DE2545500A1

DE2545500A1 - Schmiermittel zur metallbearbeitung und verfahren zur auftragung

Info

Publication number: DE2545500A1
Application number: DE19752545500
Authority: DE
Inventors: Richard William Jahnke
Original assignee: Lubrizol Corp
Current assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 1974-10-10
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1976-04-22
Also published as: BR7506276A; GB1532642A; GB1532643A; ES441704A1; JPS6221864B2; FR2287499A1; JPS51125651A; IT1047621B

Description

" Schmiermittel zur Metallbearbeitung und Verfahren zur Auftragung "

Prioritäten: 10. Oktober 1974, V.St.A., Nr. 513 617

7. Februar 1975, V.St.A., Nr. 547 896

Verfahren zur Metallbearbeitung, wie Walzen, Schmieden, Warmpressen, Stanzen, Biegen, Prägen, Ziehen, Schneiden, Lochen oder Drücken, werden im allgemeinen unter Verwendung eines Schmiermittels durchgeführt, das dabei den zur Durchführung dieser Arbeitsgänge erforderlichen Kraftaufwand verringern, ein Festfressen der Werkzeuge verhindern und die Abnutzung der Formen und Schneideinsätze vermindern. Darüber hinaus verleihen sie dem bearbeiteten Metall häufig einen Korrosionsschutz.

Da die Metalle nach der Bearbeitung üblicherweise chemisch weiterbehandelt werden, beispielsweise mit Beschichtungslösungen überzogen werden, ist es erforderlich, das Werkstück nach der

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Bearbeitung und vor der chemischen Weiterbehandlung zu reinigen. Deshalb ist zusätzlich von Bedeutung, daß die verwendeten Schmiermittel zur Metallbearbeitung im üblichen Reinigungsverfahren leicht von der Metalloberfläche zu entfernen sind.

Die bisher für die genannten Zwecke verwendeten Schmiermittel sind im allgemeinen Flüssigkeiten. Die zum Auftragen dieser Flüssigkeiten erforderlichen Vorrichtungen sind oft teuer in der Wartung und unpraktisch in der Handhabung. Zusätzlich wird ein Trokkenofen benötigt, um aus dem flüssigen Schmiermittel Wasser oder Lösungsmittel abzutrennen, wodurch v/eitere Kosten entstehen. Auch ergeben sich .oft Schwierigkeiten bei der automatischen Zuführung von Werkstücken oder bei einer anderen Handhabung der entsprechenden Metallteile, da das Metall durch die üblicherweise verwendeten flüssigen Schmiermittel naß und schlüpfrig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schmiermittel zur Metallbearbeitung zu schaffen, die eine gute Schmierfähigkeit und gute Hochdruckeigenschaften aufweisen und den damit behandelten Metallen eine gute Korrosionsbeständigkeit verleihen und die Werkzeuge zur Bearbeitung der mit den Schmiermitteln behandelten Metalle "weitgehend vor Abnutzung schützen sowie relativ leicht nach der Metallbearbeitung von der Oberfläche der Metalle entfernt werden können. Eine weitere Aufgabe liegt darin, die Verwendung entsprechender Schmiermittel zu vereinfachen, wobei z. B. der Einsatz von Trockenofen vermieden werden kann oder die mit den Schmiermitteln zu behandelnden Werkstücke mit relativ hohen Geschwindigkeiten beschichtet werden können.

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Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand. ■

Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Schmiermittel zu einer leicht fließenden Flüssigkeit geschmolzen, die ohne Schwierigkeit auf die betreffende Metalloberfläche aufgebracht werden kann. Ein Vorteil derartiger Schmiermittel besteht darin, daß die damit behandelten Metallteile bei normalen Bedingungen leichter gehand·* habt werden können als entsprechende Metallteile, die mit bekannten Schmiermitteln verarbeitet werden.

Die wichtigste Eigenschaft der erfindungsgemäßen Schmiermittel liegt darin, der behandelten Metalloberfläche eine gute Gleitfähigkeit zu verleihen. Dazu kann die Schmierfähigkeit· des Schmiermittels in üblicher V/eise gemäß bekannten Testmethoden definiert werden, in denen die Bearbeitung von mit einem Schmiermittel behandelten Werkstücken simuliert wird. im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Mittel als Schmiermittel bezeichnet, wenn bei seiner Anwendung gemäß nachfolgender Testmethode eine Abweichung von höchstens 13,8 mkg gemessen wird:

