DE849291C

DE849291C - Metalworking and lubricating fluids

Info

Publication number: DE849291C
Application number: DEM2402D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr-Ing Hammen; Erich H Dr Kadmer
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1944-11-30
Filing date: 1944-11-30
Publication date: 1952-09-15

Description

Metallbearbeitungs- und Schrnierflüssigkeiten Bei der spanabhebenden Verformung von Metallen ist es üblich, Schneid- oder Bohröle oder deren Einulsionen als Zerspantingsflüssigkeiten zu verwenden. Im Bestreben, wertvolle Öle auf diesem Gebiet einzuspaxen, wurden auch bereits Schneidflüssigkeiten vorgeschlagen, die Öle, wenn überhaupt, dann nur in untergeordneter Menge enthalten. Da das Einemulgieren von Ölen in diesen salzhaltigen Lösungen mit Schwierigkeiten verbunden ist, wurden sie in der Regel ohne Ölzusatz angewandt, oder man hat mit Hilfe von Emulgatoren nur geringe Mengen 01 in die Schneidflüssigkeit einbauen können. So ist für die Zerspanung von Metallen die Verwendung von chemisch aggressiven Lösungen bekannt (französische Patentschrift 851 124), d. li. sowohl von Lösungen, die geeignet sind, mit dem zu bearbeitenden Metall schichtbildend zu reagieren, als auch solchen, die eine Beizwirkung auf das Metall ausüben. Beispielsweise wurden für die Zerspanung von Aluminium und seinen Legierungen nitrathaltige Zinkphosphatlösungen, wie sie für Rostschutzverfahren angewendet werden (deutsche Patentschrift 734852), oder auch wäßrige alkalische Chromatlösungen, wie sie für chemische Oberflächenbehandlung von Metallen bekannt sind (f ranzösische Patentschrift 734851), allein oder in Gemisch mit Ölen vorgeschlagen.Metalworking and cutting fluids When metal cutting, it is common to use cutting or drilling oils or their emulsions as cutting fluids. In an effort to package valuable oils in this field, cutting fluids have also already been proposed which contain oils, if at all, only in minor amounts. As the emulsifying connected oils in these saline solutions with difficulties, they were usually applied without oil additive, or you can build into the cutting fluid by means of emulsifiers only small amounts 01. The use of chemically aggressive solutions is known for the machining of metals (French patent specification 851 124), i. left both of solutions that are suitable to react with the metal to be processed in a layer-forming manner, as well as those that exert a pickling effect on the metal. For example, for the machining of aluminum and its alloys, nitrate-containing zinc phosphate solutions, as used for rust protection processes (German patent 734852), or aqueous alkaline chromate solutions, as they are known for the chemical surface treatment of metals ( French patent 734851), alone or in Suggested mixture with oils.

Aufgabe der Er findung ist es, zur Erhöhung der Schmierwirkung an Stelle der Öle solchen Lösungen noch Stoffe mit hoher eigener Schmierwirkung einzuverleiben, die mit diesen Lösungen keinen Aussalzeffekt zeigen.The task of the invention is to increase the lubricating effect Instead of adding substances with a high lubricating effect to the oils in such solutions, which show no salting out effect with these solutions.

