DE1116335B

DE1116335B - Trockenschmiermittel auf Sulfidbasis

Info

Publication number: DE1116335B
Application number: DEG30186A
Authority: DE
Inventors: Arthur John Haltner; Curtis Stanley Oliver
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1959-07-30
Filing date: 1960-07-29
Publication date: 1961-11-02

Description

Trockenschmiermittel auf Sulfidbasis Die Erfindung betrifft Trockenschmiermittel auf der Basis einer Kombination einer lamellaren Metallsulfidverbindung mit Schmiereigenschaften mit anderen Sulfiden.
Mit den zunehmenden Ansprüchen in bezug auf Temperatur und Belastbarkeit, welche heute an Lager gestellt werden, hat sich natürlich auch das Gebiet der Schmierung in Anpassung an lese Betriebsbedingungen erweitert. Eine Art von Schmiermittel, welche die vorliegende Erfindung insbesondere betrifft, sind feste oder trockene Schmiermittel im Unterschied zu flüssigen und/oder fettartigen Schmiermitteln. Gute Beispiele für feste Schmiermittel und Lagermaterialien sind Polyamide und Polytetrafluoräthylen, welche in verhältnismäßig leicht beanspruchten Lagern verwendet werden. Ein anderes Beispiel für ein bekanntes festes Schmiermittel ist Graphit, welcher in Schuppen- oder Pulverform zwischen sich relativ zueinander bewegenden Flächen als Schmiermittel wirkt. Bestimmte anorganische Verbindungen, d. h. die Sulfide, Disulfide, Selenide und Telluride von Metallen wie Molybdän, Wolfram, Titan, Zirkon, Uran usw., kennzeichnen sich durch eine schicht- oder plattenartige Kristallstruktur, bei welcher die Metallatome in einer einzigen gemeinsamen Ebene liegen, während die nichtmetallischen Atome unter Bildung von Schichten auf beiden Seiten dieser Ebene an die Metallatome gebunden sind. Die nichtmetallischen Atome in jedem der Kristalle der Sandwichstruktur besitzen nur eine sehr geringe Anziehung füreinander, so daß diese Kristalle leicht aufeinander unter der Einwirkung geringer Scherungskräfte gleiten. Darüber hinaus besitzen die nichtmetallischen Atome eine Affinität für benachbarte Metalloberflächen, so daß die an solchen Oberflächen sitzenden Kristalle einen sehr starken Widerstand gegen senkrecht zur Richtung der Scherungskräfte auftretende Kräfte bieten. Diese Verbindungen besitzen daher ausgezeichnete Schmiereigenschaften und verhindern ein Festfressen. Solche Schmiermittel werden nachstehend als »lamellare Metallverbindungsschmiermittel« bezeichnet. Die vielversprechendsten dieser Schmiermittel sind Molybdändisulfid (Mo S2) und Wolframdisulfid (W S2). Sie wurden sowohl als solche als auch in Mischung mit Schmierölen und -fetten zur Verbesserung deren Schmierwirkung zum Schmieren von Metallflächen verwendet. Es ist auch die Verwendung von Molybdän- und Wolframdisulfiden, die andere Schwermetallsulfide, z. B. Zinnsulfid, in ihrer Molekülstruktur eingebaut enthalten, bekannt.
Es wurde jedoch gefunden, daß MO S2 und W S2 insbesondere bei Verwendung als Trockenschmiermittel ausgeprägte Nachteile besitzen, indem sie in erster Linie eine sehr hohe Abnutzungsgeschwindigkeit aufweisen, was eine laufende Erneuerung erforderlich macht, und zweitens, indem sich mit zunehmenden Verbrauch des Schmiermittels große Materialmengen zwischen sich bewegenden Oberflächen ansammeln, welche in einigen Fällen sogar ein Verklemmen oder andere ungünstige Wirkungen zur Folge haben können. Ferner besitzen diese Schmiermittel nur eine geringe Belastbarkeit, weshalb ihre Verwendung beschränkt ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Zusatzes zu lamellaren Metallverbindungsschmiermitteln unter Verbesserung deren Trockenschmiermitteleigenschaften.
Die Erfindung bezweckt ferner die Verbesserung der Abnutzungseigenschaften von MO S2 und WS., insbesondere bei Verwendung als Trockenschmiermittel, indem sie die Belastbarkeit und den Temperaturbereich dafür erweitert.
Die erfindungsgemäßen Zusätze zu lamellaren Metallverbindungsschmiermitteln bei Verwendung als Trockenschmiermittel erhöht die Belastbarkeit bzw. setzt die Abnutzungsgeschwindigkeit herab, ohne jedoch die Schmiereigenschaften ungünstig zu beeinflussen.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung besser verständlich. Die Figur zeigt eine graphische Darstellung der Abnutzungsgeschwindigkeit von MO S2 : Sn S2 Mischungen.
Ein Hauptgesichtspunkt bei der Auswahl eines festen Schmiermittels ist zur Zeit eine geringe Scherungsfestigkeit. Dies setzt einen Schmierungsmechanismus voraus, bei welchem die festen Schmiermittelkristalle fest zwischen sich bewegenden Oberflächen gehalten werden und daß diese Kristalle dann bei Bewegung ihrer Oberflächen abgeschert werden. Dieser Schmiermechanismus bedingt offensichtlich die ständige Bildung frischer Oberflächen der Schmiermittelkristalle. Da sich ein festes Schmiermittel in bezug auf Reibung so verhält, wie ein über sich selbst gleitender Feststoff, muß das Material an der Schmiermitteloberfläche, damit dies eintritt, an der zu schmierenden Oberfläche haften. In diesem Falle müßte dann der Reibungskoeffizient an allen erfolgreich geschmierten Flächen der gleiche sein. Damit in dem Schmierfilm leicht eine Scherung und ein Übereinandergleiten erfolgt, sollen die Spaltebenen der Kristalle des festen Schmiermittels in der Gleitrichtung ausgerichtet sein. Eine derart bevorzugte Ausrichtung tritt im Falle von Filmen aus den beschriebenen lamellaren Metallverbindungsschmiermitteln ein.

