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DE102008016348B4 - High temperature lubricants and their use in a process for hot working metals - Google Patents

High temperature lubricants and their use in a process for hot working metals Download PDF

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Abstract

High-temperature lubricant, preferably die lubricant, based on graphite dispersed in water, comprises 5-40 wt.% of graphite, 0.1-5 wt.% of surfactant as a wetting agent, 0.1-0.5 wt.% of bactericide and/or fungicide, 0.5-20 wt.% of salts and 29.5-94.29 wt.% of water as carrier medium and auxiliary material, 0.01-5 wt.% of an inorganic cerium compound and/or an organic cerium(III)- or cerium(IV)-compound as an oxidation catalyst and titanium dioxide, manganese dioxide, ferrocene, iron tallate and/or iron hydroxide complex as oxidant. High-temperature lubricant, preferably die lubricant, based on graphite dispersed in water, comprises 5-40 wt.% of graphite, 0.1-5 wt.% of surfactant as a wetting agent, 0.1-0.5 wt.% of bactericide and/or fungicide, 0.5-20 wt.% of salts and 29.5-94.29 wt.% of water as carrier medium and auxiliary material, 0.01-5 wt.% of an inorganic cerium compound and/or an organic cerium(III)- or cerium(IV)-compound as an oxidation catalyst and titanium dioxide, manganese dioxide, ferrocene, iron tallate and/or iron hydroxide complex of formula (Fe(OH) x) (where x is not defined) as oxidant. An independent claim is included for a method for hot forming of metals, comprising spraying a die form, prior to the forming of a workpiece, with a high temperature lubricant based on graphite dispersed in water or based on graphite in mineral oil, where the carbonization residuals are avoided.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochtemperaturschmiermittel, insbesondere Gesenkschmiermittel, auf Basis von in Wasser dispergiertem Grafit oder auf Basis von Grafit in Mineralöl, gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 sowie ein Verfahren zum Warmumformen von Metallen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Hochtemperaturschmiermittels.The The present invention relates to a high temperature lubricant, in particular die lubricants, based on water-dispersed graphite or based on graphite in mineral oil, according to claims 1 or 2 and a method for hot forming metals using the high temperature lubricant of the invention.

Bei der Bearbeitung von Metallen werden Schmiermittel benötigt, die bei hohen Verarbeitungstemperaturen ein optimales Gleiten des Metalls zwischen den Verarbeitungswerkzeugen gewährleisten. Dabei kann es insbesondere beim Verarbeiten von harten oder schwer verformbaren Metallen zu einem schnellen Verschleiß der Verarbeitungswerkzeuge kommen. Die Schmiermittel sollen den Reibungswiderstand zwischen Metall und Werkzeug herabsetzen, um die Abnutzung der Werkzeuge zu verringern. Die Schmiermittel müssen dabei hohen Temperaturen standhalten.at The machining of metals requires lubricants that at high processing temperatures an optimal sliding of the metal between the processing tools. It can in particular when processing hard or difficult to deform metals a quick wear of the Processing tools come. The lubricants should be the friction resistance between metal and tool to reduce the wear of the tools to reduce. The lubricants must be high temperatures withstand.

Schon seit längeren sind entsprechende Formulierungen auf der Basis von Grafit bekannt. Da Grafit selbst nur schlecht schmiert (0,2, im Hochvakuum 0,5), werden Zusätze wie Phosphate, Borate oder Halogenide von Na, K usw. vorgeschlagen. So wird in der deutschen Auslegeschrift DE 2 154 232 B für einen Hochtemperaturschmierstoff für die Warmverformung von Metallen eine Mischung von Grafit und Alkaliphosphaten- bzw. -boraten beschrieben.For quite some time, corresponding formulations based on graphite have been known. Since graphite itself lubricates only poorly (0.2, in a high vacuum 0.5), additives such as phosphates, borates or halides of Na, K, etc. are proposed. This is how the German Auslegeschrift works DE 2 154 232 B for a high-temperature lubricant for the hot deformation of metals, a mixture of graphite and alkali phosphates or borates is described.

Um die Schmierung in einem weiten Bereich von circa 200°C (Gesenk) bis zu 1150°C (Metallwerkstück, hier Eisen) zu gewährleisten, werden auch organische Komponenten wie Polymere oder Mineralöle verwendet.Around lubrication over a wide range of approx. 200 ° C (die) up to 1150 ° C (Metal workpiece, to ensure iron here) Organic components such as polymers or mineral oils are also used.

Organische Zusätze sind nur bis maximal 600°C schmierwirksam, danach verbrennen oder verkoken sie, Salze oder Salzgemische sind erst ab Schmelzbeginn (meist über 300°C) wirksam.organic additions are only up to 600 ° C lubricating, then burn or coke, salts or Salt mixtures are effective only from the onset of melting (usually above 300 ° C).