Gemäß Erfindung werden zu diesem Zweck salzbeständige Sulfonate, vorzugsweise bestimmte Sulfonierungsprodukte, insbesondere Ölharzsulfonate, verwendet, die selbst ausgeprägte Schmierwirk-ung besitzen und säure-, alkali- und salzbeständig sind. Als solche können bekannte salzbeständige aromatische Sulfonate, z. B. die im flandel unter den Namen Neckal (Alkylnaphthalinsulfonat), Majamin (Naphthalinsulfonsaures Natrium), Betanfß-Naphtholsulfosäure" ' erhältlichen, angewandt werden. Die vorzugsweise zu verwendendenSulfonierungsprodukte werden auf folgende Weise gewonnen: Natürlich vorkommende oder synthetisch gewonnene Kohlenwasserstoffe aliphatischer, arornatischer und/oder hydroaromatischer Natur, beispielsweise Mineralöle, werden, z.B. im RaIhmen de r Raffination, sulfoniert, , vorzugsweise der forcierten Sulfonierung mit rauchender Schwefelsäure unterzogen. Das Sulfonierungsprodukt wird abgetrennt. Dabei ist es zweckmäßig, den Säureteer in Zentrifugen sofort vom Öl zu trennen, um dem Säureüberschuß jede Möglichkeit zu tiefergehender Einwirkung auf die ansulfonierten Harze, Asphalte, Aromaten und Olefine zu nehmen. Das Sulfonierungsprodukt wird mit Wasser oder Salzsole ausgewaschen, wozu vorzugsweise weniger als die gleiche Menge Wasser oder Sole angewandt wird. Durch Neutralisation werden die Sulfonate gewonnen und gegebenenfalls noch von ölresten gesäubert. Diese Sulfonate sind hochwertige Schmiermittel und eignen sich als Zusatz zu Metallbearbeitungslösungen der oben besprochenen Art., Gegenstand der Erfindung sind Metallbearbeitungs- und Schmierlösungen für Metalle, die durch Mischen von diesen beschriebenen Sulfonaten mit chemisch aktiven, d. h. chemisch aggressiven Lösungen, wie beizend wirkenden oder vorzugsweise schichtbildenden Lösungen, beispielsweise solchen, wie sie als Rostschutzlösungen Verwendung finden, bzw. passivierend wirkenden Lösungen gewonnen werden. Es sind hierzu nicht nur die bekannten Rostschutzlösungen, wie beispielsweise' nitrathaltige Zirikphosphatlösungen, brauchbar, sondern auch andere wäßrige, das P-hosphorsäureradikal eiithaltende Lösungen.According to the invention, salt-resistant sulfonates, preferably certain sulfonation products, in particular oleoresin sulfonates, are used for this purpose, which themselves have a pronounced lubricating effect and are acid, alkali and salt-resistant. As such, known salt-resistant aromatic sulfonates, e.g. B. those available in Flanders under the names Neckal (alkyl naphthalenesulfonate), Majamin (sodium naphthalenesulfonic acid), Betanfß-naphtholsulfonic acid "'are used. or hydro-aromatic in nature, for example mineral oils, are, for example, in RaIhmen de r refining, sulfonated, the forced sulfonation with fuming sulfuric acid is preferably subjected to. the sulfonation is separated. it is appropriate to separate the acid sludge in centrifuge immediately from the oil to the Acid excess gives every possibility of deeper action on the sulfonated resins, asphalts, aromatics and olefins.The sulfonation product is washed out with water or brine, for which less than the same amount of water or brine is preferably used Sulphonates obtained and, if necessary, cleaned of oil residues. These sulfonates are high quality lubricants and are suitable as additives to metalworking solutions of the type discussed above. The invention relates to metalworking and lubricating solutions for metals which are obtained by mixing these sulfonates described with chemically active, i.e. H. chemically aggressive solutions, such as acidic or preferably layer-forming solutions, for example those used as rust protection solutions, or solutions with a passivating effect are obtained. For this purpose, not only the known anti-rust solutions, such as, for example, nitrate-containing zinc phosphate solutions, can be used, but also other aqueous solutions containing the phosphoric acid radical.

Da die bezeichneten Sulfonatlösungen sich mit Salzlösungen in jedem Verhä,Itnis haltbar mischen lassen, währe ' nd Emuls ' ionsöle aller Art äusgesalzen werden, können die erfindu.ngsgemäßen Metallbearbeitungsflüssigkeiten und Schmierlösu hgen sowohl dadurch gewonnen werden, daß man bekännen wa ;*ßrigen ölfreien aggressiven oder passivierend wirkenden Lösungen Sulfonatlösungen in beliebiger Menge zusetzt, oder auch dadurch, daß man züi den Sulfonatiösungen Salze oder Säuren zuse'tzt bis zur Erreichung eines angestrebten pti-Wertes, der PH-Bereich von 7 bis 8 'hat sich beispielsweise als besonders günstfig erwiesen, und/oder passivierend wirkende Lösungen zur Verringerung des Korrosionsangriffes auf Werkstück und Werkzeug. Es können hierbei sowohl schichtbildende Rostschutzlösungen als auch durch Passivierung rostschützende Lösungen verwendet werden. - Besonders geeignet sind Sulfonate, zu deren Gewinnung frisch anfallende Säureteere der Mineralölraffination mit Schwefelsäure bzw. der Mineralölsulfonierung mit Oleum mit weniger als der gleichen Menge Wasser oder Salzsole gewaschen und neutralisiert, darauf durch Extraktion mit oleophylen und hydrophoben Lösungsmitteln von Mineralöl,resten befreit wurden. Es ist günstig, zum Auswaschen Salzsole züi verwenden, da durch Elektrolytzusatz die #Bildung von Natrium- oder Kaliumsulfat in der Lösung verhindert wird.* Ssrigen oil-free aggressive, since the Sulfonatlösungen designated can be mixed preserved with salt solutions in each Verhä, Itnis, Währe 'nd Emuls' ionsöle äusgesalzen of all kinds are the erfindu.ngsgemäßen metalworking fluids and Schmierlösu can HGEN obtained both by reacting wa bekännen or passivating solutions adding sulfonate solutions in any amount, or by adding salts or acids to the sulfonate solutions until a desired pti value is reached, the pH range of 7 to 8 'has proven to be particularly favorable, for example , and / or passivating solutions to reduce the corrosion attack on the workpiece and tool. Both layer-forming rust protection solutions and solutions that protect against rust by passivation can be used here. - Sulphonates are particularly suitable, for the extraction of which freshly accumulating acid tars from mineral oil refining with sulfuric acid or mineral oil sulphonation with oleum are washed and neutralized with less than the same amount of water or brine and then freed of mineral oil residues by extraction with oleophylene and hydrophobic solvents. It is advisable to use brine for washing out, as the addition of electrolytes prevents the formation of sodium or potassium sulfate in the solution.

