DE4300464C1 - Festschmierstoffkombination, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung - Google Patents

Festschmierstoffkombination, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Festschmierstoffkombination, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.
Festschmierstoffe werden zu vielfältigen Zwecken eingesetzt. Sie kommen direkt zum Einsatz zum Beispiel in Form von Pasten oder Antifrictioncoatings oder werden als Zusätze zu Fetten und Ölen verwendet, um die Notlaufeigenschaften und auch die Schmierwirksamkeit zu verbessern. Ein sehr häufig verwendeter Festschmierstoff ist Molybdändisulfid, das eine ausgezeichne­ te Schmierfähigkeit hat. Aufgrund seiner Lamellenstruktur, weist es eine ausgezeichnete Filmbildungsfähigkeit auf, da die Lamellen aufeinander gleiten können. Die Verwendung von Molybdändisulfid hat jedoch den Nachteil, daß unter bestimm­ ten Bedingungen Schwefel freigesetzt werden kann, der in feuchter Umgebung korrosiv wirkt. Bei Temperaturen oberhalb von 300°C setzt Molybdändisulfid in erhöhtem Maß Schwefel frei, der bei hohen Temperaturen in Stahloberflächen eindif­ fundiert und Spannungsrißkorrosion erzeugen kann. In manchen Bereichen ist daher die Verwendung von Molybdändisulfid gar nicht mehr zugelassen.
Es wurde versucht, das Molybdändisulfid durch andere Fest­ schmierstoffe zu ersetzen, die nur die Vorteile, nicht aber die Nachteile des Molybdändisulfids aufweisen. Hierzu wurde unter anderem Graphit in Betracht gezogen, das ebenfalls eine Lamellenstruktur aufweist. Da Graphit nur aus Kohlenstoff besteht, weisen die Lamellenoberflächen keine polare Struktur auf; daher haftet Graphit allein schlecht auf Metalloberflä­ chen und bildet auch keine tragfähigen Filme. Darüber hinaus sind die Schmiereigenschaften des Graphits sehr stark beein­ flußbar durch die äußeren Bedingungen. Um nun die Schmier­ eigenschaften von Graphit zu verbessern, wurde bereits vorge­ schlagen, dem Graphit andere Schmierstoffe zuzusetzen. So ist es beispielsweise aus GB-A 1 256 349 bekannt, die Filmbil­ dungsfähigkeit von Graphit durch einen Zusatz von Natrium­ fluorid zu verbessern. Die damit erzielten Ergebnisse sind jedoch auch nicht befriedigend und darüber hinaus führt der Zusatz einer halogenidionenhaltigen Verbindung zu Korrosions­ problemen. Weiterhin wurde in SU-A 467 096 vorgeschlagen, einen Festschmierstoff herzustellen durch Vermischen von Graphitpulver mit 5 bis 11 Gewichtsprozent Kaliumwolframat oder Kaliummolybdat. Durch diesen Zusatz konnte der Abrieb stark vermindert werden. Auch diese Kombination führte jedoch noch nicht zu befriedigenden Ergebnissen.
Es war nun Aufgabe der Erfindung, einen Festschmierstoff zur Verfügung zu stellen, der gute Filmbildungseigenschaften, gute Schmiereigenschaften aufweist, bei dem der Reibwert im wesentlichen unabhängig von den äußeren Bedingungen konstant bleibt und der keine korrosive Wirkung auf die damit ge­ schmierten Körper ausübt.
Diese Aufgabe wurde gelöst durch eine Festschmierkombination enthaltend
  • I) 30 bis 70 Gewichtsprozent Graphit,
  • II) 70 bis 30 Gewichtsprozent einer Mischung von einem Alka­ limolybdat, und/oder einem Alkali- oder Erdalkalisulfat und/oder einem Alkaliphosphat, wobei die Mischung aus mindestens zwei Bestandteilen besteht und das Verhältnis der einzelnen Bestandteile im Bereich von 0,05 bis 20 zu 1 liegt.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die erfindungs­ gemäße Mischung aus mindestens drei Komponenten eine ausge­ zeichnete Schmierfähigkeit aufweist, die Verschleißfestigkeit der damit behandelten Körper verbessert und darüber hin­ aus die Möglichkeit bietet, den Reibwert in einem gewünschten Bereich einzustellen.
