NO753669L

NO753669L -

Info

Publication number: NO753669L
Application number: NO753669A
Authority: NO
Inventors: G F Smith; M K Budd
Original assignee: Alcan Res & Dev
Priority date: 1974-11-04
Filing date: 1975-11-03
Publication date: 1976-05-05
Also published as: DE2549402A1; GB1528576A; ZA756753B; DK493975A; BE835107A; FR2289602B1; ES442294A1; CH614461A5; FR2289602A1; DE2549402B2; CA1069877A; SE7512260L; DE2549402C3; IT1044693B; SE415667B; AU8627675A; NZ179077A; US3966619A; JPS5169460A

Description

Forbedret smoremiddel.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer smoremidler for anvendelse ved bearbeidelse av aluminium.

Ved valsning av aluminium anvendes en væske for å oversvomme valsene og aluminiumarket. Denne væske har to funksjoner: (a) for å virke som et varmeoverf or ingsmiddel for å fjerne friksjons- og deformasjonsvarmen, (b) for å beskytte overflaten av det valsete metall mot direkte kontakt med valsene. I moderne hoy-effektsutstyr kan foroket produksjonshastighet oppnås ved å oke valsehastigheten og/eller ved å oke tykkelsesreduksjonen ved hver gjennomgang. Begge måter oker kravene tii" valsemediet, idet de begge forer til en foroket deformasjonsha-stighet og folgelig okes kravene med hensyn til avkjoling og over flatebeskyttelse.

Et valsesmoremiddel, basert på mineralolje ved koldvalsning

av aluminium har betydelige ulemper som varmeoverforingsmid-del , fordi :

1. den spesifikke varme er kun 0,5 kcal/kg i mot-setning til 1 kcal/kg for vann, 2. viskositeten for den letteste mineralolje som anvendes i praksis (1,7 cp) (30-40 s. Redwood No. 1 ved 38°C) er nesten den dobbelte av vannets viskositet (1 cp) (ca. 25 s Redwood No. 1 ved 38°C), 3. fordampningsvarmen for mineralolje kan ikke utnyttes effektivt på grunn av deres hoye koke-punkter (over 200°C), og 4. brannfaren ved bruk av mineraloljer stiger med hoyere valsehastighet og tykkelsesreduksjon på grunn av hoye lokale temperaturer oppstår som en folge av den store tilforte energi. Tåke og sprut-dannelser oker med hoyere hastigheter. j

Av disse grunner kan man ikke oppnå produksjonshastigheter

over 900-1200 m/min. kombinert med en samtidig tykkelsesreduksjon på over 60 % pr. gjennomgang, når det anvendes* smoremidler basert på mineralolje.

Anvendelse av vann-baserte smoremidler ved valsning er utstrakt anvendt i metallindustrien, men problemene assosiert med rteak-tiviteten avr- den ferske, blottlagte aluminiumsover f late overfor vann har begrenset anvendelse av vann-baserte smoremidler ved koldvalsning av aluminium.

For å overkomme denne vanskelighet tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en vandig komposisjon inneholdende en vannopplose-lig, belastningsbærende komponent, som har funksjonelle grupper som sterkt absorberes på både anodiske og katodiske steder i aluminiumplatens overflate.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et smoremiddel for aluminiumsvalsning omfattende i det vesentlige en vandig opplosning av et addukt av (a) et sekundært alkylamin, i hvilket minst en av alkylgruppene innbefatter en kjede med minst 8 kar-bo natomer, det sekundære alkylamin innbefatter en karboksylsyre-gruppe som en substituent på et karbonatom i en avstand fra aminogruppen som ikke overstiger 3 karbonatomer, og (b) en sur fosfatmono- eller di-ester av et polyalkylenoksyd-overflate-aktivt middel i en mengde på minst 0,5 vekts% av alkylaminet og 0,5 vekts% av fosfat-mono- eller di-esteren. For at smoremidlet ifolge oppfinnelsen skal være egnet må både alkylaminet og fosfatesteren være opploselig i vann i en mengde på minst 0,5 vekts%.