Ein kalt-gewalztes Stahlblech (5,1 cm χ 34,3 cm) wird in einem Instron Universal Tester, Modell TT-C, zwischen zwei Ziehdüsen gezogen. Vor dem Ziehen wird das Stahlblech entkratet, dampfentfettet und mit einem sauberen Tuch getrocknet. Dann wird das zu prüfende' Schmiermittel gleichmäßig auf das Stahlblech aufgebracht und dieses in der Prüfvorrichtung eingespannt. Die Ziehdüsen werden mit einem auf ein Drehmoment von 5,53 mkg einge-

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stellten Drehmomentschlüssel angezogen. Dann wird das Stahlblech mit einer Ziehgeschwindigkeit von 12,70 cm/Minute bis zu einer Länge von 5,1 cm durch die Ziehdüsen gezogen. Die zum Ziehen des Stahlblechs erforderliche Kraft sowie die Abweichung von einer Standardmessung werden auf einem Registrierstreifen aufgezeichnet.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel sind im allgemeinen bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck fest. Ihr Schmelzpunkt liegt bei 30 bis 10O⁰C, vorzugsweise 35 bis 70⁰C, insbesondere 38 bis 55 C. Als Schmelze stellen diese Schmiermittel eine leicht fließende Flüssigkeit dar.

Ein wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Schmiermittel ist ein Carbonsäureester. Es können auch mehrere Carbonsäureester gleichzeitig nebeneinander vorliegen. Entsprechende Carbonsäureester sind solche auf der Basis von Carbonsäuren der allgemeinen Formel R(COOH)_m und auf der Basis von Alkoholen der allgemeinen Formel R'(OH) , wobei in den genannten Formeln R und R¹ jeweils einen organischen Rest und m und η jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeuten. Unter dem Ausdruck "organischer Rest" ist in diesem Zusammenhang ein Rest zu verstehen, der sich im wesentlichen wie ein Kohlenwasserstoffrest verhält.

Spezielle Beispiele für die vorgenannten organischen Reste sind a) Kohlenwasserstoffreste, beispielsweise aliphatische Reste, wie Alkyl- und Alkenylreste, alicyclische Reste, wie Cycloalkyl- und Cycloalkenylreste, gegebenenfalls durch aliphati-

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sehe und/oder alicyclische Reste substituierte aromatische Reste und durch aromatische Reste substituierte aliphatische und alicyclische Reste,

b) substituierte Kohlenwasserstoffreste, deren Substituenten nicht auf einem Kohlenwasserstoff basieren, wobei jedoch das vorwiegend Kohlenwasserstoff ähnliche Verhalten der Reste R und R' erhalten bleibt, und

c) heterocyclische Reste, die unter Beibehaltung des vorwiegend Kohlenwasserstoff ähnlichen Verhaltens der Reste R und R^f in einer Kette oder einem Ring andere Atome als Kohlenstoffatome, wie Stickstoff-, Sauerstoff- und Schwefelatome, enthalten.

Die organischen Reste R und R^! enthalten im allgemeinen jeweils höchstens 5, vorzugsweise 1, Substituenten oder Heteroatome pro 10 Kohlenstoffatome.

Die vorgenannten Carbonsäuren und Alkohole enthalten im allgemeinen keine acetylenische Dreifachbindungen oder konjugierte Doppelbindungen und weisen vorzugsweise höchstens eine olefinische Doppelbindung auf. Insbesondere liegt in den genannten Resten höchstens eine olefinische Doppelbindung pro Estermolekül vor.

Die genannten Carbonsäuren enthalten im allgemeinen 4 bis 20 Kohlenstoffatome. Bevorzugt sind aliphatische Polycarbonsäuren, insbesondere Carbonsäuren der vorgenannten allgemeinen Formel, in der m die Zahl· 2 oder 3 und R einen nicht-verzweigten oder verzweigten Alkyl- oder Alkylenrest bedeuten. Spezielle Beispie-

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le für solche Carbonsäuren sind Propion-, Butter-, Stearin-, Öl-, Benzoe-, Malein-, Fumar-, Bernstein-, Adipin-, Glutar-, Pimelin-, Sebacin-, Azelain-, Suberin-, Phthai-, Isophthal-, Citronen- und Trimellitsäure. Besonders bevorzugt sind aliphatische Dicarbonsäuren mit etwa 5 bis 10 Kohlenstoffatomen.

Die vorgenannten Alkohole enthalten mindestens 10, im allgemeinen .etwa 10 bis 25 Kohlenstoffatome. Im allgemeinen bedeutet in der vorgenannten allgemeinen Formel für die Alkohole η die Zahl 1 und R¹ einen nicht»verzweigten oder verzweigten Alkylrest. Spezielle Beispiele für solche Alkohole sind 1-Butanol, 2-Buten-1-ol, Phenol, Resorcin, Äthylenglyko1, Diäthylenglykol, Decanol, Dodecanol, Tetradecanol, Stearylalkohol, Oleylalkohol, Eicosanol und technische Gemische der vorgenannten Alkohole. Bevorzugt sind gesättigte aliphatische Alkohole mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere C^.__2O-Alkanole (gesättigte einwertige Alkohole), wobei unverzweigte Alkohole besonders bevorzugt sind.

