NL1022222C2 - Smeersysteem van het type vaste film dat geschikt is voor het bedekken van een metalen, keramisch of polymeer materiaal dat aan wrijving onderhevig is. - Google Patents

Description

I Korte aanduiding: Smeersysteem van het type vaste film dat geschikt is

Voor het bedekken van een metalen, keramisch of polymeer materiaal dat aan wrijving onderhevig is.

5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een smeersysteem van het type vaste film dat geschikt is voor het bedekken van een metalen, keramisch of polymeer materiaal dat aan wrijving onderhevig is, omvattende een i) een drager, 10 ii) vaste smeermiddel bestanddelen, en iii) toevoegmiddelen.

Het in de aanhef genoemde smeersysteem staat ook bekend als zogenaamde AF-coatings (anti-friction coatings) of glijlakken, welke coatings als hoogwaardige smeermiddelen van het type vast of droog in het 15 algemeen een onderhoudsvrije blijvende smering verschaffen en voldoen aan extreme eisen waaraan de gebruikelijke vloeibare en consistente smeermiddelen niet kunnen voldoen. Voor de scheiding van basis- en tegenlichaam hoeft er voor anti-friction coatings geen hydrodynamisch dragende film via de hydrodynamisch werkende snelheid te worden 20 opgebouwd, zodat onderdelen, die onder een hoge belasting slechts lage snelheden bereiken of oscillerende bewegingen uitvoeren, vanaf het begin van de beweging een werkzame scheidende vaste film tussen de oppervlakken bezitten. Onder extreme bedrijfsomstandigheden, bijvoorbeeld hoge temperaturen en drukken, worden AF-coatings toegepast. Daarnaast worden 25 AF-coatings toegepast in situaties waarin de toegankelijkheid voor vloeibare smeermiddelen lastig is. De in de aanhef genoemde AF-coatings vertonen ook voortreffelijke eigenschappen op het gebied van corrosiebescherming, in samenspraak met slijtagevermindering, drukbelastbaarheid en bestandheid tegen omgevingsinvloeden. In combinatie 30 met de toevoeging van corrosiebeschermingsadditieven is het mogelijk om de bekende op metaal aangebrachte coatings, die gevaarlijk voor het milieu zijn en in het algemeen op chroom, nikkel of cadmium zijn I gebaseerd, te vervangen. Dergelijke, hoofdzakelijk Cr(VI) bevattende coatings dienen ter verkrijging van de vereiste smerende eigenschappen na I verzinken en passi veren van vet te worden voorzien. Daarnaast is vaak de 5 toepassing van lood bevattende verbindingen en andere zware I metaalverbindingen voorzien, welke bestanddelen echter ten aanzien van carcinogene eigenschappen bedenkelijk zijn. De in de onderhavige I beschrijvingsinleiding toegepaste smeersystemen worden toegepast als een droge duurzame smering van verbindingsmaterialen, zoals moeren, I 10 sluitringen en bouten, scharnieren, slotonderdelen, zoals pallen, stiften, behuizingen en hendels, magneten, lagers, bussen, assen en dergelijke, waarbij sprake is van een constante wrijvingscoëfficiënt, een breed temperatuurgebied, een contactdrukbelasting die de strekgrens van de meeste metallische materialen overschrijdt. Veroudering of verharsing 15 treedt in het onderhavige smeersysteem niet op. Bovendien is het onderhavig smeersysteem zelfs na een langdurige rustperiode nog werkzaam.

Een ander aspect van het onderhavige smeersysteem is dat het een H langdurige corrosiebeschermingsfilm verschaft, waarbij sprake is van een voortreffelijke hechting, zelfs bij extreme vervorming van het werkstuk, 20 waarbij geen sprake is van afschilfering. Het onderhavige smeersysteem is ook ongevoelig voor stof, vuil, vocht en chemische invloeden, bestandheid H tegen straling en eenvoudig aan te brengen op voorbehandelde werkstukoppervlakken.

