EP0768149A2 - Verwendung von Zwei- und/oder von Dreimetallsulfiden - Google Patents

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EP0768149A2
EP0768149A2 EP96890162A EP96890162A EP0768149A2 EP 0768149 A2 EP0768149 A2 EP 0768149A2 EP 96890162 A EP96890162 A EP 96890162A EP 96890162 A EP96890162 A EP 96890162A EP 0768149 A2 EP0768149 A2 EP 0768149A2
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EP
European Patent Office
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filler
abrasive
sulfides
metal
active
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EP96890162A
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Michael Dr. Geringer
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Tribotecc GmbH
Chemetall GmbH
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Chemetall GmbH Wien
Chemetall GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • B24D3/342—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties incorporated in the bonding agent

Definitions

  • the invention relates to the use of two- and / or three-metal sulfides as active, in particular halogen-free, fillers for grinding wheels, in particular for grinding or cutting wheels, and grinding wheels containing such fillers.
  • Abrasives e.g. Separation letters consist essentially of three components, namely the abrasive, granular abrasive, a binder (resin) and fillers.
  • Halides e.g. lead chloride, fluorspar, cryolite etc.
  • chalcogenides e.g. pyrite, antimony sulfides, zinc sulfide, molybdenum sulfide, selenides, tellurides etc.
  • low-melting metals e.g. lead, tin, low-melting mixed metals
  • high-pressure lubricants e.g. high-pressure lubricants
  • Active fillers based on complex halides are e.g. mentioned in EP-PS 0 299 950 and AT-PS 372 894.
  • W095 / 25231 by the applicant proposes an additive to friction lining mixtures, which consists of a mixture of Fe-II-sulfide with a sulfide of molybdenum and / or zinc and / or tungsten and / or titanium, as well as the W095 / 02657 the applicant an additive containing a combination of Cu-l-sulfide with at least one other sulfide of molybdenum, zinc, antimony, tungsten, tin and / or titanium.
  • EP-A 629 472 relates to the use of metal sulfides in the sintered metal bond zone between the steel support body and the cutting segments of an abrasive tool.
  • EP-A 482 412 relates to an abrasive body which contains active fillers in the usual way, which contain a combination of tin, FeS 2 and K 2 SO 4 .
  • molybdenum disulfide as a filler in bulk for grinding tools is i.a. described in DE-OS 2 537 091.
  • the active filler is preferably a multiphase sulfide mixture, in particular a combination of at least one compound of the formula M1 l M2 m M3 n S x with one or more sulfides of Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn and Bi.
  • Two-metal sulfides and three-metal sulfides from the group given above are known from the literature and also occur as minerals; only as examples (in brackets the corresponding minerals) are Cu 2 FeSnS 4 (stannite), CU 2 FeSn 3 S 8 (rhodostannite), Cu 3 SnS 4 (Kurmanit), Mn 2 SnS 4 , SnFe 2 S 4 , Cu 2 TiS 2 , called. They have already been provided as solid lubricants, especially for friction linings, according to an unpublished proposal by the applicant.
  • the two-metal and three-metal sulfides proposed according to the invention as active fillers for abrasive bodies can be prepared by the processes customary for the production of sulfides, i.e. sulfidation (heating of metal powders with sulfur or polysulfides) or reaction of hydroxides or oxides with ammonium sulfide or H 2 S wet chemical or dry way.
  • sulfidation heating of metal powders with sulfur or polysulfides
  • reaction of hydroxides or oxides with ammonium sulfide or H 2 S wet chemical or dry way i.e. sulfidation (heating of metal powders with sulfur or polysulfides) or reaction of hydroxides or oxides with ammonium sulfide or H 2 S wet chemical or dry way.
  • the multimetal sulfides can also have a melt phase, e.g. by melting together binary pure sulfides in the absence of air, often resulting in mixtures of several different phases.
  • Wet chemical precipitation of multimetal sulfides is also known from the literature. It has been shown that multimetal sulfides are also formed during the sulfidation of metal alloys and metal powder mixtures, which can be detected by means of X-ray diffraction or electron microscopy using the microsensor.
  • Abrasive bodies according to the invention in particular grinding wheels, contain an abrasive, granular abrasive, a binder, in particular phenolic resins or ceramic phases being customary as binders, and a filler according to the invention, if appropriate in addition to other fillers.
  • the proportion of the filler according to the invention is advantageously at least 5% by mass, based on the total filler.
  • the grinding wheels according to the invention are manufactured in a known manner - e.g. by mixing the components, press forms and hardening - and show good cutting quality (white cut) and high cutting performance.
  • Example of an abrasive wheel with filler according to the invention (in vol.%): grain 50% Normal corundum grain size 1000 ⁇ m binding 30% Resin 20% (resol, novolak), filler 10% Fabric reinforcement 5% Pores 15% 100% ⁇
  • a mixture of 50% CU 2 S, 40% SnS and 10% FeS is heated to 1000 ° C. in the absence of air. After cooling, a compact block is obtained which is broken and finely ground, with particle sizes of ⁇ 150 ⁇ m preferably being achieved. Phases of the composition cu 5 SnS 4 , Cu 5 Sn 2 S 7 , Cu 2 FeSnS 4 and Cu 2 FeSn 3 S 8 can be detected in the filler thus produced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen wird die Verwendung von Zwei- und/oder von Dreimetallsulfiden als aktiver, insbesondere halogenfreier Füllstoff für Schleifkörper, wobei der Füllstoff mindestens eine Verbindung der Formel

