DE1278663B - Verwendung von Borphosphoroxyden als Schmiermittel - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WTWW^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

ClOm

Deutsche Kl.: 23 c -1/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 78 663.9-43 (S 93817)

21. Oktober 1964

26. September 1968

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Borphosphoroxyden in fester Form als Pulver, Fäden oder Fasern zur Verringerung des Reibungskoeffizienten zwischen Gleitflächen, gegebenenfalls in Verarbeitung mit anderen mineralischen Produkten. Die Borphosphoroxyde können z. B. in Materialien, die sich für die Herstellung von Lagerbüchsen, Lagern, Drucklagern, Gleitschuhen usw. eignen, eingesetzt werden.

Borphosphoroxyde, P₂O₅ · B₂O₃, wurden bereits beschrieben, z. B. ein Produkt, das durch Umsetzung von 1 Mol Orthophosphorsäure mit 1 Mol Borsäure hergestellt werden kann.

Dieses Mischoxyd, das als definiertes Produkt dargestellt wird, kann mit Basen gemäß der folgenden Reaktion umgesetzt werden:

-B₂O₃+ 2 NaOH-

• B₂O₃ · 2NaOH

Beschrieben wurde ferner ein Material der Formel

worin M ein Alkalimetall ist, und dieses Produkt kann durch Mischen von Borsäure mit einem Pyrophosphat erhalten werden. Es wurde jedoch nichts darüber berichtet, daß diese Produkte Schmiereigenschaften aufweisen und als Schmierstoffe verwendet werden können.

Es wurde ferner beschrieben, Derivate des Phosphors und Bors in Gläser einzuführen, die im viskosen Zustand beim Heißstrangpressen verschiedener Metalle als Gleitmittel verwendet werden. Hierbei werden verschiedene Produkte eingesetzt, die Bor und/oder Phosphor in Form einer Lösung enthalten. Diese Verfahren der Heißverformung sind jedoch verschieden von dem Gebiet, für das die Produkte gemäß der Erfindung in Frage kommen.

Aus der deutschen Patentschrift 1050 486 ist ein Schmiermittel bekannt, das aus dem Gemisch eines Alkalitetraborats mit einem Meta-, Ortho- oder Pyrophosphat eines Alkalimetalls besteht. Das Zustandsdiagramm dieser beiden Komponenten soll ein Eutektikum aufweisen. Dies ist zugleich der Beweis dafür, daß das Alkalitetraborat und das Alkaliphosphat nebeneinander vorliegen und nicht etwa in Form einer einheitlichen Verbindung verwendet werden. Dieses bekannte Schmiermittel liegt während des Schmiervorganges als Schmelze vor.

Im Gegensatz dazu betrifft die Erfindung die Verwendung eines Schmiermittels, das während des Schmiervorganges als fester Körper vorliegt. Gegen-Verwendung von Borphosphoroxyden als
Schmiermittel

Anmelder:

Societe Industrielle des Coussinets, Paris

Vertreter:

Dr. H. G. Eggert, Patentanwalt,

5000 Köln-Lindenthal, Peter-Kintgen-Str. 2

Als Erfinder benannt:

Georges Hermann,

Annecy, Haute Savoie (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 22. Oktober 1963 (951 339)

stand der Erfindung ist die Verwendung von Borphosphoroxyden der allgemeinen Formel

P₂O₅ · nB₂O₃ · /MiM₂O · ρH₂O,

in der η 1,5 bis 2, m 1,5 bis 2,5, ρ 0,5 bis 2 und M ein Alkalimetall bedeutet, als festes Schmiermittel, gegebenenfalls im Gemisch mit anderen Substanzen. Die erfindungsgemäß verwendeten Borphosphoroxyde enthalten also Phosphorsäureanhydrid, Borsäureanhydrid und ein Oxyd eines Alkalimetalls in gebundenem Zustand.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in der Verwendung von Borphosphoroxyden, die nach Zusatz von einem oder mehreren Phosphaten, insbesondere denen von Beryllium, Calcium, Magnesium, Eisen oder Aluminium, Wärmebehandlungen zur Verminderung der Restfeuchtigkeit unterworfen sind, als Schmiermittel. Für den gleichen Zweck empfiehlt sich auch die Verwendung von Borphosphoroxyden, die nach Zusatz von einem oder mehreren Oxyden, insbesondere von Aluminium, Blei, Magnesium, Calcium, Eisen oder Beryllium bei mindestens 400° C gesintert worden sind.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der verschiedenen vorerwähnten Bor-

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phosphoroxyde als Schmiermittel nach deren Einarbeitung in natürliche oder synthetische, thermoplastische oder hitzehärtbare Massen.

