DE944809C - Schmiermittel fuer die Metallbearbeitung - Google Patents

Schmiermittel fuer die Metallbearbeitung

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DE944809C
DE944809C DEN5281A DEN0005281A DE944809C DE 944809 C DE944809 C DE 944809C DE N5281 A DEN5281 A DE N5281A DE N0005281 A DEN0005281 A DE N0005281A DE 944809 C DE944809 C DE 944809C
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paraffin
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acid
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DEN5281A
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Thomas Eugene Reamer
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Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf wäßrige- Emulsionen, die besonders !geeignet sind zur Anwendung bei zahlreichen technischen Metallbearbeitungsverfahren, wie Ziehen, Walzen, Prägen, Schmieden, Fräsen. Diese Schmiermittel sind besonders wertvoll zum Kaltziehen von Draht, Stäben, Rohren und Profilen.
Die hierbei auftretenden Probleme sind besonders verwickelt, weil die verschiedenartigsten Faktoren mitspielen, wie hohe Temperatur, hoher Druck, Anwesenheit von Fremdkörpern oder Verunreinigungen. Unter diesen ungünstigen Bedingungen muß das Schmiermittel in vielen Fällen sowohl kühlend wie schmierend wirken.
Beim Ziehen und Walzen von Metall zeigen die üblichen Schmiermittel, wie Palmöl, Schwarzöl oder Schmiermittelgemische, die Seifen, Graphit, Kalk enthalten, schwerwiegende Nachteile. Beispielsweise sind diese den hohen Drücken nicht gewachsen und üben so keine befriedigende Schmierwirkung aus, was zur Bildung von Riefen und Beschädigungen des bearbeiteten Metalls führt. Auch die Abnutzung der Matrizen ist übermäßig hoch. Außerdem zeigen verschiedene Schmiermittel, wie Öle und Schmierfette, eine Neigung zur Fleckenbildung auf den Metallen, und bzw. oder sie begünstigen das Ablösen von Metall aus der Oberfläche. Sie sind öfters schwer auf die behandelten Metallflächen aufzubringen und sogar noch schwerer nach der Behandlung von diesen zu entfernen.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes. Schmiermittel für die Metallbearbeitung zu schaffen, welches diese Nach-
teile nicht aufweist und folgende besonders günstige Eigenschaften hat: hohe Filmfestigkeit, kein Verschweißen, Herabsetzung der Reibungskoeffizienten zwischen den berührenden Metallteilen, besseres Netz- und Haftvermögen, gute Auftragung und Entfernbarkeit, . keine Korrosionswirkung oder sonstige Flecken- bzw. Verfärbungsbildung auf der Metalloberfläche. Es ist gefunden worden, daß ein vorzügliches Schmiermittel für ίο die Metallbearbeitung erhalten] wird,, insbesondere für die Bearbeitung von kohlenstoffhakigen Stählen, wenn man eine Öl-in-Wasser-Emulsion herstellt, welche in der zusammenhängenden wäßrigen Phase ein im wesentlichen aus verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen bestehendes Paraffin, einen Emulgator und ein Mittel zur Verbesserung der Öligkeit (oiliness) dispergiert enthält, wobei die Menge des im· wesentlichen aus verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen bestehenden Paraffins größer ao ist als die Menge des Emulgators und des die öligkeit verbessernden Mittels zusammen.
Eine bevorzugte Art von im -wesentlichen aus verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen bestehendem Paraffin "besteht zu mindestens· 75 Gewichtsprozent aus Isopaxaffmen.
Das im wesentlichen aus verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen bestehende Paraffin kann entweder aus einer schweren Mineralöldestillatfraktion oder aus einer kurzen Rückstandsfraktion gewonnen werden. Die Kohlenwasserstoffe, welche aus einer kurzen Rückstandsfraktion erhalten werden, sind zu bevorzugen. Die Fraktionen, aus welchen die Paraffine hergestellt werden, können aus Roherdölen, wie Osttexas-, Midcontinenit- oder Pennsylvania-Rohölen erhalten werden.