Es ist somit ersichtlich, daß für die erfindungsgemäßen Schmiermittel sehr verschiedene Carbonsäureester eingesetzt werden können, wobei es sich sowohl um neutrale als auch um saure Ester, wie Monoester von Dicarbonsäuren, handeln kann. Neutrale Ester sind jedoch bevorzugt. Auch können entsprechende Mono- und Diester von mehrwertigen Alkoholen verwendet werden. Besonders bevorzugt sind neutrale Ester auf der Basis von Adipin-, Azelain- oder Sebacinsäure sowie nicht-verzweigten C₁ . _2Q-Alkanolen oder einem Gemisch dieser Alkanole.

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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schmiermittel enthalten zusätzlich mindestens eine korrosionshemmende Verbindung, um die Hochdruckeigenschaften der Schmiermittel zu verbessern.

Entsprechende korrosionshemmende Zusätze sind Carbonsäuren und deren entsprechende Derivate, wie

a) Anhydride,

b) saure oder neutrale Ester, vorzugsweise auf der Basis eines niederen aliphatischen gesättigten ein- oder mehrwertigen Alkohols mit höchstens 7 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Äthanol, 1-Butanol, n-Hexanol, Äthylenglykol und Pentaeryr· thrit, oder auf der Basis von Epoxiden, wie Äthylenoxid und Propylenoxid, wobei entsprechende Hydroxyester vorliegen,

c) neutrale, saure oder basische Salze, in denen das Kation ein Ion eines Metalls der Gruppe I oder II oder von Aluminium, Zinn, Kobalt, Blei, Molybdän, Mangan oder Nickel oder ein gegebenenfalls substituiertes Ammoniumion darstellt, wobei sowohl Salze von freien Säuren als auch von deren Hydroxyester eingeschlossen sind und Lithiumsalze bevorzugt sind, und

d) Säureamide und Gemische von Säureamiden mit Säureimiden, wobei diese jeweils vorzugsweise von aliphatischen Aminen, insbesondere von niederen aliphatischen Aminen, abgeleitet sind und als bevorzugte Amine Alkylenpolyamine, wie Äthylenpolyamine, bevorzugt sind.

Die vorgenannten Carbonsäurederivate können in üblicher V/eise L -1

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hergestellt werden. Wird als Säurederivat ein Carbonsäureester eingesetzt, enthalten die erfindungsgemäßen.Schmiermittel mindestens zwei Carbonsäureester.

Als korrosionshemmende Zusätze sind die vorgenannten freien Säuren, ihre Lithiumsalze und ihre Anhydride bevorzugt. Besonders bevorzugt sind aliphatische Mono- und Polycarbonsäuren mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen und deren Lithiumsalze und Anhydride, Weiterhin sind zweibasige Säuren und die Anhydride von durch einen Kohlenwasserstoffrest substituierten Bernsteinsäuren bevorzugt, die durch Umsetzen von Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid mit einer Verbindung auf der Basis eines Kohlenwasserstoffs hergestellt werden, wobei diese Verbindung mindestens 6 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 6 bis 75 Kohlenstoffatome, insbesondere 10 bis 20 Kohlenstoffatome, enthält.

Die vorgenannten Verbindungen auf der Basis eines Kohlenwasserstoffs zur Herstellung von substituierten Bernsteinsäuren sind hauptsächlich von gesättigten Erdölfraktionen und Olefinpolymerisaten, insbesondere Oligomeren von vorzugsweise endständigen Monoolefinen mit 2 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, abgeleitet. Spezielle Beispiele für solche Verbindungen auf der Basis eines Kohlenwasserstoffs sind Polymerisate von Äthylen, Propen, 1-Buten, 2-Buten, Isobuten, 3-Penten und 1-Octen. Auch können entsprechende Copolymerisate aus Olefinen der vorgenannten Art mit anderen polymerisierbaren olefinischen Verbindungen, wie Styrol, Chloropren, Isopren, p-Methylstyrol und Piperylen, eingesetzt werden. Im allgemeinen enthalten diese Copolymerisate mindestens

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80 Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens 95 Gewichtsprozent, bezogen auf die Monomereinheiten, aliphatisch^ Monoolefine.

Als Verbindungen auf der Basis eines Kohlenwasserstoffs können auch Gemische von gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie hochraffiniertes farbloses Paraffinöl oder synthetische Alkane mit jeweils hohem Molekulargewicht eingesetzt werden.