Nachteilig beim Einsatz von organischen Zusätzen ist erstens der relativ eingeschränkte Temperaturbereich und zweitens die Gefahr des Verkokens. Diese Verkokungsrückstände können sich in der Form (Gravur) aufbauen und die Maßhaltigkeit des Werkstücks beeinflussen.adversely when using organic additives First, the relatively limited temperature range and second, the risk of coking. These coking residues can become build in the form (engraving) and influence the dimensional accuracy of the workpiece.

Durch die Erhöhung des anorganischen Anteils, wie Phosphate usw., kann zwar die Schmierung teilweise verbessert werden, doch besteht auch hier die Gefahr des Verbackens durch Rückstände.By the increase of the inorganic portion, such as phosphates, etc., although the lubrication partial improved, but there is also the danger of caking here by residues.

Salze oder Salzgemische in Verbindung mit Grafit werden eingesetzt, da sie im Schmelzfluss zur Schmierung beitragen und zwischen den Grafitpartikeln bzw. Schichten die relativ starken Van-der-Waals-Kräfte reduzieren.salts or salt mixtures in conjunction with graphite are used since they contribute to lubrication in the melt flow and between the graphite particles or layers reduce the relatively strong Van der Waals forces.

Die deutsche DE 2 108 738 A1 beschreibt ein Hochtemperaturschmiermittel für die spanlose Metallumformung enthaltend ein Alkalisulfat, Borax, Kaliumchlorid, Natriumacetattrihydrat und Grafit in Pulverform mit einer Teilchengröße, welche 10 μm nicht übersteigt. Weiterhin kann dieses Mittel zusätzlich Ammoniumsulfat und einen Stabilisator aus der Klasse der Polysacharide und/oder Alkylzellulosen und/oder Alginate enthalten.The German DE 2 108 738 A1 describes a high-temperature lubricant for chipless metal forming containing an alkali metal sulfate, borax, potassium chloride, Natriumacetattrihydrat and graphite in powder form having a particle size which does not exceed 10 microns. Furthermore, this agent may additionally contain ammonium sulfate and a stabilizer from the class of polysaccharides and / or alkylcelluloses and / or alginates.

Auch die DE 2 048 537 A1 beschreibt einen Hochtemperaturschmierstoff auf Phosphatbasis für die Warmverformung von Metallen in Form einer fest haftenden Schicht in Kombination mit einem Binder und einem Lösungsmittel, wobei dieser Schmierstoff aus einer Dispersion eines Gemisches oder einer Schmelze von Phosphaten mit Natrium und/oder Kalium und/oder Zink und/oder Aluminium und/oder Bor, ggf. unter Zusatz von Kalziumfluorid, Natriumfluorid, Zinksulfid, Grafit und/oder Natrium-Zink-Polyphosphat in einem hoch polymeren Binder und einem organischen Lösungsmittel besteht. Dieser Hochtempera turschmierstoff kann beim Schmieden, Walzen, Pressen, Ziehen oder Stollen verwendet werden.Also the DE 2 048 537 A1 describes a phosphate-based high-temperature lubricant for thermoforming metals in the form of a firmly adhering layer in combination with a binder and a solvent, this lubricant consisting of a dispersion of a mixture or a melt of phosphates with sodium and / or potassium and / or zinc and / or aluminum and / or boron, optionally with the addition of calcium fluoride, sodium fluoride, zinc sulfide, graphite and / or sodium-zinc polyphosphate in a highly polymeric binder and an organic solvent. This high temperature lubricant can be used in forging, rolling, pressing, drawing or cleats.

Auch die Auslegeschrift DE 2 046 727 B offenbart einen Hochtemperaturschmierstoff für die spanlose Metallumformung, bestehend aus einem Alkalisulfat, Borax, Kaliumchlorid, Natriumacetattrihydrat und Grafit in Pulverform mit einer Teilchengröße nicht größer als 10 μm, wobei ggf. weiterhin Ammoniumsulfat, eine Mischung aus Magnesiumhydroxid, Thiatriazolderivaten, Azoisobuttersäuredinitril und/oder Azodicarbonamid, ein Dispergiermittel aus der Klasse der sulfonierten, aliphatischen Polyester und/oder der sulfatierten Alkohole und/oder der Natriumalkylsulfonate sowie einen Stabilisator aus der Klasse der Polysacharide und/oder Alkylzellulosen und/oder Alginate und Wasser enthalten kann.Also the layout DE 2 046 727 B discloses a high-temperature lubricant for chipless metal forming, consisting of an alkali metal sulfate, borax, potassium chloride, sodium acetate trihydrate and graphite in powder form having a particle size not greater than 10 microns, optionally further ammonium sulfate, a mixture of magnesium hydroxide, thiatriazole derivatives, azoisobutyrodinitrile and / or azodicarbonamide, a dispersant from the class of sulfonated aliphatic polyesters and / or sulfated alcohols and / or sodium alkylsulfonates and a stabilizer from the class of polysaccharides and / or alkylcelluloses and / or alginates and water.