Als Emulgatoren werden in Wasser dispergierbare anionisch oberflächenaktive Mittel bevorzugt verwendet.
Ein vorzügliches Schmiermittel für die Metallbearbeitung gemäß vorliegender Erfindung kann hergestellt werden, indem man eine Öl-in-Wasser-Emulsion herstellt, welche als hauptsächliche Bestandteile, A, ein organisches Gemisch und, B, Wasser enthält. Das organische Gemisch A besteht aus folgenden Komponenten: erstens einem Paraffin aus verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen mit - einem Erstarrungspunkt unter 37,7° und vorzugsweise zwischen etwa 21 und .35° sowie einem Molekulargewicht zwischen 400 und iioo, vorzugs-weise von 600 bis 800, das in Wasser leicht dispergierbar ist; zweitens einem Emulgator, vorzugsweise einem anionisch oberflächenaktiven Mittel, und drittens einem die öligkeit (oiliness) verbessernden Mittel, welches den Reibungskoeffizienten der sich berührenden Metallflächen unter den Walzbedingungen herabzusetzen vermag, beispielsweise freie organische Carbonsäuiren. Bei der Herstellung der Öl-in-Wasser-Emulsion kann der Emulgator entweder den übrigen organischen Bestandteilen oder dem Wasser oder beiden Komponenten zugesetzt werden. Die organischen Bestandteile A und die wäßrige Phase B werden in solchen Mengenverhältnissen gemischt, daß sich ein stabiles öl-'in-Waseer-Konzentrat bildet, in welchem der Wasserbestandteil etwa 50% oder mehr des Emulsionskonzentrates ausmacht. Dieses kann als solches als Schmiermittel bei der Metallbearbeitung verwendet oder mit Wasser im Verhältnis von ι Gewichtsteil Konzentrat auf 1 bis 20 Gewichtsteile Wasser verdünnt und dann bei den Metallbehandlungsverfahren benutzt werden.
Gemisch A
Paraffin: Die für die erfindungsgemäßen . Schmiermittel brauchbaren Paraffine können aus einem geeigneten Rohöl, wie einem Osttexas-Rohöl, in bekannter Weise gewonnen werden. Beispielsweise kann der bei der Gewinnung von Schmierölen aus einem getoppten Rohöl verbleibende Destillatrückstand zur Paraffingewinnung verwendet werden. Dieser Rückstand ergibt nach der Entasphaltierung und Entparaffinierung ein sogenanntes Rohparaffin (slack-wax), das durch eine geeignete Entölungsbehandilung zu in Wasser leicht dispergierendem Weichparaffin aufgearbeitet werden kann.
Auf diese Weise wurde z. B. ein durch Vakuumdestillation erhaltener Rückstand eines getoppten Osttexas-Rohöles nach Entasphaltierung mit Propan und Lösungsmittelextraktion mit Phenol in einem Lösungsmittelgemisch aus Methyläthylketon, Benzol und Toluol entparaffiniert. Das auf diese Weise durch Ausfällen bei 23,3° gewonnene und gereinigte Rohparaffin zeigte die folgenden Eigenschaften :
Spezifisches Gewicht (20/40) 0,8936
Brechungsindex (go°jD) i>452
Farbe (A1STM. D 155-45 T)
bei ioo° 4V2
Tropfpunkt (ASTM. D 566-42) .... 77,1° - Trübungspunkt (Methyläthylketon)
bei 67,7°
Dieses Rohparaffin wurde bei 6o° in einem Entölungsmittel, beispielsweise Methylisobutylketon, gelöst und die Paraffine mit höherem Schmelzpunkt durch Abkühlen· abgetrennt. Aus der verbleibenden Lösung wurden die Weichparaffine durch weitere Abkühlung gewonnen. Zwei so hergestellte Weichparaffinerzeugnisse hatten die folgenden Eigenschaften:
AB
Dichte in API0 bei 98,8° .. 29,4 29,5
Flammpunkt 0C 309,7 309,7
Viskosität, Saybolt-Sek. lls
bei 37,7° 1265 1054
Viskosität, Saybolt-Sek.