Pur bestimmte Anwendungszwecke der erfindungsgemäßen Schmiermittel soll die Verbindung auf der Basis eines Kohlenwasserstoffs einen aktivierenden polaren Rest enthalten, um die Umsetzung dieser Verbindung mit der entsprechenden niedermolekularen Säurekomponente zu erleichtern. Bevorzugte aktivierende Reste sind Halogenatome, insbesondere Chloratome. Jedoch können auch andere entsprechende Reste, wie die Sulfid-, Disulfid-, Nitro- und Mercaptogruppe sowie eine Keton-und Aldehydgruppe, verwendet werden.

Zur Herstellung der als korrosionshemmende Zusätze verwendeten Carbonsäuren oder deren entsprechender Derivate wird Maleinsäure oder deren Anhydrid mit einer Verbindung auf der Basis eines Kohlenwasserstoffs, insbesondere mit einer Verbindung, wie einem Propenoligomeren, umgesetzt. Dazu werden die beiden Reaktionspartner, gegebenenfalls in Anwesenheit eines flüssigen organischen Verdünnungsmittels, auf eine Temperatur von 100 bis 200 C erhitzt. Auch kann ein Überschuß eines flüssigen Reaktionspartners als Reaktionsmedium dienen. Die genannte Herstellung kann auch durch Oxidieren von durch einen Kohlenwasserstoffrest sub-

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stituiertem 1,4-Butandiol mit Kaüumpermanganat, Salpetersäure oder einem ähnlichen Oxidationsmittel, durch Ozonolyse beispielsweise eines durch einen Kohlenwasserstoffrest substituierten 1,5-Diens, Überführen eines durch einen Kohlenwasserstoffrest substituierten 1,2-Dihalogenids in das entsprechende bis-Organometall-Derivat und nachfolgendes Umsetzen dieses Derivats mit Kohlendioxid oder durch Herstellen eines Dinitrils und nachfolgendes Hydrolysieren desselben erfolgen. Die vorgenannten Reaktionswege und die dabei erhaltenen substituierten Bernsteinsäuren und deren Derivate sind bekannt.

Bevorzugte Zusätze für die erfindungsgemäßen Schmiermittel, um deren Hochdruckeigenschaften zu verbessern, sind Phosphorsäure-

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derivate der allgemeinen Formel I, in der R und R vorzugsv/eise keine acetylenische Dreifachbindung und im allgemeinen keine äthylenische Doppelbindung enthalten sowie vorzugsweise jeweils höchstens 30 Kohlenstoffatome, vorzugsweise höchstens 12 Kohlen-

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stoffatome, enthalten. R und R sind im allgemeinen Kohlenwasserstoffreste, wie die Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl-, Amyl-, Hexyl-, Octyl-, Decyl-, Dodecyl-, Vinyl-, Decenyl-, Cyclohexyl- und Phenylgruppe sowie die entsprechenden isomeren Gruppen, vorzugsweise Alkylreste mit höchstens 7 Kohlenstoffatomen.

Beispiele für die vorstehenden Phosphorsäurederivate, die Salze darstellen, sind entsprechende Derivate von Dialkylphosphorsäuren, Dialkylphosphinsäuren sowie die entsprechenden Thioderivate. Besonders bevorzugt sind entsprechende Dithiophosphorsäurederivate, für welche in der allgemeinen Formel I a und b jeweils

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die Zahl 1, X und X jeweils ein Sauerstoffatom sowie X und X jeweils ein Schwefelatom darstellen und M vorzugsweise ein Zink oder Blei, insbesondere Zink, bedeutet. In der Definition für M umfaßt die Ammoniumgruppe auch substituierte Ammoniumgruppen. Somit kann eine Terbindung der allgemeinen Formel I auch ein Salz eines Amins darstellen.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel enthalten meistens bis zu etwa 15 Gewichtsprozent einer Carbonsäure oder deren Derivat und/ oder gegebenenfalls bis zu etwa 25 Gewichtsprozent eines Phosphorsäurederivats der allgemeinen Formel I.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können noch weitere Zusätze, beispielsweise in Mengen von etwa 0,01 bis 5 Gewichtsprozent, enthalten. Besonders bevorzugte Zusätze sind Antioxidantien, wie blockierte Phenolderivate. Solche Antioxidantien sind bekannt.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können auch folgende Zusätze enthalten:

a) Oberflächenaktive Verbindungen, die im allgemeinen nicht ionisch sind, beispielsweise oxyalkylierte Phenolderivate;

b) Hilfsstoffe zur Verbesserung der Hochdruckeigenschaften der Schmiermittel, beispielsweise chlorierte Wachse, sulforierte Kohlenwasserstoffe und sulforierte Carbonsäureester;

c) Mittel zur Hemmung von Korrosion und Abnutzung von Werkzeugen;