        M1lM2mM3nSx,

in der M1, M2 und M3 für jeweils ein Metall aus der Reihe Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn und Bi stehen, S Schwefel bezeichnet, und die Indices die Bereiche I = 1-5, m = 1-5, n = 0-5 und x = 2-8 umspannen, enthält oder daraus besteht, sowie Zwei- und/oder Dreimetallsulfide enthaltende Schleifkörper.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung von Zwei- und/oder von Dreimetallsulfiden als aktive, insbesondere halogenfreie, Füllstoffe für Schleifkörper, insbesondere für Schleif- oder Trennscheiben, sowie solche Füllstoffe enthaltende Schleifkörper.
  • Schleifkörper, z.B. Trennschreiben, bestehen im wesentlichen aus drei Komponenten, nämlich dem abrasiven, körnigen Schleifmittel, einem Bindemittel (Harz) und Füllstoffen.
  • Die Füllstoffe werden, je nach ihren Eigenschaften, im wesentlichen in drei Gruppen eingeteilt. Man unterscheidet:
    • 1.) Inaktive Füllstoffe ohne direkten Einfluß auf das Schleifverhalten. Sie dienen zur Beeinflussung mechanischer Eigenschaften wie Festigkeit und Härte der Bindung, Beispiele für diese Gruppe sind Kreide, Tone, Feldspate etc.
    • 2.) Füllstoffe zur Modifikation der Aushärteeigenschaften der Harzbindemittel, insbesondere durch katalytische Beeinflussung. Dazu zählen z.B. Kalziumoxid und Magnesiumoxid.
    • 3.) Aktive Füllstoffe, die durch chemische und physikalische Reaktionen das Schleifverhalten positiv beeinflussen. Einmal setzen sie die Reibung zwischen Schleifkorn, Werkstück und Spänen herab, wobei sie dabei einen primären Schmierfilm in Form eines Schmelzfilms oder Feststoffschmierfilms bilden können. Es können aber auch sekundäre Filme aus Zersetzungsprodukten der schleifaktiven Füllstoffe entstehen. Weiters können sich primäre bzw. sekundäre Oberflächenfilme auf Korn und Werkstück bilden, wodurch die Kornzerstörung durch Fusionsvorgänge (z.B. Spinellbildung beim Schleifen von Eisenwerkstoffen mit Korund) und Wiederaufschweißen der Späne auf den Werkstoff vermieden werden können. Außerdem können Kühleffekte im Mikrobereich durch hohe Schmelz-, Verdampfungs- und Umwandlungswärmen und temperaturmäßig günstig gelegene thermische Umwandlungsprodukte auftreten.
  • Als besonders schleifaktiv haben sich beispielsweise Halogenide (z.B. Bleichlorid, Flußspat, Kryolith usw.), Chalkogenide (z.B. Pyrit, Antimonsulfide, Zinksulfid, Molybdänsulfid, Selenide, Telluride usw.), niedrigschmelzende Metalle (z.B. Blei, Zinn, niedrigschmelzende Mischmetalle), Hochdruckschmiermittel (z.B. Graphit) erwiesen. In der Praxis sind allerdings zahlreiche Substanzen nicht oder nur unter besonderen Voraussetzungen einsetzbar, weil sie teuer (Edelmetall-Halogenide, Molybdänsulfid), toxisch (Arsen-, Selen-, Blei-Verbindungen), hygroskopisch bzw. leicht wasserlöslich (zahlreiche Chloride) sind bzw. mit dem ungehärteten Phenolharzsystem stark reagieren (hygroskopische Chloride) oder die Scheibenfestigkeit herabsetzen (z.B. Graphit, Schwefel).