Ein typisches Bild für die Schmiereigenschaften z. B. eines Mo S2 Films allein vermittelt die Tabelle I. Mo S, ist eines der am meisten verwendeten und befriedigendsten lamellaren Trockenschmiermittel.

Tabelle I

Reibungseigenschaften von MeSZ Filmen

Scheibe Reibungs- Maximale

Metall koeffizient Belastbarkeit

,u kg

Flußstahl ............... 0,13 0;25

1090-Stahl ............. 0,035 1,09

Rostfreier Stahl ......... 0,16 0,48

Chrom ................. 0,05 4,0

Chrom ................. 0,020 2,60

Gußeisen ............... 0,05 2,50

Gußeisen ...... » ........ 0,026 3,51

Messing ................ 0,06 1,33

Messing ................ 0,18 0,20

Zinn ................... 0,07 0,28

Die Werte in Tabelle 1 und in den folgenden Tabellen wurden erhalten, indem man einen festen Schmicrmittelfilm auf eine Flußstahlfläche aufrieb. Nach Bildung eines zusammenhängenden Films auf der Metalloberfläche wurde das zur Herstellung des Films dienende Mo S., durch eine weitere Stahloberfläche in Form eines halbkugelförmigen Laufgewichtes mit einem Durchmesser von 0,3 cm ersetzt und der Reibungskoeffizient zwischen dem laufenden Gewicht und dem auf der anderen Metalloberfläche gebildeten Film wurde bestimmt. Versuche wurden in Luft bei Raumtemperatur und bei einer relativen Feuchtigkeit von 30 bis 359/o durchgeführt. Die Geschwindigkeit betrug etwa 60 cm je Sekunde. Bemerkenswert ist, daß auf rostfreiem Stahl, Chrom und Gußeisen sehr hohe Belastungen möglich waren. Es wurde nun gefunden, daß der Zusatz verschiedener Sulfide eine ausgeprägte Änderung der Schmiereigenschaften der lamellaren Metallverbindungsschmiermittel bewirkt. Ein typisches Beispiel für ein zuzusetzendes Sulfid ist Sn S2. Die nachfolgende Beschreibung befaßt sich daher mit Mo S2: SnS2 Mischungen als typisch für andere lamellare Metallverbindungsschmiermittel und andere Sulfide. Obwohl Sn S2 ein gutes Additiv ist, ist es doch noch nicht das beste, wie sich aus der nachstehenden Tabelle V ergibt, dient jedoch im folgenden der Erläuterung der Erfindung.