d) Mittel zur Modifizierung der Schmiereigenschaften. Dazu eig-

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nen sich "besonders Alkyl- oder Alkenylphosphorsäureester oder entsprechende Phosphorigsäureester oder deren Metallsalze, insbesondere deren Zinksalze, wobei jeweils die Alkyl- oder Alkenylreste etwa 10 "bis 40 Kohlenstoff atome enthalten, CLQ^Q-Fettsäureamide, C.₀_2₀-Alkylamine, insbesondere im Talg enthaltene Amine, und entsprechende äthoxylierte Derivate dieser Amine, Salze dieser Amine mit Säuren, wie Borsäure oder einer vorgenannten teilweise veresterten Phosphorsäure, C₁₀_₂₀-Alkyl-substituierte Imidazolinderivate und ähnliche Stickstoff enthaltende heterocyclische Verbindungen, sulforierte Derivate von Spermazetöl oder anderen Fettölen, basische Barium- oder Calciumsalze vorgenannter Öle oder von Amin-Formaldehyd-Kondensaten, letztere insbesondere auf der Basis von Aminen aus Talg, und Gele auf der Basis von basischen Erdalkalimetallsulfonaten;

e) Hilfsstoffe zur Einstellung des Schmelzpunktes der Schmiermittel, beispielsweise Carbonsäureester mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt, wie Dioctylphthalat.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können durch inniges Mischen der entsprechenden Komponenten, vorzugsweise in flüssiger Phase, falls mehr als ein Bestandteil eingesetzt wird, hergestellt werden. Es kann in manchen Fällen vorteilhaft sein, ein im wesentlichen inertes flüssiges Verdünnungsmittel zuzusetzen. Dabei ist unter dem Ausdruck "im wesentlichen inert" zu verstehen, daß das Verdünnungsmittel mit einer der Komponenten des Schmiermittels oder mit diesem keine feststellbare Reaktion unter den Mischbedingungen eingeht. Als Verdünnungsmittel werden JFlüssig-

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keiten bevorzugt, die Lösungsmittel für die zu mischenden Komponenten darstellen. Beispiele für solche Lösungsmittel sind nichtpolare Flüssigkeiten, wie Benzol, Toluol, Xylol und Chlorbenzol. Fach dem Mischen der Komponenten wird das Verdünnungsmittel vorzugsweise wieder abgetrennt, beispielsweise durch Verdampfen.

In der nachfolgenden Tabelle sind bevorzugte Beispiele für erfindungsgemäße Schmiermittel angegeben.

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-H-

Komponente Gewichtsprozent

A B CDE

Neutraler Adipinsäureester eines technischen Gemisches aus hauptsächlich 90 90 — 75 nicht-verzweigten ö,_c .,_Q-1-Alkanolen

Ί t>— I ö

Neutraler Azelainsäureester eines technischen Gemisches aus hauptsächlich — — . 90 — 75 ^m nicht-verzweigten C-g ^g-1-Alkanolen

__* Tetrapropenylbernsteinsäureanhydrid 10 — 10 10

—* Dilithiumsalz der Tetrapropenylbern-

^M steinsäure — 10 — — 10

Zinksalz eines Gemisches von Dithio-

phosphorsäureisobutylester und primärem — — — 15 . 15 Dithiophosphorsäureamylester

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Es können alle Metalle unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schmiermittel bearbeitet werden. Beispiele für entsprechende Metalle sind eisenhaltige Metalle, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Titan, Zink und Mangan und deren Legierungen sowie Legierungen, die noch weitere Elemente, wie Silicium, enthalten.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können durch irgendein Auftragungsverfahren, nach dem ein metallisches Werkstück beschichtet werden kann, vor oder während des Verfahrensschrittes der Metallbearbeitung auf die entsprechende Metalloberfläche aufgebracht werden. Beispielsweise kann eine Messerklinge oder eine Ziehdüse mit einem erfindungsgemäßen Schmiermittel beschichtet und anschließend mit dem zu bearbeitenden Werkstück in Kontakt gebracht werden. Meistens wird das Werkstück jedoch vor der Bearbeitung mit dem Schmiermittel versehen. Das Schmiermittel bildet im allgemeinen einen zusammenhängenden Film über der ganzen Oberfläche des Werkstücks. Jedoch kann im Einzelfall auch nur ein Teil der Oberfläche des Werkstücks mit dem Schmiermittel beschichtet sein.