  • Aktive Füllstoffe auf Basis von komplexen Halogeniden sind z.B. in den EP-PS 0 299 950 und AT-PS 372 894 erwähnt.
  • Eine Verbesserung der hygroskopischen Eigenschaften dieser komplexen Halogenide konnte durch komplexe Metallsalze auf Basis von Halogeniden, Phosphaten und Chalkogeniden erzielt werden, siehe dazu EP-PS 0 375 803.
  • Die immer strenger werdenden Vorschriften der Deponierbarkeit von Schleifabfällen machen den Einsatz vieler bekannter und günstig wirkender Halogenide, wie Kryolith, und Sulfide, wie Antimontrisulfid, zunehmend schwierig. Insbesondere sucht man nach wie vor nach halogenfreien Füllstoffen, weil Halogene, insbesondere Chlor, immer wieder in Zusammenhang mit möglicher Dioxinbildung während des Schleifprozesses genannt werden.
  • Auf Basis der bekanntesten Sulfide lassen sich nach dem Stand der Technik jedoch keine wettbewerbsfähigen Schleifkörper, insbesondere hochqualitative Schleif- und Trennscheiben, herstellen, weil entweder die Qualität der Sulfide nicht die der Halogenide erreicht (FeS2, FeS, ZnS, CU2S, CuS, SnS, SnS2, MnS etc.), oder weil die Anwendung aus Umwelt- oder Toxizitätsgründen nur sehr eingeschränkt möglich ist (PbS, Sb2S3 etc.).
  • In diesem Zusammenhang schlägt die W095/25231 der Anmelderin einen Zusatz zu Reibbelagsmischungen vor, der aus einer Mischung von Fe-ll-sulfid mit einem Sulfid des Molybdäns und/oder des Zinks und/oder des Wolframs und/oder des Titans besteht, sowie die W095/02657 der Anmelderin einen Zusatz, der eine Kombination aus Cu-l-sulfid mit zumindest einem weiteren Sulfid des Molybdäns, des Zinks, des Antimons, des Wolframs, des Zinns und/oder des Titans enthält.
  • Die EP-A 629 472 betrifft die Verwendung von Metallsulfiden in der Sintermetallbindungszone zwischen dem Stahlträgerkörper und den Schneidsegmenten eines Abrasivwerkzeugs.
  • Die EP-A 482 412 betrifft einen Schleifkörper, der in üblicher Weise aktive Füllstoffe enthält, die eine Kombination aus Zinn, FeS2 und K2SO4 enthalten.
  • Die Verwendung von Molybdändisulfid als Füllstoff in Massen für Schleifwerkzeuge ist u.a. in der DE-OS 2 537 091 beschrieben.
  • Überraschenderweise wurde jetzt gefunden, daß eine Reihe von Zweimetall- und Dreimetallsulfiden bei der Anwendung als aktiver Füllstoff in Schleifkörpern hervorragende Ergebnisse liefert, die denen anderer bekannter Sulfide und Halogenide ebenbürtig sind, ohne deren nachteilige Eigenschaften, wie Hygroskopie oder Toxizität, aufzuweisen.
  • Dementsprechend wird erfindungsgemäß die Verwendung dieser Zwei- und Dreimetallsulfide als aktiver, insbesondere halogenfreier Füllstoff für Schleifkörper mit organischer oder keramischer Bindung, insbesondere für Schleif- und Trennscheiben, vorgeschlagen, wobei der Füllstoff mindestens eine Verbindung der Formel

