Brevet FR2096508A1 — publié le 19720218

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux lubrifiants pour le travail de métaux, plus particulièrement une composition lubrifiante pour le travail de métaux dans laquelle on incorpore de l'iode ou des complexes 5 d'iode et certains autres agents pour pressions extrêmes (P.E.) dans un milieu à base d'eau. On remarquera qu'il est particulièrement souhaitable d^utiliser pour le travail de métaux des lubrifiants à base aqueuse, car la conductivité thermique, qui est meilleure dans 10 l?eau que dans l'huile, permet une évacuation plus rapide de la chaleur à partir de la pointe de l'outil de coupe, de la surface d'une filière de tréfilage ou d'un outil analogue. Il en résulte des avantages évidents tels qu'une vie en service prolongée de l'outil et un meilleur finissage des surfaces. 15 De plus, les lubrifiants de ce genre sont fréquemment moins coûteux et la pièce usinée est plus facile à nettoyer quand elle doit être soumise à d'autres traitements, tels que l'application d'une couche de peinture. En outre, le lubrifiant 'aqueux épuisé pose beaucoup moins de problèmes de mise au 20 rebut et de pollution que ce n'est le cas d'un lubrifiant à base d'huile. Parmi les nombreux avantages des lubrifiants préparés selon l'invention, on indiquera leur aptitude à permettre le tréfilage de fils et de tubes par des techniques simplifiées. 25 Par exemple, quand on utilise de tels lubrifiants, on peut en général supprimer les traitements préalables tels que le décapage à l'acide, pour faire disparaître la rouille et le tartre et il est en général inutile d'enduire la pièce d'une couche de phosphate ou d'oxalate. Un tel traitement préalable est 30 indispensable quand on utilise des lubrifiants usuels de tréfilage, car ils permettent à ce lubrifiant d! adhérer à la surface métallique avant le tréfilage des pièces à travers les filières. Par ailleurs, les lubrifiants préparés selon l'invention permettent la coupe, le meulage, l'usinage, le perçage, le 35 filetage et le taraudage de métaux, surtout d'alliages et de métaux les plus durs, tels que ceux qu^on utilise pour la fabrication de paliers, avec des forces de frottement réduites. Il en résulte une plus faible usure de l'outil, la possibilité d'un traitement plus rapide et une meilleure finition de la 40 surface. 71 23033 2 2096508 Une autre caractéristique des lubrifiants préparés selon l'invention est qu'ils permettent d'exécuter des opérations difficiles d'emboutissage, de façonnage ou de formage sur des panneaux métalliques sans avoir recours à des traitements 5 préalables, tels que l'application d'enduits de phosphates. Un exemple de ce mode d^application est l'emboutissage des barres pour pare-chocs d'automobiles. On sait que l'utilisation d'agents de pression extrême, y compris l'iode et les complexes d'iode, dans des milieux 10 huileux, permet de réduire le coefficient de frottement entre des surfaces relativement mobiles, comme il ressort des brevets suivants : brevets américains N° 3.184.409, N° 3.184.413, N° 3.220.949, N° 3.228.880, N° 3.493.506 et N° 3.499.839 et brevet britannique N° 1.182 788. 15 Cependant, dans aucun de ces brevets, on ne décrit de lubrifiant dans lequel on incorpore des agents de pression extrême, en particulier de l'iode et des complexes d'iode, dans un milieu à base djeau. Dans 1*ouvrage publié par General Electric Company "Iodine Basèd Cutting Pluids and Lubricants" 20 Schenectady, New-York, 1968, page 7, on stipule notamment "aucun fluide du type à base d'eau n'a été mis au point" et à la page 8 du même ouvrage, on peut lire "aucun fluide à base d'eau d'un usage pratique n^a encore été mis au point". Une étude de la littérature technique et des divers 25 brevets montre que la raison probable pour laquelle personne n'a encore réussi à mettre au point des lubrifiants à base d'eau contenant de l*iode ou des complexes d^iode est l'instabilité propre du produit, et la forte.corrosion et les tartres produites par l'iode ou ses complexes en contact avec les métaux pendant 30 le travail de ces derniers. Sous son aspect le plus large, la présente invention concerne la préparation d'iode et/ou de complexes d'iode (qu|on désignera collectivement ci-après "iode") et de certains autres agents