NO169179B - Fremgangsmaate for maskinbearbeiding av metaller i naervaer av et vandig funksjonelt fluid - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for maskinbearbeiding av metaller i nærvær av et vandig funksjonelt fluid inneholdende et vannoppløselig additiv med ekstrem t rykkv i rkn i ng.

Mange industrielle forbindelser som for eksempel maskinbearbeiding av metaller som boring, sliping, dreiing, opp-maling, valsing, trådtrekking eller lignende, krever nærværet av såkalte funksjonelle fluider.

Disse fluiders rolle er å redusere skjærkreftene, å avkjøle arbeidsstykkene for å oppnå gode dimensjonsegenskaper, å fjerne flis og avhevet materiale fra skjæresonen, å gi en god overflate på arbeidsstykket og å forlenge verktøyets levetid.

Vann er på grunn av den spesifikke varme, fordampingsvarme og den termiske konduktivitet det beste kjølemiddel. Da vann samtidig er det mest økonomiske og det minst skadelige overfor omgivelsene, er bruk av vandige funksjonelle fluider relativt vanlig. Disse vandige funksjonelle fluider kan være virkelige vandige oppløsninger av forskjellige additiver i vann som kalles syntetiske fluider, eller alternativt mikroemulsjoner som kalles semisyntetiske fluider. Semisyntetiske fluider inneholder i tillegg til vann, mineraloljer og overflateaktive midler.

For høytrykksmaskinbearbeiding har bruk av vandige funksjonelle fluider ennu ikke funnet noen tilfredsstillende løsning.

Ved slikt arbeid blir friksjonen mellom metalloverflåtene meget høy og det er nødvendig å benytte ekstremtrykksadditiver. Rollen til disse additiver består i å danne et beskyttende sjikt på metalloverflåtene. Dette beskyttende sjikt forhindrer at arbeidsstykket kleber til eller sågar sveises til verktøyet.

Det mest benyttede blant disse ekstremtrykksadditiver er svovelholdige additiver på grunn av at de er mest effektive. Kontakt med varme metalloverflater gir dekomponering av de svovelholdige produkter og dannelse av et beskyttende metallsulfidsjikt som kontinuerlig fornyes.

De svovelholdige produkter som benyttes som ekstremtrykksadditiver i smøremidler basert på mineraloljer eller emulsjoner, er dialkylpolysulfider, svovelholdige polyiso-butener og svovelholdige fettsyreestre. Alle disse produkter er lite oppløselige eller sågar uoppløselige i vann.

Forsøk har vært gjort på å overvinne denne mangel ved å benytte ekstremtrykksadditiver som er oppløselige i vann.

En artikkel av R.W. Mould i British Petroleum Co. Ltd. "Journal of the Americain Society of Lubrication Engineers" 33 (6) 291-298 (1977) undersøker effektiviteten av et antall vannoppløselige halogenerte eller svovelholdige produkter som ekstremtrykksadditiver for vandige fluider. Effektiviteten av halogenerte, generelt klorerte, produkter er meget lav. De svovelholdige produkter som er studert, for eksempel natrium-saltene av tiosalicylsyre, 2-merkaptopropionsyre, 2,2'-ditiobenzosyre, 2,2'-ditiodipropionsyre, dinatrium-L-cystein og dinatriumditiodiglykolat, er ikke meget stabile og gir utvikling av bakterier og frigjøring av hydrogensulfid.

For å stabilisere disse krever formulering av disse produkter tilsetning av store mengder antibakterielle midler som vanligvis benyttes i emulsjoner, men som generelt er utelukket fra funksjonelle fluider.

US-PS 4 250 046 beskriver bruken av dietanoldisulfid som ekstremtrykksadditiv. Imidlertid er dette produkt uforenelig med mange additiver som vanligvis benyttes ved formulering av semisyntetiske fluider.

Det er nu funnet et vannoppløselig, effektivt og stabilt ekstremtrykksadditiv som oppveier manglene ved den kjente teknikk og som kan benyttes ved maskinbearbeiding av metaller.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art og denne karakteriseres ved at man som additiv benytter et vann-oppløselig salt av 3-merkaptopropionsyre disulfid.