bei 98,8° 108,6 107,2
Viskositätsindex 105 116
Öl «/0 10,5 9,1
' Erstarrungspunkt 0C 28 26,6
Penetration bei io°
(147,5 g Belastung) 130 140
Die Kurzrückstandsparaffine odfer die schweren Destillatparaffine, die in den erfindungsgemäßen
Schmiermitteln verwendet werden, brauchen nicht entölt zu werden, und in diesem Fall können solche Paraffine bis zu 20 oder 30% an hochmolekularem Öl enthalten.
Ein aus einem schweren Destillat gewonnenes Paraffin wird vorzugsweise in der Form eines Gemisches aus einem geringeren Anteil desselben und einem größeren Anteil eines weichen Rückst andsp araffins verwendet.
Gewünschtenf alls können auch oxydierte Schwerdestillatparaffine in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden, insbesondere in Kombination mit einem überwiegenden Anteil eines weichen Rückstandsparaffins. Emulgatoren: Zur Anwendung in den Schmiermitteln sind solche Emulgatoren brauchbar, welche die Bildung von Emulsionen vom Öl-in-Wasser-Typ begünstigen; vorzugsweise werden in Wasser dispergierbare anionisch oberflächenaktive Mittel verwendet, z. B. die Alkaliseifen hochmolekularer Fettsäuren, von Aryl- oder Alkarylsulfonsäuren, Alkylphosphorsäuren, Alkanphosphonsäuren- u. dgl. Bevorzugt werden die Na-, K-, Li-, Ca-, Ba-, Sr- und Zn-Salze höhermolekularer Fettsäuren. Ganz besonders bevorzugte Emulgatoren sind Natriumstearat, Natriumricinoleat, Kalhimricinoleat, Kaliumoleat, Natriumoleat, Lithiumricinoleat, CaI-ciumstearat, öllösliches Natriumerdölsulfonat und das Natriumsalz des Sulfobernsteinsäuredioctylesters.
Die Emulgatoren können in den erfmdtmgsgemäßen Gemischen in Mengen von 10 bis 25 Gewichtsprozent, berechnet auf das Konzentrat, verwendet werden.
Mittel zur Verbesserung der Öligkeit (oiliness): Geeignete Mittel sind beispielsweise freie organische Säuren, wie hochmolekulare aliphatische oder cycloaliphatische Carbonsäuren, Teilester derselben und bzw. oder ihre Amidderivate. Bevorzugte Verbindungen umfassen höhere Fettsäuren, wie Ölsäure, Ricinolsäure, 12-Oxystearinsäure, G12.lß-Alkyl- oder Alkenylbernsteinsäure, Monobutylester von C12.16-Alkyl- oder Alkenylbernsteinsäure, Zitronensäure, Alkyhveinsäure, Ca2.16-Alkylbernstekisäureamid, Stearinsäureamid, butyliierte Phthalsäure, Naphthensäure, Erdölsulfonsäure, sulf urierte ölsäure, Monododecylester der Zitronensäure und 2:-Äthylhexylsebazat. Andere geeignete Mittel zur Verbesserung der Öligkeit sind sulfuriertes phosphoriertes Ricinusöl, aus Paraffin erhaltene Säuren, der Monobutylester der Trichlormethanphosphonsäure und Aminsalze desselben, z. B. das Di-2-äthylhexylaminsalz des Monobutylesters der Triehlormethanphosphonsäure.
Die die Öligkeit verbessernden Mittel werden vorzugsweise in Mengen von weniger als 1 bis zu etwa 5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Konzentrat, verwendet.