Das Produkt wird besonders gleichmäßig, wenn man die Sulfonierung in Stufen vornimmt, die Säureteerfraktionen auswäscht, vereinigt und neutralisiert. Man kann dabei so verfahren, daß man die zu sulfonierenden bzw. raffinierenden Kohlenwas'--erstoffe vorher durch Behandlung mit wenig Schwefelsäure oder Lösungsmitteln von Hartasphalten u. a. unerwünschten Bestandteilen befreit. Beispiel i Das Schneiden von Gewinden wurde mit Hilfe eines Gemisches einer nitrathaltigen Phosphatlösung mit einer Sulfonatlösung im Verhältnis i : i durchgeführt, die je 5% Phosphat und Nitrat bzw. Sulfonat, Rest Wasser enthielt, und verglichen mit dem Gewindeschnitt mittels io%iger Schneidölemulsion. Es zeigte sich, daß die Gewindeflanken beim Schneiden gemäß Erfindung viel glatter ausfielen als mit der seither bestbekannten Schneidölemulsion. Die Sulfonatlösung wurde wie folgt gewonnen: ioo,oTeile Spindelöl wurden bei Raumtemperatur innerhalb 30Minuten mit i5oTeilen Oleum behandelt, wobei die Temperatur auf 42' anstieg. Nach 3stündigem Abstehen wurde in 84oTeile raffiniertes 01 und 31oTeile Säureteer geschieden. Das raffinierte Öl enthielt lieben S#urespuren öl- lösliche Sulfonate. Aus ihm wurden noch Emulgierungsmittel abgetrennt. Der Säureteer wurde sofort nach der Trennung von Öl, um die weitere Einwirkung der Schwcfelsäure-zu verhindern, mit 2ooTeilen Wasser gewaschen. 'Nach 3stündigem Stehen wurden 26oTeile Sauerwasser abgezogen. Durch Neut,ralisation mit 24o Teilen 25%iger Kalilauge wurde schließlich ein rotbraunes'Produkt erhalten, das 'ein außergewöhnlich s.alz- und7 säprebeständiges Ölharzsulfonat darstellt. Dieses , Könz erftrat wurde mit Wasser im Verhältnis li :,2o verdün'nt und mit der gleichen Menge von 5.%iger nitrathaltiger Zinkphbsphatlösung gemischt.The product becomes particularly uniform if the sulfonation is carried out in stages, the acid tar fractions being washed out, combined and neutralized. One can proceed in such a way that the hydrocarbons to be sulfonated or refined are previously freed from hard asphalt and other undesirable constituents by treatment with a little sulfuric acid or solvents. Example i The cutting of threads was carried out with the aid of a mixture of a nitrate-containing phosphate solution with a sulfonate solution in the ratio i : i, which each contained 5% phosphate and nitrate or sulfonate, the remainder water, and compared with the thread cutting with a 10% cutting oil emulsion. It was found that the thread flanks when cutting according to the invention turned out to be much smoother than with the cutting oil emulsion best known since then. The sulfonate solution was obtained as follows: 100.0 parts of spindle oil were treated with 150 parts of oleum at room temperature within 30 minutes, the temperature rising to 42 '. After 3 hours standing off in 84oTeile refined 01 and 31oTeile acid tar was divorced. The refined oil contained sweet traces of acid, oil- soluble sulfonates. Emulsifiers were also separated off from it. Immediately after the separation of the oil, the acid tar was washed with 200 parts of water in order to prevent further action of the sulfuric acid. After standing for 3 hours, 26o parts of acid water were drawn off. By neutralization with 240 parts of 25% strength potassium hydroxide solution, a red-brown product was finally obtained which is an oleoresin sulfonate that is exceptionally resistant to salt and acid. This, Könz erftrat was washed with water at a ratio li: verdün'nt and 2o mixed with an equal amount of 5% sodium nitrate-containing Zinkphbsphatlösung.