Karboksylsyregruppen virker til å opploseliggjore det sekundære amin, som fortrinnsvis er en aminosyre av den generelle formel R^- NH - R2COOH, hvori R^er en alkylgruppe inneholdende et kjede på minst 8 karbonatomer^og R2er en alkylgruppe inneholdende opp til 5 karbonatomer. Belastningskapasiteten for aminosyren kan ytterligere forbedres ved innforing av aryl, alkyl eller alkenylsubstituenter i R1 ,.Opploseligheten av aminosyren1

1

kan ytterligere forbedres ved innforingen av en eller flere hydroksylgrupper som substituenter i eller i dens aryl,

alkyl eller alkenylsubstituenter. Egnete aminosyrer kan inne-holde en eller flere alkoksygrupper som substituenter i R^i tillegg til eller i stedet for en hydroksygruppe eller grupper. Aminogruppen av aminosyrebestanddelen av adduktet absorberes

på de katodiske steder i aluminiumet og tjener.til å beskytte disse aktive- punkter .

Komposisjonen innbefatter også minst 0,5 vekts% av en vann-opploselig sur fosfatmono- eller di-ester av et polyalkylenoksyd-overf lateaktivt middel. Et stort antall slike fosfatestere er allerede beskrevet innen teknikkens stand, eksempelvis i de bri-tiske patenter nr. 1.081.285 og 918.430. Forbindelsene beskrevet i disse patentskrifter er nyttige for det foreliggende formål, under forutsetning av at de oppviser en opploselighet på minst 0,5 vekts% i en vandig opplosning. Disse fosfatestere er" beskrevet som anvendt i smoremidler. I den foreliggende oppfinnelse er de imidlertid innarbeidet i komposisjonen til å gi et addukt med alkylamin, idet adduktet virker som en korrosjonsinhibitor for de anodiske steder på aluminiumet^ i tillegg til å virke som en belastningsbærende bestanddel ved tilstedevæ-relsen av alkylaminbestanddelen.

I fosfatmono- eller di-esteren er estergruppen fortrinnsvis i form av R3-O (Ct^CI^O) n- , hvori R^ er en alkyl- , aryl-, aralkyl-, alkaryl-, alkenyl-, alkenaryl-, aralkenyl-, acyl-, aroyl-, aralkoyl-, alkanoyl-, alkenoyl-, alkenaroyl^eller aralkenoylgruppe. Disse sure fosfatestere er vannopploselige (forutsatt at n er 5 eller storre) og reagerer lett med aminosyrekomponenten under dannelsen av et addukt. Den sure fosfatesterkomponent i adduktet virker som en korrosjonsinhibitor for de anodiske steder på aluminiumet.

Selv om den sure fosfatesteren kan utvoe sin korrosjonsinhibe-rende funksjon når den er tilstede i en mengde mindre enn den belastningsbærende aminosyre, er det foretrukket at den sure fosfatester bor være tilstede i en mengde som er minst lik

i

vekten av aminosyren, og mere foretrukket i en mengde på ca. den dobbelte mengde av aminosyren, slik at aminosyren og fosfatesteren er tilstede i ca. ekvivalente forhold. Imidlertid^, vil adduktet ifolge oppfinnelsen utove sin effekt tilfredsstil-lende i nærvær av betydelig overskudd av alkylaminet eller fosfatesteren.

Fortrinnsvis,- er aminosyrekomponenten en N-alkyl-(3-aminosyre, slik som N-lauryl-p-amino-smorsyre, N-lauryl-(3-amino-propion-syre eller N-decyl-p-amino-smorsyre.

I den sure fosfatesteren er R-, fortrinnsvis en uforgrenet alkylgruppe og mere foretrukket en laurylgruppe. Verdien av n kan være 5-250, vanligvis 5-30, og fortrinnsvis ca. 9.

Funksjonen til etylenoksydgruppene er å opploseliggjore fosfatesteren og den nedre verdi for n vil bli bestemt av det onskedé innhold av den valgte fosfatester i smoremidlet.