Die erste wesentliche Komponente der erfindungsgemäßen Fest­ schmierstoffkombination ist Graphit. Hier wird der üblicher­ weise auf diesem Gebiet verwendete Graphit eingesetzt, der normalerweise eine Teilchengröße im Bereich von 5 bis 50 µm hat. Der Graphit wird in einem Anteil von 30 bis 70 Gewichts­ prozent der Festschmierstoffkombination eingesetzt. Bevorzugt beträgt der Anteil des Graphits 40 bis 60 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt 45 bis 55 Gewichtsprozent.
Die zweite wesentliche erfindungsgemäße Komponente ist eine Mischung aus mindestens zwei Bestandteilen, wobei die Be­ standteile ausgewählt sind aus einem Alkalimolybdat und/oder einem Alkali- oder Erdalkalisulfat und/oder einem Alkali­ phosphat. Die Auswahl der einzelnen Bestandteile erfolgt je nach Verwendungszweck. Das Alkalimolybdat erzeugt einen nie­ deren Reibwert, der wesentlich ist, wenn der Schmierstoff für Lager, Wellen und ähnliches verwendet werden soll. Der Zusatz von Alkali- oder Erdalkalisulfat führt zu einem Reibwert im mittleren Bereich und wird daher angewendet für Zwecke, bei denen der Reibwert eher hoch sein soll. Die beiden Salze können auch in Mischung eingesetzt werden, wobei die einzel­ nen Bestandteile dann in für den jeweils gewünschten Reibwert geeigneten Mengen eingesetzt werden. Die jeweils günstigsten Anteile können in wenigen Routineversuchen ermittelt werden. Das bevorzugte Alkalimolybdat ist Natriummolybdat. Als Sulfat wird bevorzugt Alkalisulfat verwendet, wobei die Verwendung von Natriumsulfat besonders bevorzugt ist.
Das Alkaliphosphat ist der dritte Bestandteil, der in der erfindungsgemäßen zweiten Komponente enthalten sein kann. Es führt ebenfalls zu einer synergistischen Verbesserung der bereits guten Eigenschaften der Mischung aus Graphit und Alkalimolybdat und/oder Alkali- oder Erdalkalisulfat. Als Alkaliphosphat wird bevorzugt Natriumphosphat und besonders bevorzugt Natriumorthophosphat verwendet. Nur eine Mischung aus den zwei erfindungswesentlichen Komponenten Graphit und einer Mischung aus mindestens zwei Bestandteilen ausgewählt aus Alkalimolybdat/Alkali- oder Erdalkalisulfat/Alkaliphos­ phat liefert die ausgezeichneten Eigenschaften wie verbes­ serte Verschleißfestigkeit, hohe Druckbelastbarkeit, konstan­ te physikalische Eigenschaften im wesentlichen unabhängig von äußeren Bedingungen und guten Korrosionsschutz. Um diese günstigen Eigenschaften zu erhalten, genügt eine Mischung aus zwei der oben genannten Bestandteile. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt daher die Komponente (II) zwei Bestandteile. Zur Einstellung des Reibwerts kann es in ein­ zelnen Fällen vorteilhaft sein, eine Mischung aus drei Be­ standteilen zu verwenden.
Der Anteil der Mischung aus Alkalimolybdat und/oder Alkali- oder Erdalkalisulfat und/oder Alkaliphosphat in der Fest­ schmierstoffkombination liegt im Bereich von 70 bis 30 Ge­ wichtsprozent, bevorzugt 60 bis 40 Gewichtsprozent und beson­ ders bevorzugt 55 bis 45 Gewichtsprozent.