Für die Bearbeitung von Metallen bei hohen Temperaturen haben sich insbesondere grafithaltige Schmiermittel, wie sie auch oben erwähnt wurden, durchgesetzt. Grafit ist besonders hitzebeständig und weist in Kombination mit Mineralölen und anorganischen Salzen besonders gute Schmiereigenschaften auf.For editing of metals at high temperatures are especially graphitic lubricants, as mentioned above were enforced. Graphite is particularly heat resistant and indicates in combination with mineral oils and inorganic salts particularly good lubricating properties.

EP 0 442 661 A1 offenbart ein Verfahren zur Warmverformung von Metall, wobei ein Schmiermittel auf die Oberfläche eines metallischen Werkstücks aufgebracht wird, das anschließend umgeformt wird. Das Schmiermittel enthält ein Seltenerdmetallhalogenid. Insbesondere wird ein Hochtemperaturschmiermittel auf wässriger Basis gelehrt, das bis 10% Graphit, 2–30% Certrifluorid, Netzmittel, antimikrobielle Mittel, Salz und Trägermittel beinhaltet. Eine ähnliche Schmiermittelzusammensetzung wird in WO 00/66667 A1 offengelegt. EP 0 442 661 A1 discloses a method of thermoforming metal wherein a lubricant is applied to the surface of a metallic workpiece which is subsequently reshaped. The lubricant contains a rare earth metal halide. In particular, an aqueous-based high temperature lubricant containing up to 10% graphite, 2-30% trifluoride, wetting agents, antimicrobials, salt and carriers is taught. A similar lubricant composition is disclosed in U.S. Pat WO 00/66667 A1 disclosed.

Ein Nachteil dieser grafithaltigen Schmiermittel besteht allerdings darin, dass es auf Grund des hohen Kohlenstoffanteils zu Aufkohlungen der Metalloberfläche des Werkstücks kommt. Das wiederum kann zu mangelhaften Endprodukten mit schlechten Weiterverarbeitungs- oder Materialeigenschaften führen. Viele der oben genannten Schmiermittel enthalten Borax, welches allerdings zu ei nem Verkleben von Werkzeug und Werkstück führen kann, so dass Beschädigungen der Werkzeuge auftreten oder die Maschinen zum Stillstand kommen. Weiterhin greifen boraxhaltige Schmiermittel nachteilig die Metalloberfläche von Werkzeug oder Werkstück an. Um das Problem der Verkokung des Werkzeuges zu umgehen, beschreibt die DE 197 40 109 A1 ein grafitfreies Schmiermittel, das keinen oder nur sehr wenig Kohlenstoff enthält.A disadvantage of these graphite-containing lubricants, however, is that due to the high carbon content leads to carburizing of the metal surface of the workpiece. This in turn can lead to defective end products with poor processing or material properties. Many of the above-mentioned lubricants contain borax, which, however, can lead to sticking of the tool and the workpiece so that damage to the tools occurs or the machines come to a standstill. Furthermore, borax-containing lubricants adversely affect the metal surface of the tool or workpiece. To circumvent the problem of coking the tool describes the DE 197 40 109 A1 a graphite-free lubricant that contains little or no carbon.

Die EP 0164637 A1 hingegen beschreibt einen Hochtemperaturschmierstoff für die spanlose Heißumformung von Metallen, enthaltend einen Festschmierstoff, insbesondere Grafit und ein in der Wärme rückstandfrei sich zersetzendes organisches Produkt, bspw. Alkylenpolymere, ein Polyphosphat, eine Borverbindung, ein Alkalisilikat sowie ein organisches Stabilisierungsmittel.The EP 0164637 A1 however, describes a high-temperature lubricant for non-cutting hot forming of metals containing a solid lubricant, in particular graphite and an organic in the heat residue-decomposing organic product, for example. Alkylene polymers, a polyphosphate, a boron compound, an alkali metal silicate and an organic stabilizer.

Gegenstand der Erfindung ist vorrangig nicht eine Verbesserung der Schmierwirkung, da diese nur noch durch einen sehr hohen technischen Aufwand Erfolge erzielt werden kann. So werden, beispielsweise mit der US 2005/0130851 A1 oder US 6 231 980 B1 , für spezielle Anwendungen Mischungen mit so genannten Fullerenen bzw. Nanotubes vorgeschlagen. Diese ”Hightech”-Schmiermittel sind aber für die Praxis aufgrund des hohen Preises nicht akzeptabel. Auch wurden schon Zusätze aus sehr feinen Carbiden und/oder Nitriden diskutiert. So ist zum Beispiel ein Schmiermittel bekannt, bestehend aus nanoskaligem Titannitrid, das in der Raumfahrt eingesetzt wird.The invention is primarily not an improvement in the lubricating effect, since these can only be achieved by a very high technical effort successes. So, for example with the US 2005/0130851 A1 or US Pat. No. 6,231,980 B1 , proposed for special applications mixtures with so-called fullerenes or nanotubes. However, these "high-tech" lubricants are not acceptable for the practice due to the high price. Also, additives from very fine carbides and / or nitrides have been discussed. For example, a lubricant is known, consisting of nanoscale titanium nitride, which is used in space travel.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht vielmehr darin, ein grafithaltiges Schmiermittel der oben genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches trotz unverminderter Schmierwirkung den Verkokungseffekt im Werkzeug minimiert, das Werkzeug schützt und die Werkzeugstandzeiten wesentlich erhöht.The Rather, the object of the present invention is a graphite-containing To provide lubricant of the above type which despite undiminished lubricating effect minimizes the coking effect in the mold, the tool protects and significantly increased tool life.