Der physikalische Zustand der erfindungsgemäßen Schmiermittel wahrend des Aufbringens auf die Metalloberfläche ist nicht kritisch. Es kann in fester Form, beispielsweise durch Aufreiben, oder in flüssiger Form, beispielsweise durch Bürsten, Sprühen, Tauchen, Gießen und Walzenbeschichten (auch mittels eines Umkehrwalzwerkes), auf die Metalloberfläche aufgebracht werden. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Schmiermittel in flüssiger Form angewandt, wobei das metallische Werkstück anschlie-

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Bend abgekühlt werden kann, -und das Schmiermittel sich dadurch verfestigt. Das Schmiermittel kann auch als Flüssigkeit während der Metallbearbeitung der Metalloberfläche zugeführt werden. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schmiermittel liegt darin, daß sie nach der Verfestigung auf der Metalloberfläche einen festen, nicht-blockenden, nicht -schlüpfrigen Film bilden, wodurch das behandelte Werkstück einfach und sicher gehandhabt werden kann, wobei auch entsprechende Kosten gesenkt werden.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel sind bei Umgebungstemperatur fest und können zum Zweck des Auftragens auf eine Metalloberfläche geschmolzen werden, wobei sie leicht fließende Flüssigkeiten bilden, die sich in Form eines Film gleichmäßig auf der Metalloberfläche verteilen und nach dem Abkühlen des beschichteten Werkstückes sich wieder verfestigen.

Die Oberflächentemperatur des zu beschichtenden Werkstückes kann sehr verschieden sein und im Bereich von der Umgebungstemperatur bis wenig unter der Zersetzungstemperatur des entsprechenden Schmiermittels liegen. Diese Oberflächentemperatur während des Auftragens des Schmiermittels hängt von verschiedenen Umständen ab, beispielsweise von den vor oder nach dem Aufbringen des Schmiermittels- stattfindenden Verfahrensschritten, dem Schmelzpunkt des Schmiermittels und der Temperatur des Schmiermittels während des Auftragens. Die Oberflächentemperatür des metallischen Werkstückes beträgt vorzugsweise 20 bis 125°C. Die Temperatur des Schmiermittels während des Auftragens soll über seiner Schmelztemperatur liegen, vorzugsweise um mindestens 10 C, insbesondere

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um etwa 20 bis 40 C, höher liegen, um das Schmiermittel leicht und gleichmäßig auf der Metalloberfläche zu verteilen.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können ohne großen Platzbedarf, häufig unter Verwendung von bereits vorhandenen Torrichtungen, wie Ziehvorrichtungen, die in Hüttenwerken vor dem Aufwickeln eingesetzt werden, zur Anwendung kommen. Da die Schmiermittel "bei Umgebungstemperatur rasch fest, trocken, nicht-blockend und relativ nicht-schlüpfrig werden, können übliche Vorrichtungen, wie Hebe-, Beschickungs- und Stapelvorrichtungen benützt werden. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schmiermittel wird kein Trok-. kenofen benötigt, da, weder Wasser noch sonstige Lösungsmittel aus dem Schmiermittel abzutrennen sind.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Schmiermittel wird in der Zeichnung erläutert. In Fig. 1 ist schematisch eine Metallbearbeitung unter Verwendung einer Vorrichtung zum Aufbringen von erfindungsgemäßen Schmiermitteln auf metallische Werkstücke dargestellt. In Fig. 2 ist schematisch ein Querschnitt durch den Vorratsbehälter und die Auftragsvorrichtung des Schmiermittels entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 wiedergegeben. In Fig. 3 ist ein teilweiser Querschnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2 erläutert.

Fig. 1 zeigt in der Prozeßstrecke L eine Vorrichtung 1 zum Aufbringen erfindungsgemäßer Schmiermittel auf die metallischen Werkstücke S, die in Form von entsprechend zugeschnittenen Streifen oder Platten oder in Form eines kontinuierlichen Bandes vorliegen können, wobei im Fall der Verwendung eines Bandmaterials

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dieses entweder nach der Bearbeitung wieder aufgewickelt oder nach dem Abwickeln in Platten geschnitten und nach der Bearbeitung gestapelt werden kann. Der Transport der zu bearbeitenden Werkstücke kann auf einem üblichen Förderband oder üblichen Vorschubwalzen 3 transportiert werden.

Fig. 1 und 2 zeigen einen Vorratsbehälter 5 für das Schmiermittel M, der in der Nähe, vorzugsweise unterhalb, der Auftragsvorrichtung angeordnet ist. Das Schmiermittel wird vorzugsweise durch entsprechende Einrichtungen, wie durch eine mit Dampf betriebene Heizschlange 6 oder eine entsprechende elektrisch betriebene Heizvorrichtung, erhitzt, wobei die Heizvorrichtung im allgemeinen im Behälter 5 angeordnet ist und eine gute Temperatureinstellung im Bereich von beispielsweise 30 bis 85°C gestattet, um das Schmiermittel zu schmelzen und bis zu seiner Auftragung auf das Metall flüssig zu halten, jedoch gleichzeitig verhindert, daß das Schmiermittel über seine Zersetzungstemperatur erhitzt wird.