pour pressions extrêmes, à savoir le chlore et le 35 soufre, dans des véhicules et des agents érnulsionnants, de manière que les produits ainsi obtenus puissent être dispersés dans l^eau pour former des lubrifiants à base d'eau. Lors dressais en laboratoire pour déterminer le pouvoir corrosif, on a utilisé l'essai de corrosion Herbert (IP 125/63 -40 "Standards for Petroleum and its Products", 28ème Edition,(1969) 71 23C30 3 2096508 publié par Institute of Petroleum, Londres). Ces essais en laboratoire montrent que le degré'de corrosion est acceptable et nullement supérieur à celui provoqué par les lubrifiants de coupe utilisés dans Ijindustrie, 5 Lors d'essais de laboratoire destinés à simuler l'usure, on a pu constater que les produits selon l'invention permettent de réduire le coefficient de frottement au-dessous de celui des lubrifiants, usuels à base d'huile ou de lubrifiants à base d'eau qui ne contiennent pas d'iode ou de complexes d'iode. De plus, 10 lors dressais pratiques, pendant le travail de métaux, les lubrifiants selon 1Jinvention se révèlent capables d'exécuter les diverses tâches précédemment indiquées mais dans des conditions notablement plus avantageuses. On pense donc que les produits selon l'invention constituent un progrès pi'atique réel dans le 15 domaine du graissage. La composition lubrifiante selon l'invention contient de lfiode en qualité d'agent pour pressions extrêmes, l'iode étant présent sous forme élémentaire ou en complexe avec des substances huileuses ou grasses telles que IJhuile de carthame, 20 l'huile de pin et Ijoléate de butyle, ou encore en complexe avec d'autres substances capables de réagir avec l'iode ou le dissoudre. L'iode peut être présent sous forme d'un complexe de tx^ansfert de charge ou sous forme d'un composé chimiquement défini tel qu'un diodure, ou bien sous une autre forme. 25 Indépendamment de la forme sous laquelle l|iode est présent dans le mélange, il constitue de 0,1 à 10%, de préférence de 0,1 à 2%, du poids de la composition. La composition lubrifiante contient également d'autres agents pour pressi ns extrêmes, par exemple des hydrocarbures 30 chlorés, qui peuvent être présentés à raison de 1,0 à 70,0% en poids, ce qui correspond à une teneur théorique en chlore (qu'on appelera ci-après "chlore") comprise entre 0,1 et 49,0$ du mélange. De préférence, le chlore représente de 7>0 à 28% de la composition, 35 Le lubrifiant contient, en outre, du soufre, qui est une autre matière pour pressions extrêmes et qui peut être sous forme élémentaire ou complexée, par exemple avec de l'huile de pied de boeuf ou avec djautres huiles ou matières grasses capables de réagir avec le soufre élémentaire ou de le dissoudre. Le 40soufre peut également être sous la forme djun composé organique. 71 23038 4 , 2096508 tels que. xanthate, ou disulfure de dibenzyla. Toutes ces matières renfermant du soufre sont désignées ci-après "soufre". La teneur en soufre de la composition est comprise entre 1,0 et 25,0, de préférence entre, 2,4 et 25%, en poids. 5 Quelle que soit la forme sous laquelle sont incorporés l^iode, le chlore et le soufre, ils sont dispersés ou dissous dans un véhicule qui peut être un hydrocarbure tel qu'une huile, un composé organique, un solvant ou un produit analogue, ou encore l'eau (tous ces milieux sont désignés collectivement ci-après 10 "véhicule"), ce véhicule représentant de 0,5 à 90,0%, de préférence de 5 à 50%, du poids de la composition. Il est également nécessaire d^ incorporer dans le mélange un ou plusieurs agents émulsionnants pour faciliter la dispersion ou la mise en émulsion du mélange dans l'eau. Le ou les 15 agents émulsionnants peuvent être du type anionique, par exemple des savons d'acides gras avec du sodium, du potassium ou d'autres bases. Les agents émulsionnants peuvent être aussi du type non-ionique, tels que des produits d'addition des oxydes d'éthylène et/ou de propylène avec des hydrocarbures et des matières organi-20 ques. Les agents émulsionnants peuvent être encore des surfactifs de la catégorie des phosphates (esters), par exemple les produits "Gafacs" (General Aniline & Film Company, E.U.A.), "Emcol" et "Ultraphos" (Witco Chemical Corporation, E.U.A.) ou d^autres composés produits par des fabricants différents. Les 