H De volgens de stand van de techniek bekende AF-coatings, H 25 zoals bijvoorbeeld bekend is uit het Amerikaans octrooi schrift 5.482.637 H kunnen worden beschouwd als suspensies van vaste smeerstoffen met een zeer kleine deeltjesgrootte, zoals bijvoorbeeld MoS2, LiF3, CaF6, WS2, H grafiet of BN in anorganische en organische bindmiddelen en oplosmiddelen, zoals een matrixhars gekozen uit de groep van 30 alkydpolyester, epoxy en vinylbutyryl, waarbij de suspensie verder nog een werkzame hoeveelheid bevochtigingsmiddel, ontschuimingsmiddel en I oppervlakte-actief middel, zoals bijvoorbeeld xanthaan, bevat.

I Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen I van een smeersysteem dat door zorgvuldige selectie van de geschikte vaste I smeermiddel bestanddelen op maat gemaakte AF-coatings voor industriële 5 toepassingen kunnen worden bereid.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een vast smeersysteem dat vanuit mi 1ieu-oogpunt geen I belastende bestanddelen bezit.

I Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het I 10 verschaffen van een smeersysteem dat geen toepassing van Cr(VI) I bevattende precoatings ter verkrijging van de beoogde smerende I eigenschappen vereist.

I Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het I verschaffen van een vast smeersysteem waarbij een breed temperatuurgebied I 15 wordt bestreken, een contactbelasting wordt bereikt die de strekgrens van I de meeste in de praktijk toegepaste metalen overschrijdt en die bovendien I een goede bescherming tegen corrosie en schuren vertoont.

I Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het I verschaffen van een groep van toevoegmiddelen om in vaste smeersystemen I 20 te worden toegepast, welke toevoegmiddelen tot een stabiele suspensie I leiden, welke suspensie geen of geringe bezinkverschijnselen, geen of I geringe fasescheiding, geen of geringe coagulatie van de vaste bestanddelen en een goede houdbaarheid vertoont, zowel bij bewaren als bij transport.

25 Het in de aanhef genoemde vaste smeersysteem wordt volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat iii) de toevoegmiddelen zijn gekozen uit de groep bestaande uit Na-, K- and NH3-zouten van polyasparaginezuur en N-alkyl-morfolinen, lecithine, natrium-olefinecopolymeren, etheendiamine geënt polytetra-alkyleenglycol, 30 succinimide, bismuthtris(>C6 alkyldithio-carbamaten) en bi-methyleenbis-dibutyldithiocarbamaten, methylamino-azijnzuur of het natriumzout 4 fi n λ rv hiervan, butyl ami no-ethanol en ureum, of mengsels hiervan..

I Indien een of meer van de hiervoor genoemde toevoegmiddelen I in het onderhavige vaste smeersysteem worden toegepast, dan worden de I hiervoor genoemde doelstellingen bereikt.

I 5 De voorkeur verdienende hoeveelheid toevoegmiddel bedraagt minder dan 10 gew.%, bij voorkeur minder dan 3 gew.%, op basis van het totale vaste smeersysteem.

Met name worden als toevoegmiddelen aan het onderhavige smeersysteem verbindingen op basis van lecithine, zoals in de handel 10 verkrijgbaar technisch lecithine waarvan meer dan 60% lecithine en de rest soja-olie is, of natrium-olefinecopolymeren, te weten anionische dispergeermiddelen voor waterige systemen, toegevoegd.

I De toepassing van PIB-succinimide (mono-, bis- en I trisuccinimide) of zouten van polyasparaginezuur, is met name gewenst I 15 indien als vaste smeermiddel bestanddelen grafietverbindingen worden toegepast. Als anti-sedimentatie- en dispergeerhulpmiddel is bovendien I etheendiamine geënt polytetraalkeenglycol geschikt. Daarnaast kunnen bismuthtris(>C6 alkyldithiocarbamaten) en bi-methyleenbis-dibutyldithio- I carbamaten bijvoorbeeld als zouten van zink en molybdeen worden 20 toegepast.

