DE2321657A1 - Verfahren zur metallverarbeitung - Google Patents

Verfahren zur metallverarbeitung

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Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath d-62 Wiesbaden 27. April 1973
Dr. Dieter Weber Postfa<hi327
T-V , JS1' » Tri /-. rc Gustav-FreytatfStraSiW X±/Wu
DipL-Phys. Klaus beifrert · «>«»> *P*>
\J Telegr»mm»dMfiei WILLPATENT
PATENTANWÄLTE
Case 1519
Universal Oil Products Company, Ten UOP Plaza - Algonquin & Mt. Prospect Roads, Des Piaines, Illinois 60016, USA
Verfahren zur Metallverarbeitung
Priorität; Serial No, 251 308 vom 8. Mai 1972 in USA
Bei der Verarbeitung von Metall, bei der zwei Metalloberflächen in beweglichem Kontakt miteinander stehen, ist ein Schmiermittel zur Abnutzungsverhinderung und zur Verhinderung eines Aneinanderanhaftens sowie auch ein Kühlmittel erforderlich. Die Anforderungen an ein zufriedenstellendes Schmiermittel bei der Verarbeitung von Eisenmetallen sind nicht so hart wie im Falle von Michteisenmetallen. Demnach gibt es nach dem Stand der Technik eine Fülle von Schmiermitteln für die Verwendung mit Eisenmetallen, wie öle, Fette, Seifen, Detergentien und Emulsionen. Diese
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Postscbeti: Frankfurt/Mtln 6763 Buk: Dresdner Bank AG, Wieibaden, Konto-Nr. 276 807
Schmiermittel sind jedoch allgemein nicht zufriedenstellend für die Verwendung bei der Verarbeitung von Nichteisenmetallen, wie Aluminium, Kupfer, Messing, Bronze und Magnesium und speziell von Zirkon, Titan und Legierungen derselben.
Nach der vorliegenden Erfindung bekommt man ein Schmieren von Nichteisenmetallen mit einem Schmiermittel, das eine phenolische Verbindung umfaßt, in welcher die Hydroxylgruppe direkt an den Phenolkern gebunden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform 1st die phenolische Verbindung ein Alkylphenol, in dem die Alkylgruppe 1 bis 24 und spezieller 5 bis 12 Kohlenstoffatome enthält. Die phenolische Verbindung kann allein oder zusammen mit anderen geeigneten Schmiermittelbestandteilen verwendet werden.
Das Schmiermittel nach der vorliegenden Erfindung kann auch mit Vorteil bei der Verarbeitung von Eisenmetallen benutzt werden.
Das Verarbeiten kann aus einem Ziehen, Walzen, Extrudieren, Schneiden, Bohren, Säubern, Abziehen oder Gewindeschneiden
bestehen
oder ähnlichem. Das neue Schmiermittel ist besonders geeignet für die Verwendung beim Abdrehen von Rohren oder bei ähnlichen Arbeiten.
Ein gutes Schmiermittel muß in der Lage sein, die chemischen und thermischen Bedingungen an der Grenzfläche zu überleben und darf keine Abnutzungsrückstände bilden, die schwierig von dem bearbeiteten Gegenstand zu entfernen sind. Das Schmiermittel darf auch nicht korrodieren oder anfressen und darf die Oberflächenstruktur des Metalles nicht übermäßig verändern. -Dieses
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letztere Erfordernis ist besonders wichtig im Falle von Zirkon und Titan, da es erwünscht ist, die Bildung einer Oberfläche iait offenem Gefüge zu verhindern.
Beispiele der bevorzugten Alkylphenole sind Methylphenol bis Eicosylphenol. Die Alkylgruppe, wo eine solche vorliegt, kann in der ortho-, metha- oder vorzugsweise in der para-Stellung stehen. Die Alkylgruppe kann primär, sekundär oder tertiär sein.