Gemisch B
Die Komponente B kann Wasser oder ein Gemisch aus einem Teil oder der Gesamtmenge des Emulgators mit Wasser oder eine sonstige geeignete wäßrige Grundlage, z. B. eine Lösung eines Nitrits oder eines sonstigen Korrosionsverhinderers, sein. In dieser wird das Gemisch A zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schmiermittel dispergiert.
Hierbei werden die Mischungen A und B in dem gewünschten Mengenverhältnis, z. B. im Verhältnis 1:1 bis 1:5, vorzugsweise unter Rühren, mit oder ohne gleichzeitige Anwendung von Wärme zusammengebracht, bis sich eine stabile Emulsion gebildet hat.
Im folgenden werden zur Erläuterung der Erfindung einige Beispiele von fertigen Konzentratemulsiönen angegeben, welche sich zur Verwendung beim Ziehen von Kohlenstoffstählen besonders eignen (die Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht):
Gemisch I
Weiches Rückstandsparaffin s5
(Erstarrungspunkt 280) 30%
Kaliumoleat 10%
Ölsäure 2%
Wasser Rest
Gemisch II
Weiches Rückstandsparaffin
(Erstarrungspunkt 26,6°) 30%
Kaliumricinoleat io%>
Ricinolsäure 2% 9^
Wasser Rest
Gemisch III
Weiches Rückstandsparaffin 30%
Natriumoleat 10%
Ölsäure 2 °/o
Wasser -. Rest
Gemisch IV *°5
Weiches Rückstandsparaffin
(Erstarrungspunkt 280) 30%
Kaliumoleat io^/o
Naphthensäure 2%
Wasser Rest
Gemisch V
Weiches Rückstandsparaffin 30%
Kaliumoleat io°/o
ölsäure 2°/o
Trichlormethanphosphonsäure-
monobutylester 1,5 %
Wasser Rest
Gemisch VI
Weiches Rückstandsparaffin 20%
Oxydiertes Weichparaffin
aus schwerem Destillat 5 °/o
Natriumstearat 5 °/o
Kaliumoleat 5 °/o
Ölsäure 3 %
Wasser Rest
Gemisch VII
Weichparaf fin
aus schwerem Destillat : .. . 30%
Kaliumoleat io%>
Ölsäure 2%
Wasser Rest
Die Mischungen I bis VII können unverdünnt oder verdünnt mit 1 bis 20 Teilen Wasser verwendet und beim Ziehen, Walzen, Fräsen u. dgl. 1S als Schmiermittel eingesetzt werden.
Um die außengewöhnlich günstigen Eigenschaften der erfmdungsgemäiß hergestellten Gemische aufzuzeigen, wurden sie der folgenden Prüfung unterworfen: ■ - -
Beim betriebsmäßigen Arbeiten wurden Rohre aus Kohlenstoffstahl mit 2,54cm Außendurchmesser ■und· 2,1 mm Wandstärke durch Kaltziehen unter Verwendung von Cärboloy-Matrizen und Dornen auf einer Aetna-Standard-Ziehbank mit etwa 21,3 bis 61 m/Min, und bei 45% Verrimgerung des Querschnitts unter Anwendung der nachstehend angegebenen Schmiermittel gezogen. Die. Über-' legenheit der Schmiermittel gemäß der Erfindung gegenüber dem besten bekannten Schmiermittel zum Ziehen ist klar ersichtlich.
Kaltziehen von Kohlenstoffstahl (Rohre vom Typ 10x5, geglüht, gebeizt und gebondert, von 2,54 cm Außendurchmesser)
*) Gemisch X bestand aus 30 Gewichtsprozent Talg, ιό Gewichtsprozent Natriumseife von Talgfettsäuren, 2 Gewichtsprozent 95 Ölsäure und 58 Gewichtsprozent Wasser. Gemisch Y bestand aus 30 Gewichtsprozent Paraffin mit dem Erstarrungspunkt 69,5°, 10 Gewichtsprozent Natriumseife von Talgfettsäuren und 60 Gewichtsprozent Wasser. Gemisch Z bestand aus 30 Gewichtsprozent Palmöl, 10% Natriumseife von Talgfettsäuren und 60 Gewichtsprozent Wasser.