Diese Aufgabe wurde durch ein Hochtemperaturschmiermittel, insbesondere Gesenkschmiermittel, auf Basis von in Wasser dispergiertem Graphit, gelöst, welches

  • – 5 bis 40 Gew.-% Graphit,
  • – 0,1 bis 5 Gew.-% Tensid als Netzmittel,
  • – 0,1 bis 0,5 Gew.-% Bakterizid und/oder Fungizid,
  • – 0,5 bis 20 Gew.-% Salze und
  • – 29,5 bis 94,29 Gew.-% Trägermedium und Hilfsstoffe enthält, wobei das Hochtemperaturschmiermittel weiterhin 0,01 bis 5 Gew.-% einer anorganischen Cer-Verbindung und/oder einer organischen Cer-III- oder Cer-IV-Verbindung als Oxidationskatalysator enthält und als zusätzlicher Oxidationskatalysator TiO2, MnO2, Ferrocen, Eisentallat und/oder Fe(OH)x enthalten ist/sind.
This object has been achieved by a high-temperature lubricant, in particular die lubricant, based on water-dispersed graphite, which
  • From 5 to 40% by weight of graphite,
  • 0.1 to 5% by weight of surfactant as wetting agent,
  • From 0.1 to 0.5% by weight of bactericide and / or fungicide,
  • - 0.5 to 20 wt .-% salts and
  • - 29.5 to 94.29 wt .-% carrier medium and auxiliaries, wherein the high-temperature lubricant further comprises 0.01 to 5 wt .-% of an inorganic cerium compound and / or an organic cerium-III or cerium-IV compound contains as oxidation catalyst and as an additional oxidation catalyst TiO 2 , MnO 2 , ferrocene, ferrous ion and / or Fe (OH) x is / are included.

Weiterhin wurde die Aufgabe durch ein Hochtemperaturschmiermittel, insbesondere Gesenkschmiermittel, auf Basis von Graphit in Mineralöl, gelöst, welches

  • – 5 bis 40 Gew.-% Graphit,
  • – 0,5 bis 20 Gew.-% Salze und
  • – 35 bis 94,49 Gew.-% Trägermedium und Hilfsstoffe enthält, wobei das Hochtemperaturschmiermittel weiterhin 0,01 bis 5 Gew.-% einer anorganischen Cer-Verbindung und/oder einer organischen Cer-III- oder Cer-IV-Verbindung als Oxidationskatalysator enthält und als zusätzlicher Oxidationskatalysator TiO2, MnO2, Ferrocen, Eisentallat und/oder Fe(OH)x enthalten ist/sind.
Furthermore, the object has been achieved by a high-temperature lubricant, in particular die lubricant, based on graphite in mineral oil, which
  • From 5 to 40% by weight of graphite,
  • - 0.5 to 20 wt .-% salts and
  • - Contains 35 to 94.49 wt .-% of carrier medium and auxiliaries, wherein the high-temperature lubricant further 0.01 to 5 wt .-% of an inorganic cerium compound and / or an organic cerium-III or cerium-IV compound as the oxidation catalyst contains and as additional oxidation catalyst TiO 2 , MnO 2 , ferrocene, Eisentallat and / or Fe (OH) x is / are included.

Es handelt sich hier um ein neuartiges Schmiermittel wie es zum Beispiel bei der Warmumformung von Metallen eingesetzt wird.It This is a novel lubricant as it is for example used in the hot forming of metals.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Hochtemperaturschmiermittels sind Cer-Verbindung/en aus der Gruppe der

  • – anorganischen Cer-Verbindungen, vorzugsweise Cer(III)-oxid Ce2O3, Cer(IV)-oxid CeO2, Cer(III)-chlorid CeCl3, Cer(IV)-sulfat Ce(SO4)2, Cer(III)-nitrat Ce(NO3)3·6 H2O, Cer(III)-fluorid CeF3, Cer(III)-oxalat Ce2(C2O4)3 und/oder Cer(IV)-ammoniumnitrat (NH4)2Ce(NO3)6; und/oder
  • – der organischen Cer-III- oder Cer-IV-Verbindungen, vorzugsweise der Cer-Alkoholate als Ethylate, n-Propylate, iso-Propylate, n-Butylate oder tert.-Butylate und/oder der Cer-Carboxylate der Essigsäure, Propionsäure, Butansäure, Hexansäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Octansäure, 2-Ethyl-Hexansäure, Valeriansäure, Caprinsäure, Naphtensäure und/oder Laurinsäure, enthalten.
In a preferred embodiment of the high-temperature lubricant according to the invention are cerium compound / s from the group of
  • - inorganic cerium compounds, preferably cerium (III) oxide Ce 2 O 3 , cerium (IV) oxide CeO 2 , cerium (III) chloride CeCl 3 , cerium (IV) sulfate Ce (SO 4 ) 2 , cerium (III) nitrate Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O, cerium (III) fluoride CeF 3 , cerium (III) oxalate Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 and / or cerium (IV) ammonium nitrate (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 6 ; and or
  • The organic cerium-III or cerium-IV compounds, preferably the cerium alcoholates, as the ethylates, n-propylates, isopropyls, n-butylates or tert-butylates and / or the cerium carboxylates of acetic acid, propionic acid, Butanoic, hexanoic, oxalic, malonic, succinic, glutaric, adipic, octanoic, 2-ethylhexanoic, valeric, capric, naphthenic and / or lauric acids.