Valsesmoremidlet tilveiebragt ifolge foreliggende oppfinnelse er egnet både for anvendelse ved koldvalsning av aluminiums-plater og ved koldvalsning av aluminiumsfolie. Det .adskiller seg fra eksisterende komposisjoner på tre vesentlige punkter: For det forste utviser det en meget hoyere belastningsbærende evne, d.v.s. det tillater en vesentlig storre tykkelsesreduksjon av metallet som skal valses uten at det oppstår mekanisk odeleggelse, for det andre beholder det i det vesentlige disse egenskaper ved kontakttemperaturer på opp til 200°C, slik at det kan anvendes i på hverandre folgende valsetrinn uten at det er nodvendig å nedsette tykkelsesreduksjonen for å unngå odeleggelse av metallet som valses, og for det tredje smoremidlet er en vandig opplosning i stedet for en opplosning basert på lett mineralolje eller en emulsjon eller dispersjon av Jett mineralolje og tilsetningsmiddel i vann, slik som er normalt ved aluminiumkoldvalsning. Det er således tilveiebragt et betydelig fremskritt i forhold til eksisterende smoremidler som folge av både dets forbedrete belastningsbærende egenskaper og at det er fullstendig vann-basert, hvilket muliggjor en

l

rask kontroll av de termiske betingelser som påvirker valse-formen, og folgelig også metallet som valses. En ytterligere . viktig fordel av et smoremiddel av opplosningstypen, er at man unngår nodvendigheten av kontroll av partikkelstorrelsen for den dispergerte fase, hvilket er nodvendig for smoremidler av emulsjonstypen.

En typisk komposisjon er:

Vann 98,0 vekts%

N-dodecyl-|3-amino-sm6resyre 0,7 vekts%

Sur fosfatester av et lauryletoksylat inneholdende

9 etylenoksydgrupper 1,3 vekts%.

En annen komposisjon omfatter:

Vann 97,0 vekts%

N-dodecyl-(3-amino-sm6rsyre 1,0 vekts%

Sur fosfatester av et nonylfenyletoksylat inneholdende 9 etylenoksydgrupper 2,0 vekts%.

Den belastningsbærende kapasitet av den andre komposisjon er vist i tabell 1 som funksjon av temperaturen. For sammenlig-nings skyld er medtatt tilsvarende data for laurylalkohol og laurylsyre i mineralolje-baserte komposisjoner, som er typiske for nå anvendte konvensjonelle smoremidler for koldvalsning av aluminium.

De ovenfor viste resultater ble oppnådd ved hjelp av et skive-sammenpresningsapparat. Forsoket omfatter sammenpresning av en aluminiumsskive under konstant belastning, idet skiven som undersokes smores med den aktuelle prove av smoremidlet og oppvarmes til den valgte forhåndsbestemte temperatur. Den prosentvise reduksjon av aluminiumets tykkelse er et mål for smoremidlets belastningsbærende kapasitet. Det må bemerkes at . resultatene fra dette forsok ikke viser den prosentvise reduksjon oppnådd ved valsning, imidlertid tjener den til sam-menligning av de undersokte smoremidlers egenskaper.

Den ovenfor angitte komposisjon har en viskositet i området 25-28 s Redwood No. 1 ved 38°C, sammenlignet med en viskositet på 30-40 s Redwood No. 1 ved 38°C som er typisk for en mineralolje-basert komposisjon som har et flamme-punkt som er aksep-tabelt hoyt til å tillate dets anvendelse ved valsning av aluminium.

I visse tilfeller kan det være onskelig å tilsette et viskosi-tetsregulerende middel for å heve viskositeten. En polyglykol kan anvendes for dette formål.

Fordelen ved anvendelsen av adduktet dannet ved omsetningen

av aminosyren og fosfatesteren er at den inhiberer dannelsen av hvite flekker på aluminiumsbåndet under den etterfølgende varmebehandling. Imidlertid, bor det unngås hoye lokale kon-sentrasjoner av smoremiddelkomposisjonen på overflaten av aluminiumet på begynnelsen av varmebehandlingsoperasjonen. Dette kan oppnås ved anvendelse av et smoremiddeloppsamlings-system i forbindelse med valseverket, slik at lite smoremiddel er tilbake på overflaten som forlater valseverket. Alternativt kan overskudd av smoremiddel fjernes ved vasking av det valsete metall med en fortynnet opplosning av smoremidlet, som etter-later tilstrekkelige mengder av adduktet adsorbert på det valsete metall for å tilveiebringe en effektiv korrosjonsinhibe-rende effekt.