            M1lM2mM3nSx,

    in der M1, M2 und M3 für jeweils ein Metall aus der Reihe Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn und Bi stehen, S Schwefel bezeichnet, und die Indices die Bereiche l = 1-5, m = 1-5, n = 0-5 und x = 2-8 umspannen, enthält oder daraus besteht.
  • Vorzugsweise ist der aktive Füllstoff ein Mehrphasensulfidgemisch, insbesondere eine Kombination aus mindestens einer Verbindung der Formel

            M1lM2mM3nSx

    mit einem oder mehreren Sulfiden des Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn und Bi.
  • Weiterhin vorgeschlagen werden entsprechende Schleifkörper, die derartige Festschmierstoffe enthalten.
  • Zweimetallsulfide und Dreimetallsulfide aus der oben angegebenen Gruppe sind literaturbekannt und kommen auch als Mineralien vor; lediglich als Beispiele werden (in Klammer die entsprechenden Mineralien) Cu2FeSnS4 (Stannit), CU2FeSn3S8 (Rhodostannit), Cu3SnS4 (Kurmanit), Mn2SnS4, SnFe2S4, Cu2TiS2, genannt. Sie wurden bereits nach einem unveröffentlichten Vorschlag der Anmelderin als Festschmierstoffe, insbesondere für Reibbeläge, vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäß als aktive Füllstoffe für Schleifkörper vorgeschlagenen Zweimetall- und Dreimetallsulfide können nach den jeweiligen für die Herstellung von Sulfiden gängigen Verfahren hergestellt werden, also Sulfidieren (Erhitzen von Metallpulvern mit Schwefel oder Polysulfiden) oder Umsetzen von Hydroxiden oder Oxiden mit Ammonsulfid oder H2S auf naßchemischem oder trockenem Weg.
  • Typischerweise können die Mehrmetallsulfide auch über eine Schmelzphase, z.B. durch Zusammenschmelzen von binären Reinsulfiden unter Luftausschluß, hergestellt werden, wobei sich oftmals Mischungen aus mehreren unterschiedlichen Phasen ergeben. Ebenso ist die naßchemische Fällung von Mehrmetallsulfiden literaturbekannt. Es hat sich gezeigt, daß auch bei der Sulfidierung von Metallegierungen und Metallpulvermischungen anteilig Mehrmetallsulfide entstehen, was mittels Röntgendiffraktion oder elektronenmikroskopisch mit Hilfe der Mikrosonde nachweisbar ist.
  • Erfindungsgemäße Schleifkörper, insbesondere Schleifscheiben, enthalten ein abrasives, körniges Schleifmittel, ein Bindemittel, wobei vor allem Phenolharze oder keramische Phasen als Bindemittel üblich sind, und einen erfindungsgemäßen Füllstoff gegebenenfalls neben anderen Füllstoffen. Vorteilhaft beträgt dabei der Anteil des erfindungsgemäßen Füllstoffs mindestens 5 Masse-%, bezogen auf den gesamten Füllstoff.
  • Die erfindungsgemäßen Schleifscheiben werden in bekannter Weise hergestellt - z.B. durch Vermischen der Komponenten, Preßformen und Härten - und zeigen gute Schnittqualität (weißer Schnitt) und hohe Trennleistung.
  • Beispiel für einen Schleifkörper mit erfindungsgemäßem Füllstoff (Angabe in vol.-%):
    Korn 50 % Normalkorund Korngröße 1000 µm
    Bindung 30 % Harz 20 % (Resol, Novolak), Füllstoff 10 %
    Gewebearmierung 5 %
    Poren 15 %
    100 % ¯
    Figure imgb0001
  • Herstellung des erfindungsgemäßen Füllstoffs: Eine Mischung aus 50 % CU2S, 40 % SnS und 10 % FeS wird unter Luftausschluß auf 1000°C erhitzt. Nach dem Abkühlen erhält man einen kompakten Block, der gebrochen und feinst vermahlen wird, wobei vorzugsweise Korngrößen < 150 µm erreicht werden. In dem so hergestellten Füllstoff lassen sich Phasen der Zusammensetzung cu5SnS4, Cu5Sn2S7, Cu2FeSnS4 und Cu2FeSn3S8 nachweisen.

Claims (5)

  1. Verwendung von Zwei- und/oder von Dreimetallsulfiden als aktiver, insbesondere halogenfreier Füllstoff für Schleifkörper, wobei der Füllstoff mindestens eine Verbindung der Formel

            M1lM2m,M3nSx,

    in der M1, M2 und M3 für jeweils ein Metall aus der Reihe Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn und Bi stehen, S Schwefel bezeichnet, und die Indices die Bereiche l = 1-5, m = 1-5, n = 0-5 und x = 2-8 umspannen, enthält oder daraus besteht.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß er Füllstoff ein Mehrphasensulfidgemisch enthält oder daraus besteht.
  3. Verwendung nach Anspruch 2, mit der Maßgabe, daß der Füllstoff eine Kombination aus mindestens einer Verbindung der Formel

            M1lM2mM3nSx

    mit einem oder mehreren Sulfiden des Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn, und Bi enthält oder daraus besteht.
  4. Schleifkörper, insbesondere für Metalle, der ein Schleifmittel, ein Bindemittel und einen schleifaktiven Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Füllstoff aus einem Füllstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgewählt ist.
  5. Schleifkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er den Füllstoff in einer Menge von mindestens 5 Masse-%, bezogen auf Gesamtfüllstoff, enthält.
EP96890162A 1995-10-16 1996-10-14 Verwendung von Zwei- und/oder von Dreimetallsulfiden Withdrawn EP0768149A3 (de)

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