Das erfindungsgemäße Hochtemperaturschmiermittel enthält als zusätzliche Oxidationskatalysatoren TiO2, MnO2, Ferrocen, Eisentallat und/oder Fe(OH)x. Dabei konnte nun gefunden werden, dass Zusätze wie TiO2, MnO2, Ferrocen (Di(cyclopentadienyl)eisen), Eisenverbindungen mit einem komplexen Salz einer organischen Säure (beispielsweise Eisentallat) und/oder Fe(OH)x o. ä. bei der Anwendung zum Teil zu den entsprechenden Carbiden oder Carbiden/Nitiriden umgewandelt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Katalysatoren als Oxide vorliegen. Da diese Hartmetallpartikel sich an Ort und Stelle bilden, kann auf den Einsatz von teueren Hartmetallpartikeln verzichtet werden. Bei den hohen Temperaturen, wie sie zum Beispiel beim Gesenkschmieden auftreten, entstehen so die entsprechenden Hartmetalle. Diese feinen Partikel, die idealerweise nanoskalig sind, lagern sich in die Mikrorisse in den Werkzeugen ein und härten diese. In der Praxis konnten Werkzeugstandzeiten bis zu 25% erhöht werden. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Mischung Oxidationskatalysatoren zugesetzt werden. Sie erleichtern einerseits die Umwandlung in die oben genannten Carbide bzw. Carbide/Nitride, anderseits wird die Oxidation des Grafits beschleunigt, was zur Gasschmierung beiträgt.The high-temperature lubricant according to the invention contains TiO 2 , MnO 2 , ferrocene, ferrous ion and / or Fe (OH) x as additional oxidation catalysts. It has now been found that additives such as TiO 2 , MnO 2 , ferrocene (di (cyclopentadienyl) iron), iron compounds with a complex salt of an organic acid (for example Eisentallat) and / or Fe (OH) x o Be converted in part to the corresponding carbides or carbides / nitirides. It is particularly advantageous if these catalysts are oxides available. Since these hard metal particles form in place, can be dispensed with the use of expensive carbide particles. In the case of the high temperatures, which occur, for example, during drop forging, the corresponding hard metals are produced in this way. These fine particles, which are ideally nano-scale, embed themselves in the micro-cracks in the tools and harden them. In practice, tool life could be increased up to 25%. It has proved to be particularly advantageous if oxidation catalysts are added to the mixture. On the one hand, they facilitate the conversion into the abovementioned carbides or carbides / nitrides, on the other hand, the oxidation of the graphite is accelerated, which contributes to gas lubrication.

In der Vergangenheit konnten zwar immer wieder Schmiermittel mit einer guten Schmiereigenschaft hergestellt werden, doch haben sich gerade beim Gesenkschmieden immer wieder Schmiermittelrückstände in den Werkzeugen (Gesenken) angesammelt (aufgebaut). Durch den Zusatz von Cer-Verbindungen, ggf. in Verbindung mit zusätzlichen Oxidationskatalysatoren TiO2, MnO2 und/oder Fe(OH)x, wird der Grafit oxidiert und die Gesenke bleiben sauber. Besonders vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn Cer-Verbindungen mit Eisen kombiniert werden oder auch die Kombination Cer-Fe-Ti.In the past, lubricants with good lubricating properties could be produced again and again, but especially during die-forging lubricant residues accumulated in the tools (dies). By adding cerium compounds, possibly in conjunction with additional oxidation catalysts TiO 2 , MnO 2 and / or Fe (OH) x , the graphite is oxidized and the dies remain clean. It is particularly advantageous, for example, when cerium compounds are combined with iron or else the combination Cer-Fe-Ti.