25 agents émulsionnants peuvent enfin être des produits cationiques, à la condition d'apporter certaines modifications aux autres composants de la formule. La proportion des agents émulsionnants qui sont incorporés dans le mélange et la nature de ces agents sont en rapport 30 avec la stabilité au stockage et la durée de service des produits, c'est-à-dire la durée de conservation du produit aussi bien avant qu'après sa mise en émulsion dans l^eau. Etant donné que certains agents d'émulsionnement possèdent eux-mêmes des propriétés de pression extrême et des propriétés anti-corrosives, ces facteurs 35 vont également régir le c]aoix des agents d'émulsionnement et leur proportion. Cependant, la proportion totale du ou des agents émulsionnants est en général comprise entre 1,0 et 30,0%, de préférence entre 3,0 et 15%, du poids de la composition. Il va de soi qu'on peut également préparer une compo-40 sition selon l'invention en utilisant une substance huileuse 71 23038 5 2096508 ou une autre substance non aqueuse en qualité de véhicule et dissoudre le ou les agents d'émulsionnement dans ce véhicule, de sorte qu'on obtient une émulsion aqueuse quand la composition est diluée avec de l'eau ; en variante, on peut utiliser de 5 l'eau pour la totalité ou une partie du véhicule et on obtient ainsi une composition qui est déjà sous forme d'une émulsion aqueuse, cette émulsion étant ensuite diluée avec de l'eau à la valeur désirée, au moment de s'en servir. Selon la quantité d'huile ou de matière anti-corrosive 10 naturelle dans la formule, il peut être nécessaire d'ajouter d'autres substances anti-corrosives. On peut par exemple utiliser dans ce but l'une des matières "Alox" bien connues (Alox Corporation, E.U..A. ) ou l'une des matières "Teric" (I. C. I. A.N.Z., Australie), par exemple "Teric 350" et "Teric P61". Si l'on 15 ajoute une telle substance anti-corrosive, elle représente de prépréférence de 0,5 à. 10 % du poids de la composition. Il peut être nécessaire d'incorporer dans le mélange des agents destinés à empêcher les taches, un produit qui convient dans ce but étant le produit de sulfonation de pétrole "MôO" 20 (H.C. Sleigh & company, Australie). D'autres sulfonates et d'autres matières contre les taches peuvent également servir dans ce but. Cet ingrédient peut représenter environ 0,5 à. 15*0$, de préférence, 0,5 à 8,0$, du poids de la composition. 25 II peut être également nécessaire d'incorporer dans la composition des agents anti-mousses tels que des silicones, des glycols ou des surfactifs à faible point de trouble de la série "Triton CF" (Rohm & Haas), de la série "Pluronic" (Wyandotte Corporation, E.U.A.) ou de la série "Teric PE" (I.C.I.A.N.Z., 30 Australie). Ces ingrédients peuvent représenter de 0.5 à 1030 % de la composition. Il peut également être nécessaire d'ajouter d'autres ingrédients tels que des désodorànts, des parfums et des bactéricides, pour rendre les produits acceptables et augmenter leur 35 stabilité. On peut alors disperser ou diluer dans de l'eau la composition lubrifiante ou concentré préparé de la façon décrite et pouvant contenir de 0 à 50$ en poids d'eau (cette dilution pouvant être faite par exemple par l'utilisateur) pour obtenir 40 des lubrifiants à base d'eau du type décrit, contenant de 2, 0 71 23038 6 2096508 à 50 0% en poids ou en volume de la composition ou concentré de lubrifiant pour 50 à 98$ d'eau. Les exemples suivants dans lesquels les parties et les pourcentages de matières indiqués sont donnés en poids, servent à illustrer l'invention, sans aucunement en limiter la portée. 5 Exemple 1 On prépare une composition lubrifiante selon l'invention à partir des ingrédients suivants : Produit A % en poids 10 Parafine chlorée (à64$ de chlore) 4,0 Huile de pied de boeuf sulfurée (à12,5$ de soufre) 3,0 Iode (élémentaire) 1,0 Huile pâle 100 (huile raffinée, "pâle oil" ) 69,5 Acide gras de résine liquide (de tallSl) 6,0 Potasse caustique 1,0 Eau 1,0 Pétrole sulfoné ("M 60" ) 6,0 20 Propylène-glyco1 3,0 Acide crésylique 1,5 Huile de pin 4^0 100,0 Au cours d'essais de laboratoire, on compare un mélange 25 à 10$ du produit A dans de l'eau à une huile soluble usuelle à base d'eau ne contenant pas d'iode, pour déterminer les propriétés d'anti-usure. On effectue ces essais sur une machine Bard^hi modifiée. Dans ce procédé expérimental "PE" on maintient un contact ponctuel sous charge constante entre un coussinet 39 immobile (pièce à usiner) et une bague rotative. On règle la charge sur la pièce à usiner en appliquant des poids à un bras de torsion et on considère que la perte de poids de la pièce à usiner, sous une série donnée de conditions, constitue un indice du degré de lubrification. Plus la perte de poids est faible, 35 meilleure est la lubrification. 