Die Zugabe einer kleinen Menge Stannisulfid, SnS2, zu dem Schmiermittelfilm verändert die Situation in drastischer Weise. So kann z. B. ein Molybdändisulfidfilm auf Flußstahl eine Belastung von nur einigen 100 g aushalten; wenn - jedoch nur 10 Gewichtsprozent Stannisulfid in einem Film zugegen sind, der dann aus 90 Gewichtsprozent Mo SZ und 10 Gewichtsprozent Sn SZ besteht, kann die Belastbarkeit um ein Vielfaches steigen. Im Falle von Chrom wurde die Zerreißgrenze des Films nicht erreicht. Weiche Oberflächen, z. B. Kupfer- und Zinnoberflächen, zeigen eine verhältnismäßig niedrige Zerreißfestigkeit des Films, selbst in Anwesenheit von Stannisulfid. Die Kristallstruktur von Stannisulfid ist ein anorganisches Schichtgitter. Diese Struktur besitzt eine Anzahl anorganischer fester Schmiermittel; eine Untersuchung der Reibungseigenschaften von Stannisulfid ergibt jedoch, daß dieses Material auf einer großen Anzahl metallischer Oberflächen einen hohen Reibungskoeffizient aufweist und somit ein schlechteres festes Schmiermittel ist als Mo S,. Das typische Verhalten einer festen Form von Sn g, beim Gleiten über verschiedene Oberflächen zeigt die folgende Tabelle II:

Tabelle II

Reibungskoeffizienten von Sn S2 Plättchen

Oberfläche Belastung

g

,ts

1. Kupfer ............. 711 0,55

2. Messing . . . . . . . . . . . . . 1237 0,30±0,05

3. Rostfreier Stahl ...... 417 0,9

4. Nickel .............. 605 0,62

5. Flußstahl ........... 1047 0,55±0,02

6. 1040 ............... 625 0,59 ± 0,02

SnS2 ist tatsächlich ein schlechteres Schmiermittel als Mo S2. Ein gleitendes Plättchen aus Mischungen von Sn S, und Mo S2 besitzt einen viel geringeren Reibungskoeffizient als ein Sn S2 Plättchen allein, wie dies die folgende Tabelle zeigt:

Tabelle III

Reibungskoeffizienten von Mo S2 : Sn S2 Plättchen

Zu-

Belast- sammen-

Oberfläche barkeit Setzung

`u Sn S2 .

kg Gewicht

Kupfer ............... 1,8 0,18 50:50

Rostfreier Stahl . . . . . . . . 1,8 0,29 50: 50

Nickel ................ 1,8 0,26 50:50

Flußstahl ............. 1,8 0,24 90:10

Die Tabellen II und III geben nicht nur den Reibungskoeffizient von auf einer Oberfläche gleitenden Plättchen an, sondern erläutern auch die Tatsache, daß der Zusatz von Sn S2 zu Mo SZ, obwohl Sn SZ ein schlechteres Schmiermittel ist als MO S2, den Reibungskoeffizient von MO S2 allein nicht wesentlich beeinfiußt. Außerdem wurde beobachtet, daß die Abnutzungsgeschwindigkeit der Plättchen, verglichen mit Plättchen aus Mo SZ allein, wesentlich geringer war.

Es zeigte sich, daß die obigen Vorteile von Mo S2 : Sn S2 Mischungen auftraten, wenn die Mischungen in Form von Filmen zur Anwendung kamen. Gute Resultate erzielte man bei Verwendung von etwa 97- oder 98'°/cigem Sn S2. Große Kristalle wurden in einer Kugelmühle zu einem Pulver, das sich zu Plättchen pressen ließ, vermahlen.
Ein von dem Pulver erhaltenes Röntgendiagramm enthielt für hexagonales Sn SZ charakteristische Linien sowie ein äußerst schwaches Linienbild für tetragonales Sn 02.

