Halogenhaltige Füllstoffe für Schleifkörper, Verfahren zur Herstellung dieser Füllstoffe
sowie diese enthaltende Schleifkörper
[0001] Die Erfindung betrifft halogenhaltige Füllstoffe für Schleifkörper, insbesondere
für Schleif- oder Trennscheiben, ein Verfahren zur Herstellung dieser Füllstoffe sowie
diese enthaltende Schleifkörper. Schleifkörper, z.B. Trennscheiben, bestehen im wesentlichen
aus drei Komponenten, nämlich dem abrasiven, körnigen Schleifmittel, einem Bindemittel,
und Füllstoffen. Zur Aufnahme und Abführung der beim Schleifvorgang entstehenden Reibungswärme,
zur Herabsetzung der Reibung zwischen Schleifkörper und Werkstück und zur Bildung
von Schutzfilmen auf Schleifkorn, Werkstück und Spänen sind sogenannte schleifaktive
Füllstoffe bekannt geworden.
[0002] Unter den zahlreichen als schleifaktive Füllstoffe eingesetzten Verbindungen sind
Metallhalogenide und komplexe (mehrere Metalle enthaltende) Metallhalogenide besonders
verbreitet. So betrifft z.B. die AT-PS 372 894 derartige Halogenide bzw. komplexe
Halogenide der Formel

wobei
A ein Alkalimetall oder Ammonium,
x eine Zahl von 0 bis 10,
Me" Mn, Ca, Mg, Zn, Sn, Cu, Co oder Ni,
y eine Zahl von 0 bis 2,
MeIIIA1, B oder Ti ist,
z eine Zahl von 0 bis 2,
Hal ein Halogen darstellt,
E eine Zahl von 1 bis 10 ist;
n eine Zahl von 0 bis 10,
B ein Alkalimetall oder Ammonium ist,
f eine Zahl von 0 bis 1 ist,
C Ca, Mg, Zn, Sn oder Mn,
g eine Zahl von 0 bis 1 ist,
e eine Zahl von 1 bis 2 ist,
m eine Zahl von 0 bis 10 und
o eine Zahl von 0 bis 10 ist,
wobei als Beispiele Manganchloride, komplexe Manganchloride und komplexe Zinnchloride,
die jeweils außer Mangan bzw. Zinn noch NH
4 oder K enthalten, angeführt sind. In der US-PS 2 216 135 werden für diesen Zweck
wasserfreie, wasserlösliche, nicht oxydierende anorganische Alkali- oder Erdalkalisalze
mit Schmelzpunkten im Bereich von 700 bis 1200°C vorgeschlagen, wobei als Halogenide
Chloride und Bromide genannt sind. Die EP-PS 8 697 beschreibt in diesem Zusammenhang
Alkalichloroferrate (11, 111) der Formel

wobei A ein Alkalimetall oder Ammonium ist, x eine Zahl von 1 bis 10, y eine Zahl
von Null bis 1 und z eine Zahl von Null bis 1 ist und y und z nicht gleichzeitig Null
sind, wobei das Ferrat vorzugsweise in Kombination mit einer basischen anorganischen
Verbindung, z.B. Zinkoxid, Kaliumcarbonat oder Natriumsulfid gebildet ist, die auch
im Gemisch mit KCI oder NaCI einsetzbar sind, und die DE-OS 34 41 596 beschreibt Gemische
aus basischem Aluminiumchlorid und KCI und/oder NaCI.
[0003] Ein wesentlicher Nachteil der bisher als schleifaktive Füllstoffe eingesetzten Halogenide
ist der Umstand, daß sie stets in gewissem Maße hygroskopisch sind. Dies führt unter
anderem dazu, daß sie z.B. mit den üblicherweise als Bindemittel eingesetzten Resolharzen
(Phenolharzen) stark reagieren, so daß die Schleifkörper geringere und ungleichmäßige
Festigkeit aufweisen. Weiterhin ergeben sich eine schmierige Körperoberfläche, die
die Schleifleistung beeinträchtigt, sowie Korrosionserscheinungen an Maschinen und
Werkstücken.
[0004] Dies war bereits erkannt worden und in der AT-PS 372 894 ist angegeben, daß die dort
vorgeschlagenen besonderen Metallhalogenide eine sehr geringe Hygroskopizität aufweisen
sollen.