Med vannoppløselig salt menes her ethvert salt, mineralsk eller organisk, hvis oppløselighet i vann ved omgivelses-temperatur er minst 0,01$, mens saltene som foretrekkes er de der oppløsningsevnen er minst 0,156.

3-merkaptopropionsyredisulfid er en kjent forbindelse som lett kan fremstilles ved oksydasjon av 3-merkaptopropionsyre med svovel eller et hensiktsmessig oksydasjonsmiddel slik som hydrogenperoksyd.

Saltene som benyttes oppnås på i og for seg kjent måte ved nøytralisering av disulfidet i et vandige medium med en organisk eller uorganisk base. Således er detmulig å benytte alkalimetall- eller jordalkalimetalloksyder, -hydroksyder eller -karbonater, flytende ammoniakk eller organiske nitrogenholdige baser. Som organiske nitrogenholdige baser som fører til disse vannoppløselige salter skal spesielt nevnes mono-, di- eller trialkylaminer og cykloalkylaminer som totalt ikke inneholder mer enn 8 karbonatomer, fortrinnsvis inneholder 1 til 6 karbonatomer, som alkylaminer som er substituert på minst en alkylrest med en eller flere hydrofile grupper som OH, COOH eller poly(oksyetylen og/eller -propylen). Man benytter fortrinnsvis mono-, di- eller trietanolaminene.

De vandige oppløsninger av saltene som anvender oppfinnelsens fremgangsmåte er meget stabile og kan lett oppbevares uten frigjøring av hydrogensulfidet selv i et nøytralt miljø ved pE 7. Hvis man ønsker dem, kan man også isolere saltene av de uorganiske baser i form av krystaller.

Saltene innarbeides i vandige fluider i en vekt-#-andel fra 0,01 til 20 og fortrinnsvis 0,1 til 10.

De kan benyttes alene, men generelt benytter man en blanding av andre vanlige additiver for vandige fluider. Blant disse additiver skal nevnes antislitasje-, antirust- og antiskummidler.

De funksjonelle vandige fluider er av syntetisk eller semisyntetisk art. De syntetiske fluider er virkelig vandige oppløsninger av forskjellige additiver i vann. Deres smøremiddelvirkning kan forbedres ved tilsetning av polyglykoler som polyetylenglykoler, polypropylenglykoler eller kopolymerer derav.

De semisyntetiske fluider er mikroemulsjoner som inneholder en mineral- eller en syntetisk olje og et overflateaktivt middel. Oljen forbedrer smøremidlene for det vandige fluid.

Fordi saltene av 3-merkaptopropionsyredisulfid er perfekt stabile i et vandig medium, er det mulig å lagre dem i form av konsentrerte blandinger av additiver som fortynnes på brukstidspunktet. Disse konsentrater inneholder mellom 1 og 50 vekt-#, fortrinnsvis mellom 15 og 35 vekt-# 3-merkapto-propionsyredisulf id og eventuelt andre vanlige additiver som antirust-, antislitasje- og antiskumadditiver, overflateaktive midler, polyglykoler eller mineral- eller syntetiske oljer.

Effektiviteten av additivene fastslås ved prøving på en fire-kulemaskin ved den såkalte 10 punktsprøve i henhold til ASTM-standard D-2783.

En fire-kulemaskinprøve omfatter 10 suksessive prøver der en kule som er fiksert i en chuck dreies i 10 sekunder mot tre kuler som holdes i en vugge fylt med ekstremtrykksfluidet som skal prøves. Ved et system av vekter presses de tre kuler med økende kraft fra en prøve til den følgende, mot den roterende kule der vekten er i geometrisk progresjon.

I hver prøve bestemmes diameteren for sår observert på de tre stasjonære kuler og en kurve A plottes i logaritmisk skala og gir diameteren av sårene som en funksjon av den pålagte vekt.

KLEBING (eller den siste belastning før klebing) er den belastning over hvilken kurven A avviker fra en ideallinje som kalles Hertz-linjen. Denne tilsvarer nærværet av noen få sveisepunkter i kontakt med kulene. Arr (eller slitasje-diameter) øker plutselig.

SVEISING (eller sveisebelastning) er den belastning over hvilken de fire kuler sveises til hverandre og hindrer at den øvre kule kan rotere mot de tre andre.