Da herkömmliche Gesenkschmiermittel zum Teil Phosphate o. ä. Salze (siehe oben) enthalten, bieten sich Mischungen aus Ammonium- und Alkali-Phosphaten (Borate) an oder andere Stickstoff-Basen als zusätzlich enthaltene Salze an. Vorzugsweise sind ein Alkaliphosphat, -sulfat, -borat, -halogenid, -nitrat, -chlorat und/oder -perchlorat enthalten. Diese Salze wandeln sich während des Schmiervorganges, bei dem die Temperatur meist von circa 200°C bis auf über 1000°C ansteigt, unter Abgabe von Stickstoff in Pyrophosphate um, was sich positiv auf den Schmelzfluss auswirkt. Der Stickstoff wird beispielsweise mit TiO2 zu TiN/TiC umgesetzt.Since conventional die lubricants contain in part phosphates or similar salts (see above), mixtures of ammonium and alkali phosphates (borates) or other nitrogen bases are suitable as additionally contained salts. Preferably, an alkali phosphate, sulfate, borate, halide, nitrate, chlorate and / or perchlorate are included. These salts change during the lubrication process, in which the temperature usually rises from about 200 ° C to over 1000 ° C, with release of nitrogen into pyrophosphates, which has a positive effect on the melt flow. The nitrogen is reacted, for example, with TiO 2 to TiN / TiC.

Als Netzmittel wird in dem erfindungsgemäßen Hochtemperaturschmiermittel vorzugsweise Naphthalinsulfonat oder Ligninsulfonat verwendet.When Wetting agent is used in the high-temperature lubricant according to the invention preferably naphthalene sulfonate or lignin sulfonate used.

Bei einem erfindungsgemäßen Hochtemperaturschmiermittel auf Basis von in Wasser dispergiertem Graphit ist das Trägermedium Wasser und die Hilfsstoffe sind vorzugsweise Alginate, Polyacrylate, Stabilisatoren der Suspension und/oder Stickstoffverbindungen.at a high-temperature lubricant according to the invention based on water-dispersed graphite is the carrier medium Water and the auxiliaries are preferably alginates, polyacrylates, Stabilizers of the suspension and / or nitrogen compounds.

Bei einem erfindungsgemäßen Hochtemperaturschmiermittel auf Basis von Graphit in Mineralöl ist das Trägermedium ein Mineralöl und die Hilfsstoffe sind vorzugsweise Stickstoffverbindungen, beispielsweise Harnstoff.at a high-temperature lubricant according to the invention based on graphite in mineral oil the carrier medium a mineral oil and the auxiliaries are preferably nitrogen compounds, for example Urea.

Im Sinne dieser Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Warmumformen von Metallen, wobei eine Gesenkform vor dem Umformen eines Werkstücks mit einem Hochtemperaturschmiermittel auf Basis von in Wasser dispergiertem Graphit oder auf Basis von Graphit in Mineralöl eingesprüht oder eingepinselt wird, wobei Verkokungsrückstände in der Form, vorzugsweise durch deren Regeneration, vermieden werden, indem ein Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2 eingesetzt wird. in the This invention further provides a method of hot working of metals, wherein a die before forming a workpiece with a high-temperature lubricant based on water-dispersed Graphite or based on graphite in mineral oil is sprayed or brushed, whereby coking residues in the mold, preferably by their regeneration, be avoided by a High-temperature lubricant according to claim 1 or 2 is used.

Es konnte dabei gefunden werden, dass Oxidationsmittel, die erst bei höherer Temperatur wirksam werden, Verkokungsrückstände reduzieren. Die Oxidationsmittel dürfen sich nicht schnell zersetzen, sodass sie am Endpunkt der Umformung noch wirksam sind. Besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn so genannte Oxidationskatalysatoren zugesetzt werden. Oxidationskatalysatoren, wie organische Cer-Verbindungen, werden zum Beispiel in Motorenölen für Schiffsdiesel verwendet (Reduzierung der Ölkohle).It could be found that oxidizing agents, which only at higher Temperature become effective, reduce coking residues. The oxidizing agents allowed to do not decompose quickly, so they end up reshaping are still effective. Particularly advantageous has been shown, when so-called oxidation catalysts are added. Oxidation catalysts, such as organic cerium compounds are used, for example, in motor oils for marine diesel used (reduction of the carbon).

Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass ein herkömmliches Schmiermittel auf der Basis von Grafit und anorganischen Salzen durch Zusätze von Titandioxid oder auch Eisenhydroxid in Verbindung mit Cer-Verbindungen nicht nur eine sehr gute Schmierung, sondern vor allem eine wesentlich verbesserte Werkzeugstandzeit zeigt. Außerdem bleiben die Formen (Gesenke bzw. Gravuren) sauberer. Die Erhöhung der Werkzeugstandzeit ist (vermutlich) darauf zurückzuführen, dass bei der hohen Temperatur, wie sie zum Beispiel beim Gesenkschmieden auftritt, eine Umwandlung von Titandioxid in Titancarbid, auch ggf. in Titannitrid, stattfindet, welches in die Werkzeugoberfläche eindringt und sie härtet.According to the invention has shown that a conventional Lubricants based on graphite and inorganic salts through additives of titanium dioxide or iron hydroxide in conjunction with cerium compounds Not only a very good lubrication, but above all, a significant improved tool life shows. In addition, the forms (dies or engravings) cleaner. The increase Tool life is (presumably) due to the fact that at the high temperature, as for example when die forging occurs, a conversion of titanium dioxide into titanium carbide, also possibly in titanium nitride, which penetrates into the tool surface and she cures.