Die erfindungsgemäßen Gemische können nicht nur als Zerspanungslösungen verwendet werden, sondern auch als Schmiermittel und zur Erleichterung von Gleitvorgängen. Zum Beispiel lassen sie sich bei der spanlosen Verformung als Kühl- und Schmierrnittel anwenden. Sie können beispielsweise an Stelle von Seife oder Fett beim Drahtzug angewandt werden. Günstige Ergebnisse werden auch bei Verwendung dieser Lösungen als Schmiermittel z# bei -leitenden Maschinenteilen erzielt. e i S p i e 1 2 Es wurden Laufversuche in der Altnen-Wieland-Ölprüfinaschine durchgeführt, bei denen eine der iiii Beispiel i beschriebenen Schneidlösung ähnliche Lösun(# als Lagerschmiermittel verwandt wurde. 1)ie Losung unterschied sich von der beschriebenen Schneidlösung nur dadurch, daß die Neutralisatioli des das Sulfonierungsprodukt enthaltenden Sauerwassers mit Ammoniak vorgeniommen wurde. Bei den Prüfversuchen zeigt sich mit steigender Belastung anfangs ein verzögertes, dann sprunghaft ansteigendes Anwachsen der Reibungswerte. Der Versuch wurde bei 125o kg Maximalbelastung der Almen-Wieland-'.%,laschine als unbeendet abgebrochen. Die Laufspur war einwandfrei, und die gleitenden Teile hatten den nach einer Phosphatierung üblichen grauen Metallphosphatüberzug. Zum Vergleich sei angegeben, daß die zur Zeit zur Einsparung von Olen in Benutzung befindlichen Öl- emulsionen auch bei einem Verhältnis von io Teilen Öl in 9.o Teilen Wasser nicht annähernd den Schmiereffekt der erfindungsgemäßen Mittel erreichen. Eine io%ige Bohrölemulsion ließ kaum eine Belastung von 6ookg zu, bei der es schon derart festlief, daß sich aus den Lagerschalen ein breiter Willst der Verschweißung mit dem Zapfen zeigte.The mixtures according to the invention can be used not only as cutting solutions, but also as lubricants and to facilitate sliding processes. For example, they can be used as coolants and lubricants in non-cutting deformation. For example, they can be used in place of soap or fat when drawing wires. Favorable results are also achieved when using these solutions as lubricants for conductive machine parts. ei S pie 1 2 Running tests were carried out in the Altnen-Wieland oil testing machine in which a cutting solution similar to that described in Example i was used as a bearing lubricant. 1) The solution differed from the cutting solution described only in that the Neutralization of the acid water containing the sulfonation product was made with ammonia. In the tests, with increasing load, there is initially a delayed, then abruptly increasing increase in the friction values. The experiment was terminated as unfinished with a maximum load of 125o kg on the Almen-Wieland machine. The running track was flawless and the sliding parts had the gray metal phosphate coating customary after phosphating. For comparison, it should be stated that the oil emulsions currently in use to save oils do not even come close to achieving the lubricating effect of the agents according to the invention, even with a ratio of 10 parts oil to 90 parts water. A 10% drilling oil emulsion hardly allowed a load of 60 g at which it already seized to such an extent that the bearing shells showed a broad desire for welding to the journal.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Reibungskraft bei ansteigender Belastung sowohl bei dem erfindungsgemäßen Mittel als auch bei der io%igen Bohrölemulsion. Die Belastung ist hierbei in kg angegeben.The following table gives an overview of the frictional force at increasing load both in the agent according to the invention and in the 10% drilling oil emulsion. The load is given in kg.

Z, el t' Reibungskraft Iastung Erfindung gemäßes iol) "ige Schmiermittel 's Bohrölemulsion 62,5 0 0 125,0 0 2 187,5 0 4 250,0 6 9 312,5 27 23 375,o 27 39 437,5 57 63 5()0,() 58 68 562,5 64 100-250 625,0 102 - 687,5 104 750,0 lio 812,5 145-140 875,0 142-137 937,5 152-148 iooo,o 152-144 io62,5 148-145 1125,0 146-143 1187,5 145 1250,0 148 Z, el t ' Frictional force Load invention according to iol) "ige Lubricant 's drilling oil emulsion 62.5 0 0 125.0 0 2 187.5 0 4 250.0 6 9 312.5 27 23 375, o 27 39 437.5 57 63 5 () 0, () 58 68 562.5 64 100-250 625.0 102 - 687.5 104 750.0 lio 812.5 145-140 875.0 142-137 937.5 152-148 iooo, o 152-144 io62.5 148-145 1125.0 146-143 1187.5 145 1250.0 148

Claims

PATENT CLAIM: Metal working and lubricating fluids for cutting or non-cutting deformation and for the lubrication of metals subjected to sliding or friction loads, characterized in that they are made of chemically active, i. H. There are heating and / or passivating, preferably layer-forming, especially phosphate-containing solutions mixed with salt-resistant sulfonates, which are preferably obtained by sulfonating hydrocarbons of an aliphatic, aromatic and / or hydroaromatic nature, separating the acid tars, washing out and neutralizing.