Typische Reibungswerte für verschiedene Zusammensetzungen von Mo S.: Sn S2 sind in der folgenden Tabelle IV enthalten. Die Zusammensetzungen bestehen aus 100 Gewichtsprozent variierender Gehalte an Mo S2 und Sn S2.

Tabelle IV

Reibungseigenschaften von Mo S2/Sn S2 Filmen

Zusammen- Reibungs- Maximale

Setzung Metallscheibe koeffizient Belast-

barkeit

Mo S2: Sn S2 ,u kg

80:20 Flußstahl 0,058 1,46

90:10 Flußstahl 0,047 2,81

80:20 1.090-Stahl 0,086 0,48

80: 20 Rostfreier Stahl 0,17 0,39

90:10 Chrom 0,017 6,06

80:20 Chrom 0,040 3,10

70:30 Kupfer 0,11 0,24

90:10 Kupferplatte 0,16 0,38

90:10 Kupferplatte 0,12 0,25

90:10 Zinnplatte 0,084 0,2

80: 20 Zinnplatte 0,15 0,4

MO S2

über SnS2 Flußstahl 0,040 4,26

Mo S2

über Sn S2 1090-Stahl 0,023 4,23

Mo S2

über SnS2 1090-Stahl 0,024 4,54

Mo S2

über Sn S2 1090-Stahl 0,022 5,81

MO S2

über SnS2 Gußeisen 0,027 3,72

Die Art des Abnutzungsprozesses von Mo S, wird durch die Zugabe von Sn S2 günstig verändert. Ein wesentlicher Teil der Abnutzung von Mo S2 Plättchen scheint bei der Bildung einer dicken Mo S2 Spur auf der Oberfläche, auf welcher der Film aufgebracht wird, zu erfolgen. Dieser Film baut sich rasch auf und ist von einer Abscherung des Films unter Bildung breiter, flacher, plättchenartiger Teilchen in der Abnutzungsfläche begleitet. In Anwesenheit von Sn S, bildet sich eine viel dünnere Spur oder ein viel dünnerer Film auf der Kupferfläche, der nur etwa ein Zehntel der Dicke des Mo S2 Films allein aufweist und die auf Grund der Abnutzung entstandenen Teilchen sind nicht nur als Ganzes gesehen kleiner; sondern in ihrer Größe auch dem das Ausgangsmaterial bildenden Pulver vergleichbarer. Diese Verhinderung einer dicken Schmiermittelansammlung ist äußerst günstig, da bei einigen Anwendungsfällen die Ansammlung von Mo S2 ausreicht, um den Abstand zwischen sich bewegenden Teilen auszufüllen und ein Festklemmen zu verursachen. Es dürfte auch klar sein, daß Mo SZ das tatsächlich als festes Schmiermittel wirkende Material ist und daß die Rolle des Sn S2 darin besteht, die Oberfläche in einen solchen Zustand zu versetzen, daß das Mo S2 seine Schmierwirkung leichter ausüben kann. In einigen Fällen mag es daher zweckmäßig sein, eine Oberfläche durch vorherige Aufbringung eines SnS2 Films oder eines anderen Sulfidfilms für die Zugabe des Mo S2 Schmiermittels zu präparieren. So wurde z. B. die Schmierung von 1090-Stahl in Tabelle IV gegenüber der Schmierung mit Mo S2 : SnS, verbessert, indem man einen Film von Sn S, und darüber einen Mo S2 Film aufbrachte. In allen Fällen soll jedoch das SnS., eine Mindestmenge Stannioxyd enthalten, oder aber das etwa anwesende Oxyd soll bei jedem Verhältnis von Mo S., zu Sn S2 so gering sein, daß die Schmierung dadurch nicht beeinträchtigt wird.