71 23038 7 2096508 Les résultats de cet essai sont présentés ci-dessous. TABLEAU Produit à l'essai Concentration de Perte de poids de 1'émulsion la pièce usinée ($) 5 "Metalube 1-12" 10$ 0,16 Produit A 10$ 0,09 ("Metalube 1-12" est une huile de coupe soluble d'un type usuel contenant des agents de pression extrême mais pas d'iode). On remarquera que dans cet essai, l'utilisation du produit A permet de réduire d'environ 50$ la perte de poids de 10 la pièce usinée, les autres conditions de l'essai étant identiques. Exemple 2 : On prépare une composition lubrifiante à partir des ingrédients suivants : Produit B $ en poids Parafine chlorée (à 64$ de chlore) 37=50 15 Huile de pied de boeuf sulfurée (12,5$ de soufre) 4,50 Iode 0,62 Huile pâle 100 ("pale oil", huile raffinée) 40,00 Acide gras de résine (tallol) 3*75 Potasse caustique 0,50 20 Eau 0,50 Pétrole sulfoné "M 60" 3*00 Propylène-glycol 1,50 Acide crésylique 0,75 Huile de pin 1*25 25 Oléate de butyle 2,13 "Alox 575" 1,50 "Teric T 5" 2,50 100,00 Quand on soumet un mélange aqueux à 10$ du produit B au même essai et dans les mêmes conditions que pour l'estimation du 30 produit A, sur la machine Bardahl, on constate une perte de poids de la pièce usinée qui n'est que de 0,017$- Cette faible valeur peut être partiellement attribuée aux qualités supplémentaires pour pressions extrêmes, qui sont apportées par le supplément de paraffine chlorée et fait aussi ressortir l'effet 35 de synergie dû à l'incorporation d'iode dans les conpositions aqueuses pour pressions extrêmes selon l'invention. 5 « 10 15 20 25 30 35 i- 71 23038 8 2096508 REVENDICATIONS 1.- Composition lubrifiante pour le travail de métaux, qui est compatible avec l'eau et qui forme un lubrifiant efficace pour le travail de métaux après dilution dans de l'eau, caractérisée en ce qu'elle comprend, en poids, 0,1 à 10$ d'iode, 0,1 à 49$ de chlore, 1 à 25$ de soufre, 0,5 à 90$ d'un véhicule et 1,0 à 30$ d'un agent émulsionnant. 2.- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient de 1 à 70$ d'un hydrocarbure chloré. 3.- Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle contient de l'iode élémentaire. 4.- Composition selon la revendication 1, caractérisée e¥i ce que le véhicule est une matière choisie parmi les huiles, les composés organiques, les solvants et l'eau. 5.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle contient de 0,1 à 2,0$ en poids d'iode. 6.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle contient de 7,0 à 28,0$ en poids de chlore. 7.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle contient de 2,4 à 25,0$ en poids de soufre. 8.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle contient de 5,0 à 50$ en poids d'un véhicule. 9.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle contient de 3^0 à 15$ en poids d'un agent émulsionnant. 10.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle contient de 0,5 à 10,0$ en poids d'une substance anti-corrosive. 11.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle contient de 0,5 à 15$ en poids d'une substance destinée à empêcher les taches sur le • métal travaillé. 12.- Composition selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle contient de 0,5 a 8,0$ de la substance contre les taches. 13.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle contient de 0,5 à 10,0$ en 71 23G38 9 2096508 poids d'une substance anti-mousses. 14.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle contient un désodorant ou un parfum. 5 15-- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle contient un bactéricide. 16.- Lubrifiant pour le travail de métaux, caractérisé en ce qu'il comprend de 2,0 à 50,0$ d'une composition lubrifiante selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 et de 50,0 à 10 98$ d'eau.