Selv om mengden av skum som kan oppstå for den ovenfor nevnte komposisjon er lav, er det enkelte ganger onskelig i tillegg å innarbeide et anti-skumningsmiddel.

Et egnet, markedsfort skumningsmiddel er "Silicon Emulsion Anti-Foamant RD" (Dow Corning).

Ved koldvalsningsforsok med smoremidlet ifolge foreliggende oppfinnelse utfort i et mindre forsoksvalseverk var det mulig å oppnå 80 % reduksjon i tykkelsen av 4 mm tykt aluminium av kommersiell renhet, uten at det fant sted noen sammenbrytning av smoremiddel (filmen). Tilsvarende resultater ble erholdt med et antall forskjellige aluminiumslegeringer, innbefattende en legering inneholdende 4,5 % Mg.

Smoremidlet i henhold til foreliggende oppfinnelse finner anvendelse ved andre koldbearbeidelsesoperasjoner for aluminium, slik som trekking og pressing av beholdere og maskinoperasjo-ner (eksempelvis dreining, boring etc.).

Smoremidlet er også funnet å være nyttig ved varmvalsning av aluminium hvor det utviser spesielle fordeler sammenlignet med smoremidler av emulsjonstypen som folge av bedre kontroller- barhet og en lettere filtrerbarhet. F.eks. ved anvendelse av en "2-High mill" med arbeidsvalser med en diameter på 12,7 cm ble et '2,6 mm tykt aluminiumsark gjentatte ganger valset ved en temperatur i området 250-550°C til en tykkelse på 1,4 mm og den erholdte overflate-finish av aluminiumet var minst så godt som det erholdt ved anvendelse av et konvensjonelt smoremiddel av emulsjonstypen, under anvendelse av de samme betingelser.

r"

Claims

1. Smoremiddel for anvendelse ved bearbeiding av aluminium, karakterisert ved at det i det vesentlige består av en vandig opplosning av (a) et sekundært alkylamin, i hvilket minst en av alkylgruppene innbefatter minst 8 karbonatomer, idet det sekundære alkylamin også innbefatter en karboksylgruppe som en substituent på et karbonatom, hvis avstand fra aminogruppen ikke overstiger 3 karbonatomer, og

(b) en sur fosfatmono- eller di-ester av et poly- alkylenoksydoverflateaktivt middel, og hvor alkylaminet og fosfatesteren hver minst har en opploselighet i vann på 0,5 vekts%s og hvor opplosningen inneholder minst 0,5 vekts% av alkylaminet og den sure fosfatester.

2. Smoremiddel ifolge krav 1, karakterisert ved at det sekundære alkylamin er en aminosyre med den generelle formel R, - NH - R2 COOH, hvori R^ er en alkylgruppe inneholdende minst 8 karbonatomer, og R2 er en alkylgruppe inneholdende 1-5 karbonatomer.

3. Smoremiddel ifolge krav 2, karakterisert ved at R^ er en alkylgruppe inneholdende en eller flere hydroksylgrupper og/eller en eller flere alkoksygrupper.

4. Smoremiddel ifolge kravene 1-3, karakterisert ved at aminosyren er en N-alkyl-(3-aminosyre.

5. Smoremiddel ifolge krav 4, karakterisert ved at aminosyren er N-lauryl-(3-amino-sm6rsyre, N-lauryl-(3-aminopropionsyre eller N-decyl-(3-amino-sm6r syre .

6. Smoremiddel i henhold til kravene 1-5, karakterisert ved at estergruppen i den sure fosfat-mono- eller di-ester har formlen (CH2 CH2 -0)n-, hvor R^ er en alkyl-, aryl-, aralkyl-, alkaryl-, alkenyl-, alkenaryl-, aralkenyl-, acyl-, aroyl-, aralkoyl-, alkanoyl-, alkenoyl-, alkenaroyl- eller aralkenoylgruppe, og n er 5-250.

7. Smoremiddel ifolge krav 6, karakterisert ved at Ro er en nonylfenylgruppe eller en laurylgruppe og n er 5-30.

8. Smoremiddel ifolge krav 7, karakterisert ved at n er ca. 9.

9. Smoremiddel ifolge krav 6y karakterisert ved at den sure fosfatmono- eller di-ester er tilstede i en mengde på 1 til 2 ganger vekten av aminosyren.