Produkte, in denen P₂O₅, B₂O₃, M₂O und H₂O allein in den oben angegebenen Mengenverhältnissen gebunden sind, haben erwünschte Schmiereigenschaften, können jedoch, nur in Abwesenheit von äußerer Feuchtigkeit eingesetzt werden. Sie werden in der folgenden Beschreibung häufig als »Grund-

Borsäure, wobei die Mengenverhältnisse zwischen diesen Säuren den Mengenverhältnissen entsprechen, die im Endprodukt gewünscht werden. Der erhaltene saure Sirup wird ebenfalls bei 100 bis 130° C mit einem Alkalihydroxyd neutralisiert. Die Menge des Alkalihydroxyds, das im allgemeinen in Form des wasserfreien Produkts oder als konzentrierte Lösung zugesetzt wird, wird so bemessen, daß der EndpH-Wert des Sirups zwischen 1,5 und 8 liegt. Ge-

produkte« bezeichnet. Bevorzugt werden Produkte, io eignet sind die Hydroxyde verschiedener Alkaliin denen diese Verbindungen mit wenigstens einem metalle.

der obengenannten Metalloxyde kombiniert sind. Die Dehydratisierung wird bei einer Temperatur

Abgesehen von den Schmiereigenschaften, die den vorgenommen, die über 250⁰C und unter dem

Grundprodukten gemeinsam sind, sind diese Pro- Schmelzpunkt liegt. Durch den frei werdenden

dukte nicht hygroskopisch und gegenüber der Ein- 15 Wasserdampf findet eine Quellung des Materials

wirkung von Feuchtigkeit unempfindlich. statt, wodurch diesem das Aussehen einer bröcke-

Es kann vorteilhaft sein, die vorstehend be- ligen schaumigen Masse gegeben wird, aus der man

schriebenen Produkte der Einwirkung eines Stromes durch leichtes Reiben ein sehr feines, sehr leichtes

von trockenem Ammoniakgas zu unterwerfen. Es Pulver mit den gewünschten Schmiereigenschaften

kann ferner vorteilhaft sein, die Gemische, die durch 20 erhalten kann.

Zugabe eines Phosphats zu einem Grundprodukt er- z_ur Herstellung von Produkten mit den Phos-

halten werden, zweimal oder häufiger aufeinander- phaten von Beryllium, Calcium, Magnesium, Eisen

folgenden Wärmebehandlungen zu unterwerfen. Eine ₀^_ei Aluminium als Modifizierungsmittel mischt man

solche Wiederholung hat eine Verringerung des Rest- den neutralisierten Sirup vor der Dehydratisierung

gehalts an Feuchtigkeit im Produkt sowie die Sen- 25 _und Ausdehnung mit löslichen Phosphaten des

kung seines Raumgewichts zur Folge. Berylliums, Calciums, Magnesiums, zweiwertigen

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Produkte oder dreiwertigen Eisens oder Aluminiums, Diese

haben die Form eines feinen, sehr weichen Pulvers, Phosphate können in Form eines Feststoffs oder als

das sich leicht in die Form einer Paste bringen und Lösung zugesetzt werden. Das Gemisch sollte sehr

in dieser Form zu Fäden oder Fasern verarbeiten 30 homogen sein, bevor es auf die Dehydratisierungs-

läßt. Ihr Schüttgewicht in Pulverform schwankt in- temperatur gebracht wird. Besonders vorteilhaft nerhalb weiter Grenzen. Man kann sowohl Pulver
mit einem Schüttgewicht von 0,03 als auch Pulver
mit einem Schüttgewicht von 1 erhalten. Hinsichtlich
der Schmiereigenschaften liegen die Produkte zwi- 35
sehen Molybdänbisulfid und Graphit, jedoch haben
sie nicht den Nachteil des Graphits, sich unter der
Einwirkung der Reibung zu zerteilen oder zu zerbröckeln.

Besonders günstig ist ein Grundprodukt, in dem 40 die gewöhnlich in Form von Lösungen verwendet

η einen Wert von etwa 2, m einen Wert von werden. Die dem neutralisierten Sirup zuzusetzenden

etwa 2 und ρ einen Wert von etwa 1 hat und M Phosphatmengen können innerhalb sehr weiter

Natrium ist. Grenzen liegen.

Diese Grundprodukte lassen sich in bekannter Wenn die erfindungsgemäß verwendeten Bor-Weise durch zwei aufeinanderfolgende Reaktionen 45 phosphoroxyde einen Zusatz von gewissen Metall- und anschließende Dehydratisierung erhalten. Die oxyden erhalten sollen, dann werden die Grunderste Reaktion führt zu einem sauren Derivat des produkte nach der Dehydratisierung und Quellung Phosphors und Bors in Form eines zähflüssigen mit den Oxyden, z. B. mit PbO, vermischt. Diese Sirups. Die zweite Reaktion ist eine Neutralisation, Vermischung erfolgt durch gleichzeitiges Mahlen des z. B. mit Natriumhydroxyd, die zu einem praktisch 50 Oxydes und des gewählten Grundprodukts zu einem neutralisierten Derivat des Phosphors, Bors und Na- Pulver. Das Gemisch wird anschließend bei einer triums in Form eines Komplexes führt, der ebenfalls
in einer sirupartigen Lösung vorliegt.

