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