Obwohl die Beschreibung bisher nur Sn S2 als Zusatz nannte, gilt sie doch auch für andere, in gleicher Weise zu verwendende Stoffe. Es wurde gefunden, daß nicht nur verschiedene andere Zusätze außer Sn S, verwendet werden können, sondern daß diese alle ein gemeinsames Merkmal aufweisen. Allgemein gesprochen nimmt man an, daß ein Sulfid einen wirksamen Zusatz zu einem lamellaren Metallverbindungsschmiermittel bildet, wenn es thermodynamisch weniger stabil ist als das Sulfid des Oberflächenmaterials, mit welchem es verhaftet wird. Wenn z. B. ein Sulfidzusatz zusammen mit MoS2 zur Schmierung einer Stahlwelle verwendet wird, so muß der Zusatz thermodynamisch weniger stabil sein als Fe S. Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung des gemeinsamen Faktors besteht darin, daß die wirksame Zusätze bildenden Sulfide eine geringere negative freie Bildungsenergie besitzen als FeS und daß diejenigen mit einer höheren freien Bildungsenergie als Fe S unwirksame Zusätze sind. Dies kann folgendermaßen erklärt werden: Wenn ein Schmierfilm, z. B. ein Mo S2 Film, auf einer Stahlwelle od. dgl. aus verschiedenen Gründen zerreißt, so bildet sich eine Metall-Metall-Berührung aus, und es entstehen hohe örtliche Temperaturen von etwa 300 bis 400° C. Diese Bedingungen begünstigen eine Reaktion zwischen dem Zusatz und der Metalloberfläche eher als zwischen dem Zusatz und 112o S2, was die Bildung von Fe S auf der Wellenoberfläche zur Folge hat, welches den Film wieder repariert. Der Schmiermechanismus mag dann darauf beruhen, daß auf diesem durch Reaktion gebildeten Fe S-Film ein Gleiten eintritt, wobei die Scherung in diesem Film zur Reibungskraft beiträgt. Der Beitrag zur gesamten Reibungskraft ist gering, da die Fläche eines solchen durch Reaktion gebildeten Films ebenfalls klein ist. Die wichtigste Eigenschaft des Films besteht darin, eine rasche Vergrößerung des Schadens in Bern Schmierfilm, nachdem einmal eine schwache Stelle entstanden ist, zu verhindern. Man nimmt üuch an, daß zwischen dem durch die Reaktion gebildeten Sulfidfilm und dem Mo SZ Schmiermittel eine gute Verhaftung besteht. Das Mo S2 kann sich daher leichter ausbreiten und die Rißstelle überdecken. Diese Annahme stützt sich darauf, daß MoS, auf Oberflächen, auf welchen chemisch eine Sulfidbildung bewirkt wurde, ausgezeichnet und schnell Filme bildet.

Außer Mo S, werden verschiedene, lamellare Metallverbindungen als Trockenschmiermittel verwendet, z. B. WS." Zr S, und Ti S2, welche im allgemeinen eine mit Mo S.., vergleichbare thermodynamische Stabilität besitzen. Mischungen dieser Schmiermittel ergeben daher nicht die optimalen Ergebnisse der erfindungsgemäßen Mischungen, in welchen das zugesetzte Sulfid thermodynamisch wesentlich weniger stabil ist und in welchen der Zusatz selbst kein Schmiermittel darstellt. Die chemische Ähnlichkeit der vorstehend ausgeführten lamellaren Metallverbindungen zeigt jedoch an, daß sie in Kombination mit den erfindungsgemäßen Sulfidzusätzen ebenfalls bessere Trockenschmiermittel werden. Dies erläutert die folgende Tabelle V.

Tabelle V

Reibungseigenschaften von WS.- Fihnen auf Flußstahl

Zusatz Belastbarkeit

kg

Keiner ................. 0,12 0,7

Keiner ................. 0,11 1,1

101/o Pb S . . . . . . . . . . . . . . 0,035 5,3

10% Ag S . . . . . . . . . . . . . 0,026 > 8,1

Die folgende Tabelle VI zählt verschiedene Sulfide auf, welche als Zusätze zu Mo S2 als Trockenschmiermittel verwendet wurden. Die Untersuchung der Eigenschaften dieser Filme war die gleiche wie vorstehend. In allen Fällen wurde Flußstahl als Substrat verwendet. Teste wurden in Luft bei Raumtemperatur und bei einer relativen Feuchtigkeit von etwa 30 bis 35% durchgeführt. Die Konzentration des Zusatzes betrug jeweils 10 Gewichtsprozent der verwendeten Plättchen und das Laufgewicht bestand in jedem Fall aus einer Stahlhalbkugel mit einem Durchmesser von 0,3 cm. Der Verdichtungsdruck der Plättchen betrug etwa 36,4 kg/cm2, und zwar bei den Plättchen aller Tabellen.