Bei einer anderen Ausführungsform enthält die phenolische Verbindung zwei oder mehrere Alkylgruppen mit jeweils 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Bei einer Ausführungsform sind die Alkylgruppen von der gleichen Kettenlänge und bei einer anderen Ausführungsform von unterschiedlicher Kettenlänge. Bei zwei Alkylgruppen können diese in den 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- oder 3,5-Stellungen sein. Bei drei Alkylgruppen können diese in den 2,3,4-, 2,3,5-, 2,3,6-, 2,4,5-, 2,4,6- oder 3,4,5-Stellungen sein. Die Alkylgruppen können primäre, sekundäre und/oder tertiäre Alkylgruppen sein, und es kann ein Gemisch der Mono- und/oder Polyalkylphenole verwendet werden·»
Bei noch einer anderen Ausführungsform kann die phenolische Verbindung auch andere Substituenten am Phenolring enthalten. Diese Substituenten können Halogen, Schwefel, Stickstoff oder Sauerstoff enthalten. Von den Halogensubstituenten ist Chlor bevorzugt. Der Schwefel kann in der Form von Mercapto-, Thioäther- oder heterozyklischem Schwefel vorliegen. Der Stickstoff kann in der Form von Amin-, Alkylamin- oder Dialkylaminstickstoff, wobei die Alkylgruppen jeweils 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome enthalten, sowie in der Form von heterozyklischem Stick-
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-A-
stoff oder ähnlicher Verbindungen vorliegen. Der Sauerstoff kann als Hydroxyl-/ Äther-, Carbonyl- oder heterozyklischer Sauerstoff oder in der Form ähnlicher Verbindungen vorliegen. Diese verschieden substituierten phenolischen Verbindungen sind nicht notwendigerweise untereinander äquivalent.
Die phenolische Verbindung kann auch mit anderen Schmiermittelbestandteilen zusammen verwendet werden, und sie kann in der Form einer Lösung oder Emulsion benutzt werden. Bei einer Ausführungsform umfaßt der andere Bestandteil eine Fettsäure und besonders ölsäure. Andere Fettsäuren sind beispielsweise Decylensäure, Dodecylensäure, Palmitoleinsäure, Ricinoleinsäure, Petroselinsäure, Vaccinsäure, Linolsäure, Linolensäure, Eleostearinsäure, Licansäure, Parinarsäure, Gadoleinsäure, Cetoleinsäure und Seiacholeinsäure. Dutyrsäure, Isovaleriansäure, Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachidinsäure, Behensäure, Lignocerinsäure und Cerotinsäure sind Beispiele gesättigter Fettsäuren. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Schmiermittel Mineralöl, sulfoniertes öl, Alkohole, Äther, Fettsäureester, Alkanolaminseifen von Fettsäuren, Alkaliseifen von Fettsäuren, Salze, organische Nitrate, anorganische Nitrate, organische Phosphate, anorganische Phosphate oder verschiedene Schmiermittel auf Wassergrundlage enthalten. Wenn der zusätzliche Bestandteil eine Lösung mit der phenolischen Verbindung bildet, kann die Zusammensetzung als eine Emulsion entweder mit oder ohne Wasser verwendet werden. Im allgemeinen werden diese zusätzlichen Bestandteile aus jenen ausgewählt, die nach dem
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Stand der Technik bekannt sind. Die phenolische Verbindung kann etwa 1 bis 99 Gewichts-%, vorzugsweise etwa 10 bis 80 Gewichts-% der Endzusainmensetzung, ausgenommen Wasser oder Lösungsmittel, umfassen.
Das Schmiermittel nach der vorliegenden Erfindung wird in herkömmlicher Weise benutzt. Es muß so aufgebracht werden, daß es an den Berührungspunkten der Metalle vorhanden ist. Es sollte genug Schmiermittel verwendet werden, um eine wirksame Schmierung zu bekommen.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
Die Schmiermittel wurden in einer modifizierten Bowden-Leben-Maschine mit Stift und Scheibe bewertet. Die Bowden-Leben-Methode ist in !IThe Friction and Lubrication of Solids", 1954, Seite 74 von Bowden und Tabor beschrieben. Diese Methode wird auch in dem Artikel von E. Rabinowicz "The Boundary Friction of Very Well Lubricated Surfaces" diskutiert, die sich in A.S.L.E., Neunter Jahreskongress in Cincinnati, 5. April 1954, veröffentlicht in "Lubricating Engineering", Juli-August 1954, findet. Bei der hier verwendeten Modifizierung rotiert eine polierte A-8-Stahlscheibe in Berührung mit einem aufwärts sich erstrekkenden runden Zircaloy-Bolzen. Zircaloy Nr. 2 umfaßt beispielsweise 93,3 Gewichts-% Sirkon, 1,5 Gewichts-% Zinn, 0,20 Gewichts-% Eisen und 0,10 Gewichts-% Chrom.
