibt mehrere Prüfläufe in der Vorrichtung eingespannt, wo er ebenfalls nach jedem Prüflauf mit Siedegrenzbenzin gereinigt wird. Die Prüfrolle wird durch langsames Aufbringen des Belastungsgewichtes (1,5 kg) auf den Schleifring gebracht. Das an der Reichertwaage befindliche Zählwerk wird auf 0 gestellt. Durch Einschalten des Motors versorgt der im Schmiermittel eingetauchte, rotierende Schleifring die Berührungsstelle fortlaufend mit Schmiermittel. Beim Erreichen der Zahl 100 am Zählwerk (100 Meter Reibungsstrecke) wird die Prüfrolle vom Schleifring entfernt. Die Prüfrolle wird ausgebaut und die entstandene Schliffmarke mittels einer Meßlupe ausgemessen. Die Ellipsenfläche errechnet sich zu 0,785.Länge.Breite, oder wird mittels einer Zahlentabelle abgelesen. Es werden so viele Prüfläufe durchgeführt, bis sich die Ellipsenflächen der letzten 3 Prüfläufe nicht mehr als 10% voneinander unterscheiden. Das Druckaufnahmevermögen ist um so größer, je kleiner die ermittelte Ellipsenfläche ist.The holder is swung in and clamped. The slip ring remains several test runs clamped in the device, where he also after each Test run is cleaned with mineral spirits. The test roll is slow Apply the load weight (1.5 kg) to the slip ring. That on the counter located on the Reichertwaage is set to 0. By switching on the Motors is supplied by the rotating slip ring immersed in the lubricant Point of contact continuously with lubricant. When the number reaches 100 am Counter (100 meter friction distance) the test roller is removed from the slip ring. The test roll is removed and the cut mark created using a Measuring magnifier measured. The ellipse area is calculated to be 0.785. or is read using a number table. There are so many test runs performed until the ellipse surfaces of the last 3 test runs do not exceed 10% differentiate from each other. The pressure absorption capacity is the greater, ever the elliptical area determined is smaller.

Als Schmierstoff wurden Kühlschmierstoffemulsionen in Form einer Öl-in-Wasser- Emulsion verwendet. Hierzu wurde ein Konzentrat nach folgender Zusammensetzung in den nachfolgend angegebenen Mengen mit Wasser versetzt: Cooling lubricant emulsions in the form of an oil-in-water Emulsion used. For this purpose, a concentrate was made as follows Composition in the following amounts with water offset:

EmulsionskonzentratEmulsion concentrate

13,8 Gew.-%13.8% by weight Wasserwater 8,0 Gew.-%8.0% by weight MonoethanolaminMonoethanolamine 5,0 Gew.-%5.0% by weight TriethanolaminTriethanolamine 8,0 Gew.-%8.0% by weight BorsäureBoric acid 0,2 Gew.-%0.2% by weight Benzotriazol, 1 H, 2, 3-Benzotriazole, 1 H, 2, 3- 36,0 Gew.-%36.0% by weight Mineralöl, paraffinischMineral oil, paraffinic 1,5 Gew.-%1.5% by weight Fettalkohol ( = FA) + 10 Ethylenoxid ( = EO), Oleyl/Cetyl, Jodzahl ( = JZ) 45/50Fatty alcohol (= FA) + 10 ethylene oxide (= EO), oleyl / cetyl, iodine number (= JZ) 45/50 2,0 Gew.-%2.0% by weight Fettsäure ( = FS), CaprylFatty acid (= FS), capryl 5,5 Gew.-%5.5% by weight FS, Tallöl, 25-30% HarzFS, tall oil, 25-30% resin 2,0 Gew.-%2.0% by weight Ethercarbonsäure-Gemisch 90,0%-igEther carboxylic acid mixture 90.0% 1,0 Gew.-%1.0% by weight GlycerinGlycerin 1,0 Gew.-%1.0% by weight DiethylenglykolmonobutyletherDiethylene glycol monobutyl ether 8,0 Gew.-%8.0% by weight FS-monoethanolamid + 1,5 EO, Tallöl-FS-monoethanolamide + 1.5 EO, tall oil 5,0 Gew.-%5.0% by weight FA + 2 EO, Oleyl-Cetyl, pflanzlichFA + 2 EO, oleyl-cetyl, vegetable 3,0 Gew.-%3.0% by weight FA, Octyldodecyl, 2-FA, octyldodecyl, 2-

Bezogen auf die anwendungsfertige Emulsion werden 5 Gew.-% dieses Konzentrats sowie gemäß Tabelle 1 0,63 bis 5 Gew.-% ferromagnetische oder ferrimagnetische Nanopartikel in Öl vermischt, die gemäß Herstellbeispiel a) erhalten wurden. Die Mischung aus Emulsionskonzentrat und ferromagnetische oder ferrimagnetische Nanopartikel enthaltendem Öl wird mit Wasser auf 100 Gew.-% aufgefüllt. Die Ergebnisse der Reib-Verschleißprüfung an der Reichert- Waage sind in Tabelle 1 enthalten. 5% by weight of the ready-to-use emulsion Concentrate and according to Table 1 0.63 to 5 wt .-% ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles mixed in oil, which according to preparation example a) were obtained. The mixture of emulsion concentrate and ferromagnetic or oil containing ferrimagnetic nanoparticles is made up to 100 with water % By weight filled. The results of the friction wear test at the Reichert Scales are included in Table 1.  