Tabelle VI

Reibungs- Maximale

Zusatz koeffizient Belastbarkeit

kg

Sb2S5 0,057 5,8

PtS .................... 0,056 5,5

Ti S2 ................... 0,04 5,4

HgS (rot) .............. 0,038 5,3

Ag2 S . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,06 5,3

Pb S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,038 5,2

FeS .....:............. 0,063 4,9

Ti2 S.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,065 4,8

Cu2S .................. 0,064 3,9

CuS ................... 0,059 3,6

Au? S .................. 0,065 2,8

Bi2S3 .................. 0,045 2,9

S ...................... 0,045 2,6

SnS2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,047 2,8

ZrS, ................... 0,061 2,3

HgS (schwarz) . .. .. .. ... 0,048 1,8

T12 S3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,060 1,5

Cr. S3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0;08 1,2

Die Werte von Tabelle V1 zeigen an, daß die Belastbarkeit von Mo SZ Filmen auf Flußstahl durch die erfindungsgemäßen Zusätze ganz wesentlich vergrößert wird.

Es können natürlich auch andere und sogar fließfähige Verbindungen als indirekte Zusätze Verwendung finden, wenn die Verbindungen sich zersetzen oder anderweitig unter Bildung einer als erfindungsgemäßer Zusatz wirkenden Verbindung reagieren, wobei diese Verbindung thermodynamisch weniger stabil sein muß als das Ausgangsschmiermittel und als das Sulfid des Oberflächenmaterials, auf welchem das Schmiermittel verwendet wird. So kann z. B. BaS mit Wasser oder Feuchtigkeit unter Bildung von H, S reagieren, welch letzteres ein erfindungsgemäßer Zusatz ist, obwohl es ein fließfähiger Stoff ist.
Auch die Kristallstruktur der Zusätze beeinflußt ihre Verwendbarkeit. So ist z. B. in Tabelle VI festgestellt, daß die schwarze Modifikation von HgS einen weniger wirksamen Zusatz für Mo S2 bildet, während die rote Modifikation ausgezeichnet ist.

Die folgende Tabelle V11 zeigt bestimmte Sulfid-Zusätze zu Mo S2, welche die Abnutzungsgeschwindigkeit des Schmiermittels herabsetzen.

Tabelle VII

Reibungsverhalten von Mo S2 mit verschiedenen

Sulfidzusätzen auf Kupfer

Kon- Abnutzungs-

Zusatz zentration geschwindig-

Gewichts- keif

prozent mg/Std.

Keiner . . . . . . . . . - 0,17 27,5

SnS2........... 10 0,18 4,0

SnS2........... 20 0,17 5,5

Sb 2S5 .......... 10 0,16 4,1

Sb 2S; .......... 5 0,16 6,0

Sb 2S5 .......... 5 0,16 8,1

CaS ........... 10 0,16 2,4

BaS ........... 10 0,24 13,0

CdS ........... 10 0,20 3,5

CdS............. 10 0,22 0,8

Cr. S3 . . . . . . . . . . 10 0,21 4,5

Crz S, . . . . . . . . . . 20 0,23 1,5

Cr 2S3 .......... 5 0,23 2,5

Ag2S .......... 10 0,15 5,5

Bit S3 . . . . . . . . . . 10 0,17 3,5

Kupfer wurde wegen seiner guten filmbildenden Eigenschaften als Beispiel gewählt. Die Zusätze erniedrigen die Abnutzungsgeschwindigkeit des Films beträchtlich. Verschiedene Versuche an anderen Metalloberflächen, z. B. Stahl, ergaben, daß auch dort die Abnutzungsgeschwindigkeit entsprechend herabgesetzt wird.