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Es werden insgesamt etwa 2 g Schmiermittel benutzt. Etwa 1,8 g Schmiermittel werden auf der Scheibe und etwa 0,2 g Schmiermittel auf dem Bolzen aufgebracht. Die Einrichtung wird in einem Gehäuse eingeschlossen, das auf 100° C erhitzt wird. Die Geschwindigkeit wird auf 6 Umdrehungen je Minute eingestellt. In jedem Versuch wird eine ursprüngliche Belastung von 100 g um Einheiten von jeweils 100 g in Abständen von 1,67 Minuten bis zu einer maximalen Belastung von 1300 g erhöht. Eine Dehnungsmeßschaltung wird verwendet als Abfühlelement bei der Umwandlung der Reibungswirkungen in äquivalentes elektrisches Ansprechen, das dann aufgezeichnet wird. Der Reibungskoeffizient wird für jeden Zeitabstand bestimmt, und der Durchmesser des Abnutzungsfleckens auf dem Bolzen wird gemessen. Der Bolzen und die Scheibe werden visuell geprüft, um die Menge an Ablagerungen zu bestimmen.
Die folgende Tabelle betrifft Versuche zur Verwendung von Nonylphenol als Schmiermittel und einen Versuch unter Verwen- , dung eines Gemisches von 90 % Nonylphenol und 10 % ölsäure. Zu Vergleichszwecken enthält die Tabelle auch die Ergebnisse eines Versuches unter Verwendung von ölsäure allein als Schmiermittel,
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Tabelle
Zeit
Min.		 Reibungskoeffizient für die
Schmiermittel		 90 % Nonyl-
phenol
10 % öl
säure		 folgenden
Bela
stung, g		 1,67 Nonyl-.
phenol		 0,109 ölsäure
100 3,34 0,175 0,092 0,100
200 5,01 0,142 0,072 0,037
300 6,68 0,142 0,067 0,084
400 8,35 0,142 0,060 0,077
500 10,02 0,142 0,063 O,O75
600 11,69 0,139 0,064 0,072
700 13,36 0,140 0,063 0,073
800 15,03 0,144 0,063 0,070
900 16,70 0,142 0,066 0,073
1000 18,37 0,139 0,066 0,074
1100 20,04 0,127 0,065 0,071
1200 22,00 0,126 0,065 0,070
1300 37,00 0,123 0,066 0,069
1300 52,00 0,112 0,067 0,069
1300 67,00 0,111 0,066 0,067
1300 32,00 0,107 0,062 0,067
1300 97,00 0,097 0,064 0,065
1300 112,00 O,O95 0,062 0,064
1300 127,00 0,098 0,058 0,064
1300 142,00 0,092 0,056 0,065
1300 157,00 0,091 0,056 0,066
1300 172,00 0,092 0,055 0,078
1300 187,00 0,099 0,056 0,078
1300 202,00 0,097 0,060 0,078
1300 0,098 sehr
leicht		 0,074
Rückstände leicht
bis
mäßig		 O7126 mäßig
Abnutz-
zone, mm"		 0,181 0,233
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Der Reibungskoeffizient war in allen Versuchen zufriedenstellend. In dem Versuch unter Verwendung von Nonylphenol allein waren die Rückstände leicht bis mittelmäßig und die Abnutzung gering. Bei Verwendung des Gemisches von Nonylphenol und ölsäure waren die Rückstände und die Abnutzung noch geringer. Der Versuch unter Verwendung von ölsäure allein ergab mehr Rückstände und eine viel höhere Abnutzung.
Beispiel 2
Das Schmiermittel war Octylphenol und wurde wie in Beispiel 1 bewertet. Der Reibungskoeffizient nahm von 0,125 auf 0,111 nach 202 Minuten und bei einer Belastung von 1300 g ab. Die Abnutzfläche betrug 0,181 mm , und die Ablagerung war leicht bis massig.
Beispiel 3
Das Schmiermittel war Dodecylphenol und wurde wie in Beispiel 1 bewertet. Der Reibungskoeffizient nahm von 0,150 auf 0,095 nach 202 Minuten und bei einer Belastung von 1300 g ab. Die Ablagerungen waren wieder gering bis mäßig, und die Abnutzungs-
2
fläche betrug 0,138 mm .