Gemisch*) Ziehgeschwindigkeit
(m/Min.)		 Flattern beim Ziehen Metallaufnahme
durch Dorn		 Bemerkungen
I 21,3 bis 61 Kein Keine Glatte Oberfläche
II desgl. desgl. desgl. . desgl.
III desgl. desgl. desgl. desgl.
IV desgl. desgl. desgl. desgl.
V desgl. desgl. desgl. desgl.
Gemisch X 21,3 Flattern stark 1 * Rohroberfläche
Gemisch Y 21,3 Flattern stark > zerkratzt,
Gemisch Z 21,3 Flattern stark J Stoßmarkierungen
Die . ernndungsgemäßen Emulsionen können modifiziert werden durch Zugabe kleinerer Mengen (0,1 bis 1%) von Metallsalicylaten, Nitriten, Chromaten, Phosphaten, fetten Ölen, z. B. Schmalzöl, Palmöl, Ricinusöl, Lanolin, Aminen., z. B. Phenyl-a-naphthylaimin, Triamylamin, Di-(2-äthylhexyl) - amirr, Aminseifen, z. B. Triamylaminsulfonat, Morpholinsulfonat u. dgl.
Die ernndungsgemäßen Gemische können auf das bearbeitete Metall durch geeignete Mittel, wie Aufbürsten, Eintauchen, Besprühen u. dgl., aufgetragen und die überzogenen Metalle entweder bis zur Bearbeitung gelagert oder direkt nach der Aufbringung des Schmiermittels gezogen werden.

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    i. Schmiermittel für 'die Metallbearbeitung, bestehend aus einer Emulsion vom Öl-inWasser-Typ, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer kontinuierlichen Wasserphase ein im wesentlichen aus verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen bestehendes Paraffin mit einem Erstarrungspunkt unter 37,7°, vorzugsweise in Mengen von 25 bis 30 Gewichtsprozent, einen in Wasser dispergierbaren Emulgator, vorzugsweise in Mengen von ro bis 25 Gewichtsprozent, und ein Mittel zur Verbesserung der öligkeit. (oiliness), vorzugsweise in Mengen bis 5 Gewichtsprozent, enthält.
  2. 2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paraffin mindestens 75 Gewichtsprozent Isoparaffme enthält.
  3. 3. Schmiermittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Paraffin aus verzweigtkettigen Kohlenwasserstoffen a) ein aus einer kurzen Mineralölrückstandsfraktion oder b) einer schweren Mineralöldestillatfraktion erhaltenes' Paraffin, eine Mischung no aus mehr als 50 Gewichtsteilen a) mit weniger als 50 Gewichtsteilen b) oder ein durch Oxydation von b) erhaltenes Paraffin ist.
  4. 4. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt der Emulsion mindestens 50 Gewichtsprozent beträgt.
  5. 5. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulgator ein anionisch oberflächenaktives Mittel, Vorzugsweise eine Alkaliseife einer hochmolekularen Fettsäure oder ein Alkalisalz einer öllöslichen Sulfonsäure ist. ,
  6. 6. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die öligkeit verbessernde Mittel eine organische Säure, ins-
    besondere eine hochmolekulare, aliphatische oder cycloaliphatische Carbonsäure, wie eine Fettsäure oder eine Naphthensäure, oder ein Teilester oder ein Amid einer solchen ist.
  7. 7. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die öligkeit verbessernde Mittel der Monobutylester der Trichlormethanphosphonsäure oder ein Aminsalz derselben ist.
  8. 8. Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen weiteren Zusatz von ι bis 20 Gewichtsteilen Wasser auf 1 Gewichtsteil Emulsion.
    Angezogene Druckschriften:
    USA.-Patentsdhriften Nr. 2368605, 2214634; Gott wein: »Kühlen und Schmieren bei der Metallbearbeitung« (1928), S. 15.
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