MHL (eller maksimal Hertz-belastning) er en dimensjonsløs koeffisient basert på en bestemmelsen av arr dannet av den øvre kule mot de tre stasjonære nedre kuler. Jo høyere denne koeffisient er, den har i og for seg ingen reell fysikalsk betydning, jo bedre anses den prøvede olje å være ut fra et synspunkt med henblikk på ekstremtrykket.

De følgende eksempler 1 til 7 skal illustrere oppfinnelsen uten å begrense den. Saltene som benyttes oppnås og anvendes i form av en vandig oppløsning fremstilt som angitt nedenfor:

Fremstillingstype

I en omrørt reaktor oppløses 1050 g eller 5 mol 3-merkaptopropionsyredisulfid i 1590 ml vann, hvorefter man langsomt tilsetter 610 g eller 10 mol ren monoetanolamin. Den oppnådde oppløsning som inneholder ca. 50% dietanolaminsalt av 3-merkaptopropionsyredisulfid kan "benyttes som sådan eller i fortynnet form.

Eksempel 1: Dietanolaminsalt av 3-merkaptopropionsyredisulfid

(DEA DAM 3 P).

Dette salt ble innarbeidet i forskjellige konsentrasjoner i et syntetisk fluid (vandig oppløsning) inneholdende 5% "ELF XT 6720", eller i et semisyntetisk fluid (mikroemulsjon) inneholdende 5% "ELF TX 6760".

"ELF XT 6720" og "6760" er kommersielle additivkonsentrater som gir vannet gode smøreegenskaper (smøring, antikorrosjon og lignende).

"XT 6720" er et vannoppløselig konsentrat inneholdende polyglykoler.

"XT 6760" er et mikroemulgerbart konsentrat som spesielt inneholder et overflateaktivt middel og en mineralolje.

Tilsetningen av DEA DAM 3 P til en kommersiell formulering muliggjør at ekstremtrykksegenskapene til den sistnevnte kan forbedres vesentlig. (EML øker fra 32 eller 34 til 77-78).

Eksempel 2: Samme som ovenfor, men med monoetanolaminsaltet

(MEA DAMP 3 P).

Eksempel 3; Som ovenfor, men med ammoniumsaltet

(NHA DAMP 3 P)

Eksempel 4: Som ovenfor, men med natriumsaltet (Na DAM 3 P) Eksempel 5; Som ovenfor, men med kalslumsa!tet (Ca DAM 3 P)

Eksempel 6:

Man benyttet dietanolaminsaltet av 3-merkaptopropionsyre-dlsulfid (DEA DAM 3 P). En polyetylenglykol med en midlere molvekt på 400, kalt PEG 400, ble innarbeidet i den vandige fase for å forbedre smøremiddelegenskapene.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for maskinbearbeiding av metaller 1 nærvær av et vandig funksjonelt fluid inneholdende et vannoppløselig salt med ekstrem trykkegenskaper, karakteri sert ved at det som additiv anvendes et vannopp-løselig salt av 3-merkaptopropionsyredisulfid.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at som vannoppløselige salt anvender et alkali- eller jordalkalimetallsalt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man som vannoppløselig salt anvender et som er oppnådd ved hjelp av ammoniakk eller en organisk nitrogenbase.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den organiske nitrogenbase velges blant mono-, di-eller trialkylaminer eller cykloalkylaminer som ikke inneholder mer enn 8 karbonatomer til sammen, og alkylaminer som er substituert på minst en alkylrest med en eller flere hydrofile grupper.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at man som organisk nitrogenbase anvender mono-, di-eller trietanolamin.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at man som funksjonelt vandig fluid anvender et som inneholder 0,01 til 20 vekt-# og fortrinnsvis 0,1 til 10 vekt-S& vannoppløselig salt av 3-merkaptopropionsyredisulfid.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at man anvender et funksjonelt vandig fluid som i tillegg inneholder minst et additiv valgt blant antislit-tasje-, antirust- eller antiskummidler.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakteri sert ved at man anvender et funksjonelt vandig fluid som i tillegg inneholder en polyglykol som polyetylenglykoler, polypropylenglykoler eller deres kopolymerer.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakteri sert ved at man anvender et vandig funksjonelt fluid som i tillegg inneholder et overflateaktivt middel og en mineral- eller syntetisk olje i form av en mikroemulsjon.