Tabelle 1Table 1 Reib-/Verschleißprüfung an der Reichert-Waage (Füllvolumen 25 ml, 100 Meter Meßstrecke)Friction / wear test on the Reichert balance (Filling volume 25 ml, 100 meter measuring section)

Die Proben werden folgendermaßen angesetzt:
Das Emulsionskonzentrat wird 5%ig bezogen auf fertige Emulsion, hier 3 g eingesetzt. Das Ferrofluid wird in Konzentrationen an ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Nanopartikeln von 0,63%-5%, ebenfalls bezogen auf fertige Emulsion dazugegeben. Mit Wasser wird aufgefüllt, so daß in der Summe 60 g Emulsion entstehen.
The samples are set up as follows:
The emulsion concentrate is 5% based on the finished emulsion, here 3 g. The ferrofluid is added in concentrations of ferromagnetic or ferrimagnetic nanoparticles of 0.63% -5%, also based on the finished emulsion. It is filled up with water so that a total of 60 g of emulsion is formed.

Ergebnis: Die Schmierleistung verbessert sich deutlich beim Anlegen eines Magneten an den Prüfkörper. Damit wird das Schmiermittel (γ-Fe2O3) an dem Wirkort (in diesem Fall Prüfzylinder) fixiert.Result: The lubrication performance improves significantly when a magnet is placed on the test specimen. The lubricant (γ-Fe 2 O 3 ) is thus fixed at the site of action (in this case, test cylinder).

Die Angabe in der Spalte "Geräusch" gibt diejenige Laufstrecke der Prüfrolle an, bei der wegen mangelnder Schmierung ein Reibgeräusch auftritt.The information in the "Noise" column indicates the running distance of the test roller where there is a rubbing noise due to insufficient lubrication.

Claims (11)

1. Ölbasierte Schmiermittel für die Metallbearbeitung, die 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das anwendungsfertige Schmiermittel ferromagnetische oder ferrimagnetische Partikel mit einer volumengewichteten mittleren Kristallitgröße im Bereich von 2 bis 80 nm enthalten.1. Oil-based lubricants for metalworking, the 0.1 to 5 wt .-% based on the ready-to-use lubricant ferromagnetic or ferrimagnetic particles with a volume weighted average crystallite size contained in the range from 2 to 80 nm. 2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel ein volumengewichtete mittlere Kristallitgröße im Bereich von 8 bis 20 nm aufweisen.2. Lubricant according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic or ferrimagnetic particles a volume weighted have average crystallite size in the range from 8 to 20 nm. 3. Schmiermittel nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel eine hydrophobierende organische Beschichtung aufweisen.3. Lubricant according to one or both of claims 1 and 2, characterized characterized in that the ferromagnetic or ferrimagnetic particles have a hydrophobic organic coating. 4. Schmiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophobierende organische Beschichtung zumindest anteilig aus Carbonsäuren oder deren Anionen mit 8 bis 44, vorzugsweise mit 12 bis 22 C- Atomen besteht.4. Lubricant according to claim 3, characterized in that the hydrophobic organic coating at least partially Carboxylic acids or their anions with 8 to 44, preferably with 12 to 22 C- Atoms. 5. Schmiermittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel ausgewählt sind aus jeweils dotiertem oder undotiertem Cobaltferrit, Manganferrit, Zinkferrit, Nickelferrit und gamma-Fe2O3.5. Lubricant according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the ferromagnetic or ferrimagnetic particles are selected from in each case doped or undoped cobalt ferrite, manganese ferrite, zinc ferrite, nickel ferrite and gamma-Fe 2 O 3 . 6. Schmiermittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein im wesentlichen wasserfreies Öl darstellen.6. Lubricant according to one or more of claims 1 to 5, characterized characterized as being an essentially anhydrous oil. 7. Schmiermittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Öl-in-Wasser-Emulsion darstellen, wobei die ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikel in der Ölphase dispergiert sind. 7. Lubricant according to one or more of claims 1 to 5, characterized characterized in that they are an oil-in-water emulsion, the ferromagnetic or ferrimagnetic particles dispersed in the oil phase are. 8. Vewendung einer Dispersion von ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Partikeln mit einer volumengewichteten mittleren Kristallitgröße im Bereich von 2 bis 80 nm in Öl zur Herstellung eines Schmiermittels nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7.8. Use of a dispersion of ferromagnetic or ferrimagnetic Particles with a volume weighted average crystallite size in the range of 2 to 80 nm in oil for the production of a lubricant according to one or several of claims 1 to 7. 9. Verfahren zum Umformen oder zur spanabhebenden Bearbeitung von Metallen unter Verwendung eines Werkzeugs und eines ölbasierten Schmiermittels, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel ein Schmiermittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 eingesetzt wird.9. Process for forming or machining metals using a tool and an oil-based lubricant, characterized in that a lubricant according to a or more of claims 1 to 7 is used. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug während des Umformens oder der spanabhebenden Bearbeitung von Metallen magnetisiert wird, oder daß der Ort der Spanerzeugung einem Permanent­ magnetfeld ausgesetzt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the tool during the forming or machining of metals is magnetized, or that the location of the chip production is permanent magnetic field is exposed. 11. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ölbasierte Schmiermittel nicht mit einem Biocid versetzt wird.11. The method according to one or both of claims 9 and 10, characterized characterized in that the oil-based lubricant is not mixed with a biocide is moved.
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