DE69033147T2 - Nichtverschmutzende feste schmiermittel - Google Patents

Nichtverschmutzende feste schmiermittel

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Description

  • Die Erfindung betrifft nicht-färbende feste Gleitmittel, die zur Verwendung bei der Metallbearbeitung geeignet sind, z. B. beim Kaltwalzen, Strecken oder Extrudieren von. Metallen, insbesondere Aluminium.
  • Gleitmittel, normalerweise flüssige Gleitmittel, werden in der Metallbearbeitung verwendet, um die Reibung zwischen der bearbeiteten Metalloberfläche und einer Oberfläche der Vorrichtung, die die Bearbeitung ausführt, zu vermindern. Ein flüssiges Gleitmittel vermindert die Reibung durch Trennen der zwei Oberflächen durch einen dünnen Fluidfilm mit einem geringen Scherwiderstand. In vielen Metallbearbeitungsvorgängen ist der Druck zwischen einer Oberfläche des bearbeiteten Materials und einer Oberfläche der Vorrichtung so gross, dass der Fluidfilm eines flüssigen Gleitmittels herausgedrückt werden kann, so dass es zu einem Metall-Metall-Kontakt mit dem Ergebnis kommt, dass ein übermässiger Schaden an den Oberflächen entstehen kann. Feste Filmgleitmittel mit viel grösseren Trageigenschaften sind entwickelt worden, um diesen und andere Nachteile, die mit flüssigen Gleitmitteln verbunden sind, zu überwinden.
  • Zusätzlich zu den Gleiteigenschaften sollte ein Gleitmittel bestimmte weitere Erfordernisse erfüllen, wenn es industriell nützlich sein soll. Beispielsweise sollte es leicht aufzutragen und leicht zu entfernen sein, es sollte ein gewisses Mass an Schutz für die Metalloberfläche während der Handhabung und der Lagerung bieten, es sollte keine Gesundheitsgefährdung für Personen darstellen, die mit ihm in Kontakt kommen, und es sollte natürlich bezüglich der Oberflächen, mit denen es in Kontakt kommt, inert sein. Viele Gleitmittel führen zu starken Färbungen auf der Metalloberfläche während des Glühens. Es ist daher sehr erwünscht, eine solche Färbung durch Verwenden eines Gleitmittels mit Eigenschaften, die den besonderen Bedingungen, unter denen das geschmierte Metall zu bearbeiten ist, gerecht werden und welches auch nicht-färbend ist, zu verhindern.
  • Die Erfindung basiert auf der Entdeckung, dass ein fester Film eines oder mehrerer gesättigter aliphatischer Monoalkohole mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen, der auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Metalls aufgebracht wird, gute Gleiteigenschaften unter Kaltbearbeitungsbedingungen aufweist und durch Erhitzen entfernt werden kann, wodurch im wesentlichen keine Färbung auf der Metalloberfläche verbleibt.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Kaltbearbeitung eines Metallwerkstücks bereit, umfassend das Bereitstellen eines Gleitmittelfilmes auf der Oberfläche des Werkstücks, welches einem Formen zu unterwerfen ist, Unterwerfen des Werkstücks einer Umformung und Entfernen des Gleitmittelfilmes von der Metalloberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitmittelfilm einen festen Film eines gesättigten aliphatischen Monoalkohols mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen umfasst und dass der Gleitmittelfilm von der Metalloberfläche ohne Fleckenbildung durch die Anwendung von Hitze hierauf entfernt wird.
  • Die Erfindung stellt weiterhin die Verwendung eines gesättigten aliphatischen Monoalkohols mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen als festes Gleitmittel in der Kaltbearbeitung eines Metallwerkstücks bereit, welches von der Oberfläche des Metalls durch Erhitzen ohne Fleckenbildung entfernt wird. Die Erfindung stellt auch die Verwendung einer Zusammensetzung, umfassend eine Lösung eines gesättigten aliphatischen Monoalkohols mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen in einem inerten flüchtigen organischen Feststoff, als gleitmittelfilmbildendes Mittel bei der Kaltbearbeitung eines Metallwerkstücks bereit, um einen Film aus einem festen gesättigten, aliphatischen C&sub1;&sub4;&submin;&sub1;&sub8;-Monoalkohol-Gleitmittel auf der Werkstückoberfläche zu bilden, welches von der Metalloberfläche durch Erhitzen ohne Fleckenbildung entfernt wird.