Die Gewichtsmenge des Zusatzes kann sich je nach den Umständen ändern. So ist z. B. in bezug auf die Abnutzungsgeschwindigkeit nur ein geringer Prozentgehalt erforderlich, da dieAbnutzungsgeschwindigkeit wieder zunimmt, wenn die Menge des Zusatzes über die eine Mindestabnutzungsgeschwindigkeit ergebende ansteigt. In der Regel ergibt eine Menge von bis zu 50'0!o eine Abnahme der Abnutzungsgeschwindigkeit, wobei die geringste Abnutzungsgeschwindigkeit bei etwa 2% eintritt und bei 50'°/o zunimmt. Die Abnutzungsgeschwindigkeit bei 50'% des Zusatzes ist jedoch immer noch geringer als bei MO S2 allein. Die Abnutzungsgeschwindigkeit verschiedener Mischungen z. B. aus Mo S" und Sn S2 ist in Fig. 1 wiedergegeben. Dabei sei daran erinnert, daß - wie bereits gesagt - nur eine kleine Menge Sn S., oder eines anderen Zusatzes zu einer beachtlichen Herabsetzung der Abnutzungsgeschwindigkeit erforderlich ist und daß bei Zusatz weiterer Mengen jedoch die Abnutzungsgeschwindigkeit immer noch unterhalb der von MO S2 allein liegt. Dieser Faktor ist wichtig, da die Abnutzungsgeschwindigkeit ohne merkliche Beeinflussung der Schmiereigenschaften von Mo S2 allein wesentlich herabgesetzt werden kann. Kurven für andere, vorstehend genannte Zusätze verlaufen ähnlich.
Die erfindungsgemäßen Trockenschmiermittel können auf eine bestimmte Oberfläche auf dem Fachmann bekannte Weise aufgebracht werden. Eine bevorzugte Methode besteht darin, das Schmiermittel in Form eines festen Stifts zu verwenden, da in dieser Form der Stift ohne ein Bindemittel hergestellt werden kann, welches für gewöhnlich die Schmiereigenschaften von Schmiermitteln in Stiftform beeinträchtigt. Andere Möglichkeiten der Aufbringung sind z. B. die Erzeugung eines Sohmiermittelfilms aus einer flüssigen Mischung durch Aufsprühen, Eintauchen oder anderweitiges Überziehen der zu schmierenden Oberfläche.
Es wurde gefunden, daß ein Film aus einem lamellaren Metallverbindungsschmiermittel direkt auf eine Oberfläche ohne Verwendung eines Bindemittels nach einem Verfahren, welches ein Polieren umfaßt, aufgebracht werden kann.
So kann z. B. zur Aufbringung eines Films auf eine Welle diese Welle in einer Drehbank oder einer anderen rotierenden Maschine montiert werden und man drückt ein Plättchen aus dem Schmiermittel mit geringem Durchmesser, welches in einem Halter befestigt ist, gegen die Welle und bewegt es entlang dieser unter Bildung eines Films der gewünschten Breite. Die zwischen der lamellaren Metallverbindung und der zu schmierenden Oberfläche bestehende Kraft soll größer sein als die üblicherweise unter dem Ausdruck »Reiben« zu verstehende Kraft und liegt in den meisten Fällen unmittelbar unter der Zerbröckelungs- oder Bruchgrenze des lamellaren Metallverbindungsschmiermittels. Es sind nur wenige Striche entlang der Welle nötig, da sehr bald eine maximale Ausbildung des Schmiermittelfilms erreicht ist und bei einer weiteren Anwendung keine zusätzlichen Vorteile entstehen.
Ein Polieren der Oberfläche nach Aufbringung des Trockenschmiermittels ergibt eine wesentliche Verbesserung, wobei hinzukommt, daß durch das Polieren eine viel engere Verbindung zwischen dem Schmiermittel und der Oberfläche erzielt und die Lebensdauer des Films unter Verbesserung der Schmiereigenschaften verlängert wird. Der Ausdruck »Polieren« entspricht dem bei der Metallbearbeitung üblichen. So wird z. B. ein trockener Schmiermittelfllm - wie beschrieben - auf eine Welle aufgebracht. Dann preßt man eine Stahlkugel mit einem Durchmesser von 0,3 cm gerade so weit in die Welle ein, daß eine Metallbearbeitung der Oberfläche stattfindet, und man streicht dabei einmal über die trockene Schmiermitteloberfläche.