Beispiel 4
Das Schmiermittel war ein Gemisch von 90 % Nonylphenol und 10 % Stearinsäure und wurde wie in Beispiel 1 bewertet. Der Reibungskoeffizient nahm von 0,084 auf 0,067 während des Versuches von 202 Minuten ab. Die Rückstandsmenge war gering, und die Abnut-
zungsfläche betrug 0,196 mm .
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Beispiel 5
Das Schmiermittel war eine Emulsion von 30 Gewichts-% Octylphenol, 10 Gewichts-% Kaliumstearat und 6O Gewichts-% Wasser. Der Reibungskoeffizient nahm von 0,134 auf 0,053 ab. Die Ablagerungs-
2 menge war gering, und die Abnutzungsfläche betrug 0,138 mm .
Beispiel 6
Das Schmiermittel war ein Gemisch von 90 Gewichts-% Nonylphenol und 10 Gewichts-% "Neustrene 060" (eines raffinierten hydrierten Talgglycerids). Der Reibungskoeffizient nahm von 0,}17 auf 0,095 ab. Die Ablagerungsmenge war gering, und die Abnutzungsfläche lag bei 0,138 mm . Im Gegensatz dazu bildete ein anderer Versuch unter Verwendung von nur "Neustrene 060" als Schmiermittel eine mittelmäßige Ablagerungsmenge.
Beispiel 7
Das Schmiermittel war ein Gemisch von 50 Gewichts-% Nonylphenol und 50 Gewichts-% Mineralöl. Das Mineralöl war ein mit Lösungsmittel extrahiertes Neutralöl mit einer Viskosität, SUS, von 205 bei 38° C. Der Reibungskoeffizient nahm von 0,134 auf 0,089 nach 202 Minuten und einer Endbelastung von 1300 g ab. Die Rückstände waren gering, und die Abnutzungsfläche betrug
0,166 mm. . Ein anderer Versuch unter Verwendung des Mineralöls allein ergab eine große Menge von Ablagerungsrückständen.
Beispiel 8
P7ie oben erwähnt, ist es wesentlich, daß die Hydroxylgruppe direkt an den Phenolkern gebunden ist. Diese kritische Tatsache
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wird durch einen Versuch demonstriert, indem oxyäthyliertes Nonylphenol mit 9 bis 10 Oxyäthylengruppen als Schmiermittel verwendet wurde. Bei gleicher Verwendung als Schmiermittel und gleicher Bewertung wie in den vorausgehenden Beispielen erhielt man wesentliche Rückstände und eine Abnutzungsflache von 0,273 mm2.
Beispiel 9
Nonylphenol allein und ein Gemisch von 90 % Nonylphenol und 10 % ölsäure wurden jeweils beim Abdrehen von Röhren verwendet, wobei eine Zircaloy-Röhre in einer Reihe von mehreren Abdrehstufen abgedreht wurden. In beiden Fällen erhielt man das erwünschte Abdrehen ohne Rückstände auf der Röhre mit nur einer kleinen Rückstandsmenge auf dem Dorn. Die kleine Rückstandsmenge war leicht durch Spülen in einem Kohlenwasserstoff oder in Alkohol entfernbar. Die Nonylphenol-Kaliumstearat-Emulsion wurde auch in der gleichen Weise bewertet und ergab im wesentlichen die gleichen Ergebnisse.
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Claims (8)

Patentan s ρ r ü c h
1. Verfahren zur Metallverarbeitung, bei dem das Metall in beweglichem Kontakt mit einem anderen Metall und mit einem Schmiermittel steht, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmiermittel eine phenolische Verbindung verwendet, in der die Hydroxylgruppe direkt an den Phenolkern gebunden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metall ein Nichteisenmetall verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metall Zirkon oder Titan oder Legierungen dieser Metalle verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als phenolische Verbindung ein Alkylphenol verwendet, in dem die Alkylgruppen 1 bis 24, vorzugsweise 5 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die phenolische Verbindung im Gemisch mit einer Fettsäure' verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch von etwa 1 bis 99 Gewichts-% Nonylphenol und etwa 1 bis 99 Gewichts-% ölsäure verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die phenolische Verbindung als eine Emulsion mit einer Alkaliseife und Wasser verwendet.
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8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 zur Querschnittsverkleinerung von Röhren, insbesondere aus einer Zirkonlegierung.
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