Beispiele:Examples:

Ein verbessertes Hochtemperaturschmiermittel auf Basis von in Wasser dispergiertem Graphit kann wie folgt zusammengesetzt sein:

  • – 5 bis 40% Grafit
  • – 0,1 bis 5% Netzmittel
  • – 0,1 bis 0,5% Bakterizid/Fungizid
  • – 0,5 bis 20% „Salze” (Alkali-Phosphate, -Sulfate, -Borate oder -Halogenide, auch ggf Nitrate, Chlorate oder Perchlorate)
  • – 0,01 bis 5% Oxidationskatalysator (Cer-, Ti-, Fe-, Mn-Verbindungen)
  • – Rest Trägermedium und Hilfsstoffe
  • 1.) Ein herkömmliches Schmiermittel auf der Basis von in Wasser dispergiertem Grafit wurde mit 0,1% Cersulfat versetzt und beim Schmieden von Achszapfen 1:10 mit Leitungswasser verdünnt bei der Sprühschmierung eingesetzt. Es konnte eine durchschnittliche Erhöhung der Werkzeugstandzeit von 16% erzielt werden.
  • 2.) Das gleiche Schmiermittel wie unter 1), jedoch mit 1% Titandioxid, ergab eine Erhöhung der Werkzeugstandzeit von 13%.
  • 3.) Ein Schmiermittel, wie unter 1.), mit 0,1% Cersulfat und 1% Titandioxid ergab eine Verbesserung der Werkzeugstandzeit von 25%.
  • 4.) Ein Schmiermittel auf Basis Grafit in Mineralöl mit 0,1% Cer-Octoat ergab eine Standzeiterhöhung von 12%, mit zusätzlich 1% Fe-Tallat, wurden durchschnittlich 18% Werkzeugstandzeit-Erhöhung erzielt (Hammerschmieden).
An improved high temperature lubricant based on water dispersed graphite may be composed as follows:
  • - 5 to 40% graphite
  • - 0.1 to 5% wetting agent
  • - 0.1 to 0.5% bactericide / fungicide
  • - 0.5 to 20% "salts" (alkali phosphates, sulphates, borates or halides, also nitrates, chlorates or perchlorates, if desired)
  • 0.01 to 5% oxidation catalyst (cerium, Ti, Fe, Mn compounds)
  • - Rest carrier medium and excipients
  • 1.) A conventional lubricant on the basis of water-dispersed graphite was mixed with 0.1% cerium sulfate and used in the forging of journals 1:10 diluted with tap water in the spray lubrication. An average increase in tool life of 16% was achieved.
  • 2.) The same lubricant as under 1), but with 1% titanium dioxide, resulted in an increase in tool life of 13%.
  • 3.) A lubricant, as under 1.), with 0.1% cerium sulfate and 1% titanium dioxide resulted in an improvement of the tool life of 25%.
  • 4.) A lubricant based on graphite in mineral oil with 0.1% cerium octoate resulted in a service life increase of 12%, with an additional 1% Fe tallate, an average 18% tool life increase was achieved (hammer forging).

Es hat sich gezeigt, dass Fe- und Mn-Oxidationskatalysatoren in wässrigen Formulierungen, die Phosphate oder Borate enthalten, nicht so wirksam sind (Fe/Mn-Phosphate bzw. Borate), dafür umso besser TiO2.It has been shown that Fe and Mn oxidation catalysts are not so effective in aqueous formulations containing phosphates or borates (Fe / Mn phosphates or borates), the better TiO 2 .

Claims (10)