Das flüssige Schmiermittel wird über die Pumpe 15 über die Zirkulationsleitung 11 zur Auftragsvorrichtung geführt. Die Pumpe soll ausreichend dimensioniert sein, um einerseits das Schmiermittel mit dem erforderlichen Druck, beispielsweise mit 0,70 kg/cm , an die Auftragsvorrichtung zu bringen und andererseits einen Teil des Schmiermittels in den Vorratsbehälter 5 zurückzuführen .

Der Auftrag des Schmiermittels kann beispielsweise mittels eines

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Sprühkopfes, einer Bürsten- oder Gießvorrichtung oder einer Walze erfolgen. Der Walzenauftrag ist bevorzugt. In S¹Ig. 2 und 3 sind zwei heizbare Auftragswalzen 8 aus Gummi dargestellt, von denen jeweils eine für eine Seite des zu beschichtenden Werkstücks vorgesehen ist. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, können die Abstreifwalzen 9 "und die Besehichtungswalzen 8 horizontal justiert werden, um die Schichtdicke des Schmiermittels auf den Besehichtungswalzen einzustellen, die ihrerseits vertikal justiert werden können, um die auf das Werkstück aufzubringende Menge an Schmiermittel einzustellen. Eine Tropfwanne 10 unterhalb der Auftragsvorrichtung führt überschüssiges Schmiermittel in den Vorratsbehälter 5 zurück.

Der Zufluß von Schmiermittel zur Auftragsvorrichtung kann durch die Yentile 14 reguliert werden. Um diese Regulierung zu erleichtern, fließt vorzugsweise ein Teil des Schmiermittels über eine bypass-leitung (Leitung 11, Ventil 13, Leitung 12) im Kreislauf.

Die Yerwendung von Wasserdampf, insbesondere von Niederdruckdampf , als Wärmequelle zum Schmelzen des Schmiermittels und Aufrechterhalten seiner Temperatur bietet den Vorteil, daß der Dampf über die Leitung 16 und das Ventil 17 in die Zirkulationsleitung 11 eingeführt werden kann, um sowohl die Leitung 11 vor Beginn des Beschichtungsverfahrens vorzuheizen als auch nach dessen Beendigung die Zirkulationsleitung 11 zu spülen, um in ihr ein Festwerden des Schmiermittels und ein Verstopfen zu vermeiden. Die Zirkulationsleitung 11 kann auch mit einem Mantel umgeben sein, der in entsprechender Weise ein Erhitzen vor und

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nach, der Beschichtung gestattet. Die Ableitung 18 für Dampf aus der Heizvorrichtung 6 zum Kondensatsammler 19 führt vorzugsweise um oder durch das Gehäuse der Pumpe 15, um ein Pestwerden und Anhäufen von Schmiermittel in der Pumpe zu vermeiden.

Zusätzlich zur vorgenannten Auftragsvorrichtung oder an deren Stelle kann die Schichtdicke des Schmiermittels auf der zu behandelnden Metalloberfläche auch auf andere Weise eingestellt werden. Dies kann beispielsweise durch Einstellen der Temperatur des Schmiermittels und/oder der Metalloberfläche, die Auswahl von Schmiermitteln mit verschiedenem Schmelzpunkt und Einstellen der Abkühlgeschwindigkeit der Metalloberfläche nach dem Auftrag des Schmiermittels erfolgen. Die Verfestigung des flüssigen Schmiermittels erfolgt umso rascher und die aufgetragene Schichtdicke ist umso höher, je höher der Schmelzpunkt des Schmiermittels liegt. Die Schichtdicke des Schmiermittels auf der Metalloberfläche kann auch durch andere Maßnahmen, wie durch erhitzte RoI- '■ lenquetschen oder einen erhitzten Luftstrom, eingestellt werden.

Da die erfindungsgemäßen Schmiermittel kein Wasseroder ein anderes Lösungsmittel enthalten, ist nach der Beschichtung des Werkstückes mit dem Schmiermittel kein Trockenofen erforderlich. Jedoch wird vorzugsweise zwischen dem Ausgang der BeSchichtungsvorrichtung und der Stapel- oder Aufwickelvorrichtung eine gewisse freie Strecke vorgesehen, um das Abkühlen und Verfestigen des Schmiermittels auf der Metalloberfläche sicherzustellen. Beispielsweise beträgt diese freie Strecke etwa 12m bei einer Prozeßgeschwindigkeit von etwa 180 m/Minute. Die Länge dieser