Das Verhältnis der einzelnen Bestandteile der zweiten Kom­ ponente zueinander, d. h. von Alkalimolybdat und/oder Alkali- oder Erdalkalisulfat und/oder Alkaliphosphat, wird je nach Einsatzzweck ausgewählt. Durch Veränderung der einzelnen Anteile kann der Reibwert der erfindungsgemäßen Festschmier­ stoffkombination in einem gewünschten Bereich eingestellt werden. Die erfindungsgemäß verwendeten Komponenten beein­ flussen den Reibwert in verschiedener Weise und durch eine geeignete Kombination der Komponenten ist es daher möglich einen hohen oder geringen Reibwert zu erzeugen. Der für die erfindungsgemäße Schmierstoffkombination eingestellte Reib­ wert bleibt dann unabhängig von den äußeren Bedingungen wie Temperatur, Druck oder Feuchtigkeit im wesentlichen stabil. Das Verhältnis der Komponenten wird nach den jeweiligen Gege­ benheiten ausgewählt. Allgemein werden die einzelnen Bestand­ teile der zweiten Komponente in solchen Anteilen eingesetzt, daß ihr Verhältnis zueinander im Bereich von 0,05 bis 20 zu 1 liegt. Ist ein hoher Reibwert erforderlich, wie für Brems­ beläge, wählt man einen höheren Anteil an Alkaliphosphat, da Alkaliphosphat einen hohen Reibwert erzeugt, während der Anteil an Alkalimolybdat, das einen niedrigen Reibwert lie­ fert, im unteren Bereich liegt. Umgekehrt wird für solche Zwecke, bei denen ein geringer Reibwert notwendig ist, der Anteil an Alkaliphosphat im unteren Bereich liegen, während der Anteil an Alkalimolybdat hoch ist. Ein Alkali- oder Erd­ alkalisulfat, dessen Reibwert zwischen dem von Alkalimolybdat und dem von Alkaliphosphat liegt, wird zur Einstellung mitt­ lerer Reibwerte bevorzugt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Mischung ist es, daß der Reibwert der Festschmierstoffkombination in einem gewünschten Bereich eingestellt werden kann und daß dieser Reibwert dann konstant bleibt, auch wenn sich die äußeren Bedingungen verändern.
Die erfindungsgemäße Festschmierstoffkombination kann her­ gestellt werden durch einfaches Vermischen der einzelnen Bestandteile. Allerdings sind die Eigenschaften der erfin­ dungsgemäßen Festschmierstoffkombination am besten, wenn eine homogene Mischung vorliegt. Es ist zwar möglich, eine homo­ gene Mischung durch Vermischen der einzelnen trockenen Kom­ ponenten zu erreichen, dies ist jedoch sehr aufwendig.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Festschmierstoffkombina­ tion, wobei man Alkalimolybdat und/oder Alkali- oder Erdalka­ lisulfat und/oder Alkaliphosphat in Wasser löst, Graphit zu­ setzt, die erhaltene Aufschlämmung trocknet und die getrock­ nete Masse auf eine Teilchengröße verkleinert, die im Bereich der Teilchengröße des eingesetzten Graphits liegt.
Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß die Bestandteile sehr homogen miteinander vermischt werden, das heißt, daß sich die Salze sehr gleichmäßig in dem Graphit verteilen und damit zu den besonders günstigen Eigenschaften führen.
Die Salze werden in an sich bekannter Weise in Wasser gelöst, der Graphit zugesetzt und diese Aufschlämmung dann getrock­ net. Die Zerkleinerung der getrockneten Aufschlämmung erfolgt in an sich bekannter Weise, in der Regel durch Vermahlen. Üblicherweise wird die Festschmierstoffkombination auf eine Teilchengröße zerkleinert, die im Bereich der Teilchengröße des Graphits liegt.