  • Erfindungsgemäss wird ein gesättigter aliphatischer Monoalkohol mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen verwendet. Solche Alkohole weisen gute Gleit- und Trageigenschaften auf, sind bei Raumtemperatur (20 bis 25ºC) fest und sind im schlechtesten Fall nur leicht fleckenbildend und im besten Fall absolut nicht-färbend. Beispiele für diese Alkohole schliessen Myristylalkohol, Cetylalkohol und Stearylalkohol ein. Kommerzielle Reinverbindungen können verwendet werden, und diese enthalten im allgemeinen Anteile höherer und/oder niedrigerer Homologe als Verunreinigungen. Cetylalkohol (Hexadecanol) ist aufgrund seines Schmelzpunkts (~ 49ºC) und wegen seiner hervorragenden nicht-fleckenbildenden Eigenschaft für die erfindungsgemässe Verwendung besonders bevorzugt.
  • Typischerweise wird das gesättigte, aliphatische C&sub1;&sub4;&submin;&sub1;&sub8;- Monoalkohol-Gleitmittel auf die Oberfläche des Metallwerkstücks durch Tauchbeschichten des Werkstücks in eine Lösung des Alkohol-Gleitmittels in einem inerten flüchtigen, organischen Lösungsmittel aufgetragen. Nach Entfernen des flüchtigen Lösungsmittels durch Verdampfen verbleibt ein Film des festen Alkohols auf der Oberfläche des Werkstücks. Es ist möglich, dass der auf diese Art erhaltene Film nicht gleichförmig dick ist, d. h. das abgeschiedene Alkohol-Gleitmittel in einigen Bereichen dicker ist als in anderen Bereichen der Oberfläche des Werkstücks. Wir haben jedoch beobachtet, dass in solchen Fällen, wenn die Dicke des abgeschiedenen Filmes des festen Alkohols nicht gleichförmig ist, der Film an dem Punkt fliesst, wo Druck auf das Werkstück während seiner Bearbeitung aufgebracht wird, z. B. an der Düse bei einer Metallstreckbearbeitung oder an den Pressplatten bei einer Metallpressbearbeitung, was dazu führt, dass das Werkstück gleichmässig an dem Bearbeitungspunkt bedeckt wird.
  • Um die Gleitmittelbeschichtungszusammensetzung zu bilden, wird der gesättigte, aliphatische C&sub1;&sub4;&submin;&sub1;&sub8;-Monoalkohol in einem inerten, flüchtigen, organischen Lösungsmittel gelöst. Im allgemeinen kann jedes organische Lösungsmittel für den Alkohol verwendet werden, das bei normaler Raumtemperatur flüssig ist, welches aber bei einer Temperatur knapp darüber verdampft und welches sowohl bezüglich des Alkohols als auch der Metalloberfläche inert ist. Beispiele für geeignete Lösungsmittel schliessen Diethylether, Methanol und Benzol, und chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Trichlorethylen und 1,1,1- Trichlorethan ein. Die Konzentration des C&sub1;&sub4;&submin;&sub1;&sub8;-Alkohols in dem flüchtigen organischen Lösungsmittel ist nicht kritisch, und im Prinzip kann jede Konzentration bis zu der Löslichkeitsgrenze des entsprechenden Lösungsmittels verwendet werden. Typischerweise wird die Konzentration des Alkohols in dem organischen Lösungsmittel etwa 10 Gew.-% betragen.
  • Erfindungsgemäss ist es möglich, bestimmte Mengen anderer Substanzen in den Gleitfilm des gesättigten, aliphatischen C&sub1;&sub4;&submin;&sub1;&sub8;-Monoalkohols einzubauen, um die Eigenschaften des Filmes zu modifizieren. Zum Beispiel kann flüssiges Polybuten in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% des Gesamtgewichts der Gleitmittelzusammensetzung (ohne Lösungsmittel) eingebaut werden, um die Filmeigenschaften des Gleitmittels auf der Oberfläche des Werkstücks und die Fliesseigenschaften des Gleitfilmes während der Deformation ohne Bewirken einer Fleckenbildung der Metalloberfläche bei dem Glühen zu modifizieren. Die Verwendung von flüssigem Polybuten macht jeden Film, der dieses und den gesättigten, aliphatischen C&sub1;&sub4;&submin;&sub1;&sub8;- Monoalkohol enthält, gewöhnlich weicher, und daher kann, falls mehr als 10 Gew.-% flüssiges Polybuten verwendet werden, der auf der Oberfläche des Werkstücks erhaltene Gleitmittelfilm leicht klebrig und ziemlich instabil werden. Jedwedes flüssiges Polybuten kann gemäss dieser erfindungsgemässen Ausführungsform verwendet werden. Flüssige Polybutene sind im Handel unter dem Namen "Hyvis" (Hyvis ist eine eingetragene Marke), z. B. Hyvis 200, mit einem Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 2400 und einer kinematischen Viskosität von 4300 cSt bei 98,9ºC erhalten werden.