Hochtemperaturschmiermittel auf Basis von in Wasser dispergiertem Graphit, enthaltend – 5 bis 40 Gew.-% Graphit, – 0,1 bis 5 Gew.-% Tensid als Netzmittel, – 0,1 bis 0,5 Gew.-% Bakterizid und/oder Fungizid, – 0,5 bis 20 Gew.-% Salze und – 29,5 bis 94,29 Gew.-% Trägermedium und Hilfsstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochtemperaturschmiermittel weiterhin 0,01 bis 5 Gew.-% einer anorganischen Cer-Verbindung und/oder einer organischen Cer-III- oder Cer-IV-Verbindung als Oxidationskatalysator enthält und als zusätzlicher Oxidationskatalysator TiO2, MnO2, Ferrocen, Eisentallat und/oder Fe(OH)x enthalten ist/sind.High-temperature lubricant based on water-dispersed graphite, containing - 5 to 40 wt .-% graphite, - 0.1 to 5 wt .-% surfactant as wetting agent, - 0.1 to 0.5 wt .-% bactericide and / or Fungicide, - 0.5 to 20% by weight of salts and - 29.5 to 94.29% by weight of carrier medium and auxiliaries, characterized in that the high-temperature lubricant further contains 0.01 to 5% by weight of an inorganic cerium Contains compound and / or an organic cerium-III or cerium-IV compound as the oxidation catalyst and as an additional oxidation catalyst TiO 2 , MnO 2 , ferrocene, ferrous ion and / or Fe (OH) x is / are included. Hochtemperaturschmiermittel auf Basis von Graphit in Mineralöl, enthaltend – 5 bis 40 Gew.-% Graphit, – 0,5 bis 20 Gew.-% Salze und – 35 bis 94,49 Gew.-% Trägermedium und Hilfsstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochtemperaturschmiermittel weiterhin 0,01 bis 5 Gew.-% einer anorganischen Cer-Verbindung und/oder einer organischen Cer-III- oder Cer-IV-Verbindung als Oxidationskatalysator enthält und als zusätzlicher Oxidationskatalysator TiO2, MnO2, Ferrocen, Eisentallat und/oder Fe(OH)x enthalten ist/sind.High-temperature lubricant based on graphite in mineral oil, containing - 5 to 40 wt .-% graphite, - 0.5 to 20 wt .-% salts and - 35 to 94.49 wt .-% carrier medium and excipients, characterized in that High-temperature lubricant further contains 0.01 to 5 wt .-% of an inorganic cerium compound and / or an organic cerium-III or cerium-IV compound as the oxidation catalyst and as an additional oxidation catalyst TiO 2 , MnO 2 , ferrocene, iron tetallate and / or Fe (OH) x is / are included. Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochtemperaturschmiermittel ein Gesenkschmiermittel ist.High-temperature lubricant according to claim 1 or 2, characterized in that the high-temperature lubricant a die lubricant is. Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Cer-Verbindungen Cer(III)-oxid Ce2O3, Cer(IV)-oxid CeO2, Cer(III)-chlorid CeCl3, Cer(IV)-sulfat Ce(SO4)2, Cer(III)-nitrat Ce(NO3)3·6 H2O, Cer(III)-fluorid CeF3, Cer(III)-oxalat Ce2(C2O4)3 und/oder Cer(IV)-ammoniumnitrat (NH4)2Ce(NO3)6 ist/sind.High-temperature lubricant according to claim 1 or 2, characterized in that the inorganic cerium compounds cerium (III) oxide Ce 2 O 3 , cerium (IV) oxide CeO 2 , cerium (III) chloride CeCl 3 , cerium (IV) - sulfate Ce (SO 4 ) 2 , cerium (III) nitrate Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O, cerium (III) fluoride CeF 3 , cerium (III) oxalate Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 and / or cerium (IV) ammonium nitrate (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 6 is / are. Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Cer-III- oder Cer-IV-Verbindungen Cer-Alkoholate als Ethylate, n-Propylate, iso-Propylate, n-Butylate oder tert.-Butylate und/oder der Cer-Carboxylate der Essigsäure, Propionsäure, Butansäure, Hexansäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Octansäure, 2-Ethyl-Hexansäure, Valeriansäure, Caprinsäure, Naphtensäure und/oder Laurinsäure ist/sind.High-temperature lubricant according to claim 1 or 2, characterized in that the organic cerium-III or cerium-IV compounds Cerium alcoholates as Ethylates, n-propylates, iso-propylates, n-butylates or tert-butylates and / or cerium carboxylates of acetic acid, propionic acid, Butyric acid, hexanoic, oxalic acid, malonic, Succinic acid, glutaric acid, adipic acid, octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, valeric acid, capric acid, naphthenic acid and / or lauric acid is / are. Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzmittel Naphthalinsulfonat oder Ligninsulfonat ist.High-temperature lubricant according to claim 1, characterized in that the wetting agent is naphthalene sulfonate or lignin sulfonate is. Hochtemperaturschmiermittel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz ein Alkaliphosphat, -sulfat, -borat, -halogenid, -nitrat, -chlorat und/oder -perchlorat ist.High-temperature lubricant according to claims 1 or 2, characterized in that the salt is an alkali phosphate, sulfate, borate, halide, nitrate, chlorate and / or perchlorate. Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium Wasser ist und die Hilfsstoffe, vorzugsweise Alginate, Polyacrylate, Stabilisatoren der Suspension und/oder Stickstoffverbindungen sind.High-temperature lubricant according to claim 1, characterized characterized in that the carrier medium is water and the auxiliaries, preferably alginates, polyacrylates, stabilizers the suspension and / or nitrogen compounds. Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium ein Mineralöl ist und die Hilfsstoffe Stickstoffverbindungen sind.High-temperature lubricant according to claim 2, characterized characterized in that the carrier medium a mineral oil and the auxiliaries are nitrogen compounds. Verfahren zum Warmumformen von Metallen, wobei eine Gesenkform vor dem Umformen eines Werkstücks mit einem Hochtemperaturschmiermittel auf Basis von in Wasser dispergiertem Graphit oder auf Basis von Graphit in Mineralöl eingesprüht oder eingepinselt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Verkokungsrückstände vermieden werden, indem ein Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2 eingesetzt wird.Method for hot forming metals, wherein a Die-forming before forming a workpiece with a high-temperature lubricant based on of water-dispersed graphite or graphite-based graphite mineral oil sprayed or brushed, characterized in that coking residues avoided be made by a high-temperature lubricant according to claim 1 or 2 is used.
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