Die erfindungsgemäße Festschmierstoffkombination kann sowohl als Festschmierstoff selbst, als auch als Additiv für andere Schmiermittel eingesetzt werden. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Festschmierstoffkombination für Bremsbeläge, wobei in diesem Fall bevorzugt ein hoher Anteil an Alkali­ phosphat und ein geringer Anteil an Alkalimolybdat verwendet wird. Eine derartige Festschmierstoffkombination hat einen sehr hohen Reibwert, der sehr stabil bleibt unabhängig von umgebender Feuchtigkeit, Umgebungstemperatur usw. und darüber hinaus den Verschleiß des Belages gering hält. Es wurde ge­ funden, daß die erfindungsgemäße Kombination den Reibungsver­ lauf beruhigt, wodurch weniger Vibrationen erzeugt werden und somit die Bremsgeräusche vermindert werden. Eine für diesen Zweck besonders geeignete Festschmierstoffkombination setzt sich zusammen aus etwa 50% Graphit, etwa 10% Natriummolyb­ dat und etwa 40% Natriumphosphat.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Festschmierstoffkombina­ tion besonders geeignet zur Schmierung von Sintermetallen und Sinterkeramiken, die für Lager und Wellen verwendet werden. Da für Wellen und Lager ein niederer Reibwert wichtig ist, wird in diesem Fall besonders bevorzugt eine Festschmier­ stoffkombination eingesetzt, die etwa 50% Graphit, etwa 40% Natriummolybdat und etwa 10% Natriumphosphat enthält.
Eine weitere bevorzugte Anwendung ist die Behandlung von Kohlebürsten, wie sie beispielsweise in Elektromotoren ver­ wendet werden. Für diesen Bereich sind ebenfalls niedrige Reibwerte erwünscht.
Erfindungsgemäß wird eine Festschmierstoffkombination zur Verfügung gestellt, die eine ausgezeichnete Druckbelastbar­ keit aufweist und darüber hinaus die Möglichkeit bietet, den Reibwert in einen gewünschten Bereich einzustellen. Die Druckbelastbarkeit ist gegenüber bekannten Festschmierstoffen außerordentlich erhöht. Diese besonders hohe Druckbelastbar­ keit kann nur erzielt werden durch Verwendung der zwei erfin­ dungsgemäß definierten Komponenten.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:
Beispiel 1
Es wurden die Hochdruckbelastbarkeit in Newton (N) sowie der Reibwert µ bei Höchstlast beziehungsweise bei 10 000 N be­ stimmt. Diese Werte wurden für verschiedene Mischungen von Graphit mit Alkalimolybdat, Alkalisulfat und Alkaliphosphat bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests sind der folgenden Tabelle zu entnehmen:
Tabelle 1
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Hochdruckbelastbarkeit einer erfindungsgemäßen Festschmierstoffkombination mit drei Kom­ ponenten weitaus höher ist als die zum Vergleich getesteten Mischungen aus zwei Komponenten, bei gleichem mengenmäßigen Anteil.

Claims (7)

1. Festschmierstoffkombination enthaltend
  • I) 30 bis 70 Gewichtsprozent Graphit und
  • II) 70 bis 30 Gewichtsprozent einer Mischung aus einem Alka­ limolybdat und/oder einem Alkali- oder Erdalkalisulfat und/oder einem Alkaliphosphat, wobei die Mischung aus mindestens zwei Bestandteilen besteht und das Verhältnis der einzelnen Bestandteile im Bereich von 0,05 bis 20 zu 1 liegt.
2. Festschmierstoffkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kombination 40 bis 60 Gewichts­ prozent Graphit enthalten sind.
3. Festschmierstoffkombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimolybdat Natriummolyb­ dat enthalten ist.
4. Festschmierstoffkombination nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkaliphosphat Natriumorthophosphat enthalten ist.
5. Festschmierstoffkombination nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mischung II aus 20 bis 80 Gewichtsprozent Alkalimolybdat und/oder Alkali- oder Erdalkalisulfat und aus 80 bis 20 Gewichtsprozent Alkali­ phosphat besteht.
6. Verfahren zur Herstellung einer Festschmierstoffkombina­ tion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß man Alkalimolybdat und/oder Alkali- oder Erdalkali­ sulfat und/oder Alkaliphosphat in Wasser löst, Graphit zu­ setzt, die erhaltene Aufschlämmung trocknet und die getrock­ nete Masse auf eine Teilchengröße verkleinert, die im Bereich der Teilchengröße des eingesetzten Graphits liegt.
7. Verwendung der Festschmierstoffkombination nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Festschmierstoff für Bremsbeläge, Kohlebürsten, Sintermetalle und zur Herstellung von Compo­ sites.
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