  • Das erfindungsgemässe nicht-färbende, feste Gleitmittel kann eine geringe Menge eines festen oder halbflüssigen (z. B. gelatineartigen) Alkans oder eine Mischung von Alkanen enthalten, die keinen fleckenbildenden Rest beim Glühen hinterlassen, z. B. Petroljelly (Petrolatum), um die Filmeigenschaften des Gleitmittels zu modifizieren. Ein solcher Filmmodifizierer auf Alkanbasis kann zusammen mit oder alternativ zu dem oben erwähnten flüssigen Polybuten verwendet werden. Im allgemeinen wird, falls verwendet, jedweder Filmmodifizierer auf Alkanbasis in einer Menge verwendet, so dass das Gesamtgewicht des Filmmodifizierers auf Alkanbasis und des flüssigen Polybutens nicht mehr als 10 Gew.-% der Gesamtgleitmittelzusammensetzung (ohne Lösungsmittel) beträgt. Wir haben weiterhin gefunden, dass der Einbau eines (flüssigen) Esters, z. B. Butylstearat, Methyllaurat oder Methylmyristat, in den gesättigten, aliphatischen C&sub1;&sub4;&submin;&sub1;&sub8;-Monoalkohol-Gleitmittelfim gewöhnlich bei der Herstellung eines gleichförmigen Filmes hilft und den Film gewöhnlich auch erweicht. Diese Tendenz, den Film zu erweichen, ist ein zusätzlicher Vorteil in dem Fall, wenn das Gleitmittel auch ein Polybutenadditiv enthält, da dieses es leichter macht, das polybutenhaltige Gleitmittel von den Oberflächen (einschliesslich Händen) zu entfernen. Falls verwendet, kann der Ester in einer Menge nicht über 10 Gew.-% in bezug auf das Gesamtgewicht des Gleitmittels (ohne Lösungsmittel) verwendet werden und würde als eine Alternative zu einer äquivalenten Menge flüssigen Polybutens eingebaut werden. Wir bevorzugen jedoch, nicht mehr als etwa 1 Gew.-% des Esters zu verwenden.
  • Das feste Gleitmittel formt nach dem Verdampfen des flüchtigen Trägerlösungsmittels einen zähen Film auf der Oberfläche eines Metallwerkstücks. Eine typische Gleitmittelbedeckung würde weniger als etwa 10 g/m² betragen. Vorzugsweise wird die Gleitmittellösung jedoch auf eine Metalloberfläche aufgetragen, um etwa 5 g festes Gleitmittel pro Quadratmeter Oberfläche bereitzustellen.
  • Nach der Deformation etc. des Werkstücks muss das feste Filmgleitmittel nicht vor dem Glühen des Metalls entfernt werden, da die Komponente(n) des festen Gleitmittels, mit anderen Worten der Alkohol und wahlweise vorhandenes Polybuten, Petroljelly und/oder Butylstearat, abdampfen wird oder sich auf der Metalloberfläche rein ohne Fleckenbildung zersetzen wird.