De groep van N-alkylmorfolinen is met name geschikt als een anticorrosiemiddel in op water gebaseerde vaste smeermiddel systemen.

Daarnaast bezit deze groep nog zeer goede eigenschappen onder extreme drukomstandigheden en daarbij stabiliseren zij de pH-waarde als buffer.

25 Uit toxicologisch oogpunt verdienen de alkylderivaten op basis van CH3 tot en met C6H13 de voorkeur, omdat dergelijke verbindingen biologisch snel afbreekbaar zijn en een gunstige toxiciteit bezitten. Daarnaast zijn polymeren van polyasparaginezuur geschikt vanwege hun biologische H afbreekbaarheid, in combinatie met een gunstige lage toxiciteitswaarde.

H 30 Bovendien bezitten polymeren van polyasparaginezuur verrassenderwijs H multifunctionele eigenschappen omdat polyasparaginezuur op grond van de 5 COOH- en C=0-groepen polair zijn en aan oppervlakken adsorbeert, zodat dit molecuul multifunctionele anti-slijtage en hogedrukeigenschappen bezit. Bovendien vertoont polyasparaginezuur een dispergerende of coagulatie voorkomende werking op de vaste smeermiddel bestanddelen van 5 het onderhavige smeersysteem en heeft een gunstige invloed op het voorkomen van kal kafzettingen. Het molecuul is als sterk anionisch te beschouwen en fungeert als sterke regulator, respectievelijk stabilisator. Alle typen D-, L- en DL-, bij voorkeur L-polyasparaginezuur, met kalium, natrium of lithium, alsook ammonium, 10 met een molecuul gewicht tussen 1000 en 10.000 g/mol zijn volgens de onderhavige uitvinding geschikt.

Als geschikte vaste smeermiddel-bestanddelen kunnen de volgende verbindingen worden genoemd: Zr(0H)4, Zr(0H)4.nH20, Zr02.nH20, Bi 2S3, grafiet-intercalatieverbindingen, grafiet geïnhibeerde 15 verbindingen, fyllosi1icaatverbindingen en CeF3, of een combinatie hiervan.

Ceriumfluoride (CeF3) is een wit kristal met een hexagonale kristalstructuur en onderscheidt zich door de hogedrukeigenschappen die de eigenschappen van MoS2 aanzienlijk overtreffen, omdat CeF3 onder 20 luchtomstandigheden boven 600 °C thermisch stabiel en tegen oxidatie bestand is.

Zirkoniumhydroxide (Zr(0H)4) bezit ook onder luchtomstandigheden bij hoge temperatuur in het bijzonder tot ongeveer 650 °C een goede stabiliteit, waarbij zirkoniumhydroxide in water 25 onoplosbaar is. Tevens kunnen als zirkonium bevattende verbindingen

Zr(0H)4.nH20 en Zr02.nHz0 worden toegepast.

In tegenstelling tot het volgens de stand van de techniek bekende MoS2 bezit pure grafiet ondanks de hexagonale structuur geen intrinsieke smeereigenschappen omdat de bindingskrachten tussen de 30 C-lagen te sterk zijn. Het grafietrooster vereist voor het onderling verschuiven van de grafietlamellen daarom een bepaalde gasvormige stof, 1022222 I zoals waterdamp of gas, die tussen de lagen wordt ingebracht of I "geïntercaleerd" en de afstand tussen de afzonderlijke lagen vergroot.

I Wanneer deze geïntercaleerde stoffen door vacuüm of hoge temperaturen I worden verwijderd, dan neemt het wrijvingsgetal van verbindingen met I 5 grafiet toe naar een waarde boven 0,5. Hierdoor wordt in feite de I tribologische gevoeligheid van grafiet ten opzichte van luchtvochtigheid en waterdamp verklaard. Om dit mechanisme tot een minimum te beperken worden volgens de onderhavige uitvinding in grafiet een of meer I verbindingen toegepast, gekozen uit de groep bestaande uit FeCl3, CuFeSz, 10 cc-Fe2P05, AsF5, NiCl2, CaF2, BaF2, LiF, AgCl, AgF, SbF5, A1C13, CuCl2, CoCl2, I MnCl2, MoClj, SbCl3, SbCl5, en gehydrateerde verbindingen hiervan om de anti-wrijvingseigenschappen van de grafietverbindingen te verbeteren.