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freien. Strecke ändert sich nicht nur mit der Änderung der Transportgeschwindigkeit der Werkstücke,sondern auch bei einer Änderung von Art und Dicke des "behandelten Metalls und dessen Temperatur. Beispielsweise ist in Fig. 1 ein Reinigungsbad 25 eingezeichnet, in dem Walzenöl von der zu behandelnden Metalloberfläche entfernt wird, wobei eine Temperatur von beispielsweise 35 bis 75°C eingehalten wird. Auch kann ein Wasser enthaltendes Spülbad 26 nachgeschaltet sein, in dem gleichfalls eine Temperatur in einem ähnlichen Temperaturbereich eingehalten wird. In der Nähe des Ausgangs des Reinigungsbades 25 ist vorzugsweise ein Paar Quetschwalzen 27 angeordnet, um das Spülbad 26 nicht zu sehr mit Reinigungslösung zu verunreinigen. Auch sind vorzugsweise vor dem Ausgang des Spülbades 26 entsprechende Quetschwalzen 28 angeordnet, die durch einen entsprechenden Luftstrom ergänzt werden können.

Die nach vorstehender Verwendung der erfindungsgemäßen Schmiermittel erhaltenen Werkstücke weisen für ihre weitere Verarbeitung, insbesondere zum Ziehen, sehr gute Oberflächeneigenschaften auf, sind gegen Korrosion geschützt und können leicht nach üblichen Verfahren vom Schmiermittel befreit werden.

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Claims

Patentansprüche

1 . Schmiermittel zur Metallbearbeitung, gekennzeichnet durch einen Schmelzpunkt von etwa 30 bis 100 C und einen Gehalt an

(a) einem Carbonsäureester
sowie gegebenenfalls zusätzlich

(b) einer Carbonsäure oder einem entsprechenden Derivat und/oder

(c) einem Phosphorsäurederivat der allgemeinen Formel I

P-X

in der M ein Atom eines Metalls der Gruppe I oder II des Periodensystems oder ein Aluminium-, Zinn-, Cobalt-, Blei-, Molybdän-, Mangan- oder Nickelatom oder die Ammoniumgruppe,

1 2

R und R jeweils einen Substituenten auf der Basis eines

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Kohlenwasserstoffs, X , X , X und X jeweils ein Sauerstoff- oder Schwefelatom sowie a und b jeweils die Zahl 0 oder 1 bedeuten, und/oder
(d) einem Antioxydans.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schmelzpunkt von etwa 35 bis 70⁰C.

3. Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Carbonsäureester auf der Basis eines gesättigten ,

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aliphatischen Alkohols mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen und einer aliphatischen Polycarbonsäure mit etwa 4 bis 20 Kohlenstoffatomen.

4. Schmiermittel nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Ester auf der Basis eines Alkanols als Alkoholkomponente.

5. Schmiermittel nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Ester auf der Basis eines im wesentlichen unverzweigten Alkanols mit 14 bis 20 Kohlenstoffatomen oder einem Gemisch derartiger Alkanole als Alkoholkomponente und Adipin-, Azelain-oder Sebacinsäure als Säurekomponente.

6. Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einer einen Substituenten auf der Basis eines Kohlenwasserstoffs tragenden Bernsteinsäure, deren Anhydrid oder Lithiumsalz.

7. Schmiermittel nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Tetrapropeny!bernsteinsäureanhydrid.

8. Schmiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen Gehalt an einem Phosphorsäurederivat der allgemeinen

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Formel I, in der M ein Zinkatom, R und R jeweils einen

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niederen Alkylrest, X und X Sauerstoffatome, X und X

Schwefelatome sowie a und b jeweils die Zahl 1 bedeuten.

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.9. Verfahren zum Auftragen eines bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck festen Mittels zur Metallbearbeitung auf ein Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß man. das Mittel durch Erhitzen verflüssigt und in dieser Form gleichförmig auf der Oberfläche des metallischen Werkstückes verteilt, das Mittel auf dem Werkstück einen Film des Mittels bilden läßt und diesen durch Abkühlen verfestigt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmolzene Mittel über eine Zirkulationsleitung zu einer Auftragsvorrichtung führt und das mit dem Mittel zu behandelnde metallische Werkstück durch die Auftragsvorrichtung schickt und dabei das Mittel auf das metallische Werkstück aufbringt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Mittel in einem Vorratsbehälter lagert und erhitzt und einen Teil des geschmolzenen Mittels durch eine bypass-Leitung an der Auftragsvorrichtung vorbeiführt und in den Vorratsbehälter zurückleitet.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Erhitzen des Mittels Wasserdampf einsetzt und Wasserdampf zur Vorheizung zu Beginn des Verfahrens und zur Vermeidung von Ablagerungen am Ende des Verfahrens in die Zirkulationsleitung einführt.

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