    • BEISPIEL 1
  • Ein Aluminiumrohr wurde in eine 10%-ige (G/G) Lösung von Cetylalkohol in Trichlorethylen eingetaucht und dann getrocknet. Das beschichtete Rohr wurde viermal durch eine Streckmaschine geleitet. Nach jeder Durchleitung wurde das Rohr durch Erhitzen auf 400ºC ohne vorhergehendes Entfetten und ohne Fleckenbildung geglüht und dann wiederum in die Cetylalkohollösung eingetaucht. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Aussen- und Innendurchmesser des Rohres, die prozentuale Verminderung der Querschnittsfläche und die Länge des Rohres nach jedem Durchleiten. Die Verminderungen sind durch die Grösse der verwendeten Düse bedingt, die der Grund dafür ist, weshalb sie variieren. Jedoch ist die Endreduktion von 23% hervorragend, und das Rohr zeigte nach dem letzten Durchleiten keine Oberflächenfärbung. TABELLE 1
    • BEISPIEL 2
  • Eine Serie von Scheibenkompressionstests wurde unter Verwendung verschiedener Gleitmittel durchgeführt. In jedem Fall wurde eine Aluminiumscheibe mit einem Durchmesser von 32 mm und einer Dicke von 5 mm in eine Lösung des Testgleitmittels in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel getaucht, so dass sowohl die obere als auch die untere Oberfläche der Scheibe mit der Gleitmittellösung beschichtet wurden. Die beschichtete Scheibe wurde dann stehen gelassen, bis das organische Lösungsmittel verdampft war, so dass eine Beschichtung des Gleitmittels auf der Aluminiumoberfläche verblieb. Jede Scheibe wurde einem Drücken bei 5,6 · 10&supmin;&sup7; kg/m&supmin;² über einen Zeitraum von 30 Sekunden unterworfen, und die Dicke der Scheibe wurde dann gemessen. Der Test wurde fünfmal für jedes Gleitmittel durchgeführt und die Durchschnittsreduktion (%) wurde berechnet. Jede geschmierte Scheibe wurde auf 400ºC geglüht und bezüglich der Fleckenbildung überprüft. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 2
  • * "Batoyl" und "Silkolene" sind feste Filmgleitmittel auf Grundlage eines Schweröls, enthaltend Extremdruckadditive

Claims (14)

1. Verfahren zur Kaltbearbeitung eines Metallwerkstücks, umfassend das Bereitstellen eines Gleitmittelfilmes auf der Oberfläche des Werkstücks, welches einem Formen zu unterwerfen ist, Unterwerfen des Werkstücks einer Umformung und Entfernen des Gleitmittelfilmes von der Metalloberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitmittelfilm einen festen Film eines gesättigten aliphatischen Monoalkohols mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen umfasst und dass der Gleitmittelfilm von der Metalloberfläche ohne Fleckenbildung durch die Anwendung von Hitze hierauf entfernt wird.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei der feste Gleitmittelfilm auf der Metalloberfläche an einem Punkt, an dem Druck aufgrund der Umformung aufgebracht wird, zum Fliessen gebracht wird.
3. Verfahren gemäss entweder Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der gesättigte aliphatische Monoalkohol Cetylalkohol ist.
4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gleitmittel weiterhin 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gleitmittels, Polybuten, Petroljelly oder Butylstearat enthält.
5. Verwendung eines gesättigten aliphatischen Monoalkohols mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen als festes Gleitmittel bei der Kaltbearbeitung eines Metallwerkstücks, welches von der Oberfläche des Metalls durch Erhitzen ohne Fleckenbildung entfernt wird.
6. Verwendung gemäss Anspruch 5, wobei der gesättigte aliphatische Monoalkohol Cetylalkohol ist.
7. Verwendung gemäss entweder Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei das Gleitmittel auch 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gleitmittels, Polybuten, Petroljelly oder Butylstearat enthält.
8. Verwendung einer Zusammensetzung, umfassend eine Lösung eines gesättigten aliphatischen Monoalkohols mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen in einem inerten flüchtigen, organischen Feststoff, als Gleitmittelfilm-bildendes Mittel bei der Kaltbearbeitung eines Metallwerkstücks, um einen Film von einem festen C&sub1;&sub4;&submin;&sub1;&sub8;-gesättigten aliphatischen Monoalkohol-Gleitmittel auf der Werkstückoberfläche zu bilden, welcher von der Metalloberfläche durch Erhitzen ohne Fleckenbildung entfernt wird.
9. Verwendung gemäss Anspruch 8, wobei der gesättigte aliphatische Monoalkohol Cetylalkohol ist.
10. Verwendung gemäss entweder Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei das inerte flüchtige, organische Lösungsmittel ausgewählt wird aus Trichlorethylen und 1,1,1-Trichlorethan.
11. Verwendung gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Lösung etwa 10 Gew.-% des gesättigten aliphatischen Monoalkohols enthält.
12. Verwendung gemäss einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Lösung zusätzlich ein Material, ausgewählt aus Polybuten, Petroljelly und Butylstearat, in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% in bezug auf das vereinte Gewicht des gesättigten aliphatischen Monoalkohols und dieses Materials, enthält.
13. Verwendung gemäss einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Metallwerkstück aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird.
14. Verwendung gemäss einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei das Metallwerkstück in Form einer Röhre für einen Kaltziehvorgang ausgewählt wird.
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