H In het onderhavige smeersysteem verdient het met name de I voorkeur dat de ii) vaste smeermiddel bestanddelen in het systeem aanwezig 15 zijn in een hoeveelheid minder dan 70 gew.%.

De in het onderhavige vaste smeersysteem toegepaste ii) vaste smeermiddel bestanddelen bezitten een deeltjesafmeting kleiner dan H 5 pm.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het gewenst dat de ii) 20 vaste smeermiddel bestanddelen een deeltjesafmeting in het gebied van 25-300 nm bezitten.

Verder kan worden opgemerkt dat de grafiet-intercalatie- verbindingen en de grafiet geïnhibeerde verbindingen de beschikking hebben over een aspectverhouding van ten minste 6:1.

H 25 Als geschikte ii) vaste smeermiddel bestanddelen, zoals toegepast in het onderhavige smeersysteem, kunnen bovendien fyllosilieaten worden genoemd, welke verbindingen als zogenaamde laagvormige silicaatverbindingen kunnen worden omschreven die worden gekarakteriseerd door tetrahedrale Si,010-lagen en octrahedrale lagen die 30 (Mg, Fe,) of Al bevatten. Tot de hiervoor genoemde groep behoren H kaoliniet, chloriet, serpentine, biotiet, muscoviet, 7 pyrofyl 1 iet/pirofίΠiet AlSi02050H (Hv ~ 100 MPa) of ferripyrofylliet Fe3+2Si4(OH)2010, marienglas CaS04 (hoog plastisch vervormingsvermogen, hoge μ), synthetisch hi 11ebrandiet (Ca2Si02. Hz), vermiculliet Mg3(Al.Si)4010(0H)2.4H20, meixneriet Mg6Al2(0H)18.4(H20), p 1,95 g/cm3, 5 ettringiet (Ca6Al2(S04)3(0H) 1Z26(H20)) [Hv < 1000 MPa], molybdeenhydroxide-hydraat [Mo03.nH20], met n = 1/3, 1/2, 1 of 2 (ilsemanniet, Hv ~ 4600 MPa), trigehydrateerde alumina(ATH), aluminiumtrihydroxide als Al(0H)3, α-Α1(0Η)3 bayeriet, β-Α1(0Η)3 nordstrandiet, doyleite, γ-Α1(0Η)3, gibbsiet, hydragilliet, alumina, monogehydrateerd of oxohydroxide 10 (Al(00H) als γ-(Al(00H) boehmiet en α-(Α1(00Η) diaspore, waarbij met name de groep serpentine met een dichtheid van 2,2 tot 2,6 g/cm3 de voorkeur verdient. Als ii) vaste, tot de groep van serpentine behorende smeermiddel bestanddelen kunnen de volgende hydraten/hydroxiden worden genoemd: 15 a. Antigorite (Mg,Fe)3Siz05(0H)4, b. Clinochrysotile Mg3Si205(0H)4 (monoklinisch), c. Lizardite Mg3Si205(0H)4 (trigonaal en hexagonaal), d. Orthochrysotile Mg3Si205(0H)4 (orthorhombisch), e. Parachrysotile (Mg,Fe)3Si205(0H)4 (orthorhombisch), en 20 f. Talk Mg3Si4010(0H)2.

Om de grafiet-intercalatieverbindingen en de grafiet geïnhibeerde verbindingen tegen oxidatie te beschermen worden aan het onderhavige vaste smeermiddel systeem [CS]-oppervlakte-complexen, Zn3P205, 25 zinkortho- fosfaat, KH2P04, AlP04 en Li20Mg0P205, of een mengsel hiervan toegevoegd.