Die Welle eines sehr kleinen Fächergebläses, wie es z. B. zur Luftzirkulation in Gefrieranlagen verwendet wird, auf welcher sich ein polierter MöS2-Film befand, wurde ein Jahr lang nahezu ununterbrochen betrieben, ohne daß eine zusätzliche Schmierung erforderlich war.
Ein bevorzugtes Substrat für diese Poliermethode bildet Chrom, welches in der Regel eine völlig einwandfreie Oberfläche ohne Risse aufweist und bis zur Aufbringung des Schmiermittelfilms in einem chemisch reinen Zustand gehalten wird. Beispiel 1 Ein Mo S2 Film wird - wie vorstehend beschrieben - auf eine Chromplatte aufgebracht. Ein Plättchen mit einem Durchmesser von etwa 8 mm wurde zu diesem Zweck unter einer Belastung von 2 kg mit einer Geschwindigkeit von 30,5 m je Minute auf die Platte gerieben. Der Verdichtungsdruck des Plättchens betrug etwa 50 bis 70 kg/cm2. Es bildete sich nahezu sofort ein dünner Mo S2 Schleier, der bei weiterem Reiben langsam zunahm.
Der in dem vorstehenden Beispiel erhaltene Film wurde dann poliert und getestet, indem man eine Stahlhalbkugel mit einem Durchmesser von 0,3 cm allmählich bei 0 beginnend mit 50 bis 100 g-Anteilen belastete, während die Kugel auf dem Film lief. Diese Art der Reibung bedingte eine starke Belastung des MO S2 Films. Die tatsächlichen Berührungsflächen sind sehr klein und in vielen Fällen beobachtete man Drücke in der Größenordnung von 3500 kg/cm2. Dies bedeutet einen Fall extremer Druckschmierung.
Beispiel 1I Ein gemäß Beispiel I erhaltener Film. wird insgesamt 30 Stunden den vorstehend beschriebenen Bedingungen ausgesetzt. Während dieser Zeit läßt man Wasserdampf mit Teildrücken von 0 bis 25 mm Hg einwirken. Nach beendetem Test war der Film immer noch unversehrt und zeigte einen Reibungskoeffizient in trockenem Stickstoff von 0,03. Beispiel III Führte man ähnliche Teste an etwa 10 Gewichtsprozent Sn S2 enthaltenden Mo S2 Filmen unter einer Belastung von 6,1 kg durch, so blieb der Film unversehrt. Die maximale Belastbarkeit des Films konnte nicht bestimmt werden. Der Reibungskoeffizient betrug 0,017.
- Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch die Kombination eines lamellaren Metallverbindungsschmiermittels mit einem oder mehreren Sulfidzusätzen erfüllt. In allen Fällen ergaben die Sulfidzusätze, entgegen dem Verhalten zahlreicher bekannter Zusätze, eine verbesserte Schmierung infolge erhöhter Belastbarkeit, geringerer Abnutzungsgeschwindigkeit und entsprechend geringerer Filmstärke, ohne daß der Reibungskoeffizient merklich beeinflußt wurde. Die Hauptnachteile, nämlich eine große Filmstärke und eine hohe Abnutzungsgeschwindigkeit, sind somit durch die Erfindung auf ein Minimum herabgesetzt worden.
In der Regel besaßen in den angegebenen Beispielen und in der Zeichnung die verwendeten Plättchen, sofern nicht anders angegeben, eine Berührungsfläche von etwa 0,6 cm2 und wurden unter einer Belastung von 1,8 kg angewendet. Die Gleitgeschwindigkeit betrug etwa 60 cm je Sekunde. Die verwendeten Kupferplatten besaßen einen üblichen Reinheitsgrad.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Trockenschmiermittel auf Sulfidbasis, bestehend aus einem Disulfid wie Mo S2, W s25 ZrS2 oder TiS2 und einem Metallsulfidzusatz, wobei das Zusatzsulfid thermodynamisch weniger stabil ist als das Disulfid.
2. Trockenschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Sn S., oder Sb2 S5 ist.
3. Trockenschmiermittel nach Anspruch 1, bestehend aus 90 Gewichtsprozent Molybdändisulfid und 10 Gewichtsprozent Stannisulfid. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr.1040 006 ; USA.-Patentschriften Nr. 2156 803, 2 622 993.