Im Fall des vorstehend genannten bevorzugt zu verwendenden Derivats können diese Reaktionen schematisch durch die folgenden Gleichungen darunter den verschiedenen geeigneten Phosphaten sind das Aluminiumphosphat der Formel

H₃Al₂(POJ₃ und das Magnesiumphosphat der Formel HMgPO₄,

gestellt werden:

2H₃PO₄+ 4H₃BO₃ = P₂O₅.

Temperatur von wenigstens 400° C gesintert. Wenn ein pulverförmiges Produkt gewünscht wird, erfolgt anschließend eine Mahlung.

Es wurde festgestellt, daß das Produkt, beginnend bei einem Gehalt von 0,25 Mol PbO pro Mol

2B₂O₃

3K.O + 6HX)

P₂O₅-2B₂O₃-3 H₂O + 4NaOH

= P₂0₅-2B₂0₃-2Na₂O-H₂O + 4H₂O

Diese Reaktionen finden zwischen 100 und 130° C statt. Bei der ersten Reaktion erhitzt man ein Gemisch wäßriger Lösungen von Phosphorsäure und

P₂O₅ · 2B₂O₃ · 2Na₂O · H₂O

nicht mehr hygroskopisch ist. Es ist jedoch zu bemerken, daß bei Zusatz zu großer PbO-Mengen eine Erhöhung der Reibungskoeffizienten eintreten würde.
Wie bereits erwähnt, liegen die erfindungsgemäß zu verwendenden Produkte hinsichtlich der Schmiereigenschaften zwischen Molybdänsulfid und Graphit. Wenn sie in Form des Pulvers erhalten werden, können sie ohne Änderung ihrer Eigenschaften zu

einer Paste geschmolzen werden, die ihre Verarbeitung zu Fäden, Fasern oder sogar zu Formteilen ermöglicht. Die Fasern oder Fäden können besonders vorteilhaft sein für die Herstellung von schichtförmigen schmierfähigen Produkten. Ohne Rücksicht auf ihre physikalische Form können die Borphosphoroxyde auch in natürliche oder synthetische thermoplastische oder hitzehärtbare Massen, z. B. Kautschuk, Phenoplaste, Silikone, Epoxyharze, Polyurethane, Polyester, Polyamide, Polyäthylene, Polypropylen, fluorierte Harze, Polycarbonate usw., eingearbeitet werden. Durch ihre Zumischung wird die Fließ- und Kriechtemperatur gesenkt, oder diese Erscheinungen werden ganz ausgeschaltet. Sie können ferner mit Metallpulvern oder einem Gemisch eines Metallpulvers mit einem der vorstehend genannten natürlichen oder synthetischen Materialien kombiniert werden, wobei schmierfähige Materialien erhalten werden, die trocken oder mit normaler Schmierung oder mit Grenzflächenschmierung wirksam sind.

Die nachstehenden Beispiele erläutern die Herstellung gewisser Produkte, die das Grundprodukt enthalten, in dem n, m und ρ einen Wert von 2, 2 bzw. 1 haben und erfindungsgemäß verwendet werden können.

Beispiel 1

Das Grundprodukt wurde wie folgt hergestellt: 1300 g handelsübliche Phosphorsäure einer Dichte von 1,6 und 620 g einer handelsüblichen Borsäurelösung mit 56,3% B₂O₃ wurden gemischt und auf 115° C erhitzt, bis das hierdurch hervorgerufene Aufwallen aufhörte. Die Reaktion dauerte einige Minuten. Das Produkt hatte das Aussehen eines weißen, sirupartigen Breies. Dann wurden 500 g Natriumhydroxyd in Schuppen zugegeben, wobei gerührt wurde, um das Gemisch homogen zu machen. Anschließend wurde langsam Wasser bis zu einem Endvolumen von 21 zugesetzt. Der so erhaltene neutralisierte Sirup hatte einen pH-Wert von 4,4 und eine Dichte von etwa 1,5 bei 20° C.