Claims (11)

1. Smeermiddelsysteem van het type vaste film dat geschikt is I voor het bedekken van metalen, keramische of polymeer materiaal dat aan 5 wrijving onderhevig is, omvattende I i) een drager, I ii) vaste smeermiddelen, iii) toevoegmiddelen, I met het kenmerk, dat de iii) toevoegmiddelen worden gekozen 10 uit de groep bestaande uit Na-, K- en NH3-zouten van polyasparaginezuur I en N-alkyl-morfol inen, lecithine, natriumolefinecopolymeren, I etheendiamine geënt polytetra-alkyleenglycol, succinimide, I bismuthtris(>C6 alkyldithio-carbamaten) en bi-methyleenbis- dibutyldithiocarbamaten, methylamino-azijnzuur of het natriumzout 15 hiervan, butyl amino-ethanol en ureum, of mengsels hiervan.

2. Smeermiddelsysteem van het type vaste film volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid iii) toevoegmiddelen minder dan 10 gew.% bedraagt, op basis van het totale systeem.

3. Smeermiddelsysteem van het type vaste film volgens 20 conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid iii) toevoegmiddelen minder dan 3 gew.% bedraagt, op basis van het totale systeem.

4. Smeermi ddel systeem van het type vaste film volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ii) vaste smeermiddelen een bestanddeel omvatten, gekozen uit de groep van Zr(0H)4, I 25 Zr(0H)4.nH20, Zr02.nH20, Bi2S3, grafiet-intercalatieverbindingen, grafiet- H geïnhibeerde verbindingen, fyllosilieaten en CeF3, of een combinatie H hiervan.

5. Smeermi ddel systeem van het type vaste film volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de ii) vaste smeermiddelen in het 30 systeem aanwezig zijn in een hoeveelheid minder dan 70 gew.%.

6. Smeermiddelsysteem volgens een of meer van de conclusies 4-5, met het kenmerk, dat de ii) vaste smeermiddelen een deeltjesafmeting < 5 μπι bezitten.

7. Smeermiddel systeem van het type vaste film volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de ii) vaste smeermiddelen een 5 deeltjesafmeting in het gebied van 15-300 nm bezitten.

8. Smeermiddel systeem van het type vaste film volgens een of meer van de conclusies 4-7, met het kenmerk, dat de grafiet-intercalatie-verbindingen en de grafiet-geïnhibeerde verbindingen een aspectverhouding van ten minste 6:1 bezitten.

9. Smeermiddel systeem van het type vaste film volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als fyllosilicaten de serpentinegroep met een dichtheid van 2,2-2,6 g/cmz is toegepast.

10. Smeermiddel systeem van het type vaste film volgens een of meer van de conclusies 4-9, met het kenmerk, dat in de grafiet- 15 intercalatieverbindingen en de grafiet-geïnhibeerde verbindingen één of meer verbindingen worden ingebouwd, gekozen uit de groep bestaande uit FeCl3, CuFeS2, a-Fe2P05, AsF5, Ni Cl2, CaF2, BaF2, Li F, AgCl, AgF, SbF5, Al Cl 3, CuCl2, CoCl2, MnCl2, MoCl5, SbCl3, SbCl5, en gehydrateerde verbindingen hievan, om de anti-wrijvingseigenschappen van de grafiet-20 verbindingen te verbeteren.

11. Smeermiddel systeem van het type vaste film volgens een of meer van de conclusies 4-10, met het kenmerk, dat de grafiet-intercalatieverbindingen en de grafiet-geïnhibeerde verbindingen worden beschermd tegen oxidatie door het hieraan toevoegen van [CS]-oppervlakte- 25 complexen, Zn3P205, zinkorthofosfaat, ΚΗ2Ρ0„, AlP04 en Li20Mg0P205, of een mengsel hiervan. t /·