Dieser Sirup wurde anschließend in dünner Schicht auf ein Metallblech gegossen, das auf 280° C erhitzt war. Hierbei wurde eine heftige Wasserdampfbildung beobachtet, die ein Aufquellen des Produkts verursachte. Das hierbei erhaltene schaumige Produkt war sehr leicht. Es wurde in einer Kugelmühle gemahlen, wobei ein weißes Pulver erhalten wurde, das ein Schüttgewicht von 0,10 hatte und sich sehr weich anfühlte. Dieses leicht hygroskopische Pulver wurde auf seine Schmiereigenschaften geprüft. Es lag in dieser Hinsicht in der Nähe von Graphit.

55 Beispiel 2

135 g Aluminiumgranulat wurden mit 1960 g einer handelsüblichen Phosphorsäurelösung einer Dichte von 1,6 bei 20° C aufgeschlossen. Nach dem Aufschluß wurde das Volumen auf 2000 cm³ eingestellt. Diese Lösung wurde mit dem gleichen Volumen des gemäß Beispiel 1 erhaltenen neutralisierten Sirups gemischt.

Nach der Homogenisierung wurde dieses Gemisch dehydratisiert, indem es unmittelbar auf eine Gußeisenplatte gegossen wurde, die auf 280 bis 300° C erhitzt war. Das aufgeschäumte Produkt hatte eine Zusamemnsetzung, die etwa der folgenden Formel entsprach:

P₂O₅ · 2B₂O₃ ■ 2Na₂O · 0,25 [3 P₂O₅ ·2Al₂O₃]

Dieses Produkt hatte die Form eines nichthygroskopischen Pulvers eines Schüttgewichts von 0,09, das hinsichtlich seiner Schmiereigenschaften zwischen Molybdänbisulfid und Graphit lag.

Beispiel 3

125,5 g Magnesium wurden bei etwa 100° C mit 1300 g handelsüblicher Phosphorsäure einer Dichte von 1,6 aufgeschlossen. Nach dem Aufschluß wurde das Endvolumen auf 2000 cm³ eingestellt. Anschließend wurde diese Lösung mit dem gleichen Volumen des gemäß Beispiel 1 hergestellten neutralisierten Sirups gemischt. Nach der Homogenisierung wurde das Gemisch in einem Heizschrank auf eine Temperatur von etwa 300⁰C gebracht. Hierbei wurde eine heftige Wasserdampfentwicklung festgestellt, wodurch dem Produkt das Aussehen eines bröckeligen Schaums gegeben wurde. Durch Mahlen dieses Schaums wurde ein feines, weißes, nichthygroskopisches Pulver eines Schüttgewichts von 0,08 erhalten, das hinsichtlich seiner Schmiereigenschaften zwischen Molybdänbisulfid und Graphit lag.

Analog wird ein Produkt erhalten, das Aluminiumphosphat und Magnesiumphosphat enthält.

Das Schüttgewicht betrug 0,05. Das Produkt hatte die gleichen Schmiereigenschaften wie die in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Produkte.

Beispiel 4

In einer Kugelmühle wurde ein homogenes Gemisch von 400 g des gemäß Beispiel 1 erhaltenen festen Produkts mit 115 g rotem Bleioxyd hergestellt. Dieses Gemisch wurde innerhalb von 30 Sekunden auf etwa 800° C erhitzt, wodurch es sinterte. Dieses gesinterte Produkt wurde anschließend gemahlen, wodurch ein nichthygroskopisches weißes Pulver erhalten wurde, das etwa die gleichen Schmiereigenschaften hatte wie die in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Produkte.

Für die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Produkte wird kein Schutz beansprucht.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verwendung von Borphosphoroxyden der allgemeinen Formel

P₂O₅ · nB₂O₃ · /JiM₂O · ρ H₂O,

in der η 1,5 bis 2, m 1,5 bis 2,5, ρ 0,5 bis 2 und M ein Alkalimetall bedeutet, als festes Schmiermittel, gegebenenfalls im Gemisch mit anderen Substanzen.

2. Verwendung von Borphosphoroxyden, die nach Zusatz von einem oder mehreren Phosphaten, insbesondere denen von Beryllium, Calcium, Magnesium, Eisen oder Aluminium, Wärmebehandlungen zur Verminderung der Restfeuchtigkeit unterworfen worden sind, für die Zwecke des Anspruchs 1.

3. Verwendung von Borphosphoroxyden, die nach Zusatz von einem oder mehreren Oxyden,

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insbesondere von Aluminium, Blei, Magnesium, Anspruchs 1 nach deren Einarbeitung in natür-

Calcium, Eisen oder Beryllium, bei mindestens liehe oder synthetische, thermoplastische oder

400° C gesintert worden sind, für die Zwecke des hitzehärtbare Massen. Anspruchs 1.

4. Verwendung von Borphosphoroxyden nach 5 In Betracht gezogene Druckschriften:

einem der Ansprüche 1 bis 3 für die Zwecke des Deutsche Auslegeschrift Nr. 1050 486.

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