[0005] Nunmehr wurde überraschenderweise gefunden, daß man die Eigenschaften der halogenhaltigen
schleifaktiven Füllstoffe gemäß der AT-PS 372 894, der EP-PS 8 697 und/oder der DE-OS
34 41 596 weitgehend verbessern kann, wenn man sie zusammen mit mindestens einer Fluorverbindung,
insbesondere mindestens einem Fluorid, und/oder mindestens einem Salz einer Sauerstoffsäure
des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels einsetzt.
[0006] Dementsprechend ist der erfindungsgemäße halogenhaltige Füllstoff für Schleifkörper
vor allem dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich mindestens eine Fluorverbindung,
insbesondere mindestens ein Fluorid, und/oder mindestens ein Salz einer Sauerstoffsäure
des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels umfaßt. Nach einem weiteren Kennzeichen
beträgt dieser Gehalt 1 - 40, vorzugsweise 3 - 20 Masse-
Ofo, bezogen auf den Füllstoff.
[0007] Die verschiedenen Sauerstoffsäuren des Stickstoffs, des Phosphors und des Schwefels
sind z.B. in Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der anorganischen Chemie, 81. bis 90. Auflage,
Seiten 401 bis 413, 444 bis 461 und 328 bis 350 beschrieben, worauf als Offenbarung
Bezug genommen wird.
[0008] Als Kationen der Fluoride bzw. der Salze der angegebenen Sauerstoffsäuren kommen
NH
4, die Alkali- und Erdalkalimetalle sowie AI, B, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, SN, Ti und Zn
in Frage, wobei als einfachste Beispiele für die genannten Sauerstoffsäuresalze Nitrate,
Phosphate und Sulfate genannt werden, z.B. Ca(N0
3)
2.
[0009] Von den einsetzbaren Fluorverbindungen sind außer den bevorzugten Fluoriden die Fluorosulfate,
Fluorophosphate, Fluoroaluminate und Fluoroborate zu nennen.
[0010] Die Fluorverbindungen, insbesondere Fluoride, und/oder die Salze der Sauerstoffsäuren
des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels, können den bekannten halogenhaltigen
schleifaktiven Füllstoffen, die - z.B. wenn sie Komplexsalze sind - auch einen Überschuß
an Alkalichlorid (z.B. 15 Mol-%) enthalten können, wie z.B. in der EP-PS 8 697 beschrieben,
einfach zugegeben werden; günstig erfolgt die Zugabe jedoch bei der Herstellung der
halogenhaltigen Füllstoffe selbst, z.B. werden diese Zusätze entweder in der Schmelze
oder in Lösung den Ausgangsprodukten zugesetzt und dann die so entstandene Komposition
in bekannter Weise su einem feinen Pulver verarbeitet.
[0011] Die erfindungsgemäßen Zusätze können einzeln oder als ein Gemisch mehrerer dieser
Substanzen zum Einsatz kommen.
[0012] Durch den Zusatz basischer anorganischer Verbindungen wie z.B. Zinkoxid, Alkalicarbonat
oder Natriumsulfid kann der pH-Wert so eingestellt werden, daß ein weitgehend neutrales
Produkt entsteht, z.B. bei Komplexsalzen in Mengen von 2 bis 20 Masse-%, bezogen auf
das Komplexsalz.
[0013] Die erfindungsgemäßen Schleifkörper, insbesondere Schleifscheiben, enthalten - wie
bereits angeführt-ein abrasives, körniges Schleifmittel, ein Bindemittel, wobei vor
allem Phenolharze als Bindemittel üblich sind, und einen halogenhaltigen, schleifaktiven
Füllstoff - gegebenenfalls neben anderen Füllstoffen, und sind vor allem dadurch gekennzeichnet,
daß der halogenhaltige Füllstoff einen Gehalt an mindestens einer Fluorverbindung,
insbesondere mindestens eines Fluorids, und/oder mindestens eines Salzes einer Sauerstoffsäure
des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels aufweist.
[0014] Nach einem weiteren Kennzeichen beträgt dieser Gehalt 1 - 40, vorzugsweise 3 - 20
Masse-
o/o, bezogen auf den halogenhaltigen Füllstoff.
[0015] Vorteilhaft beträgt der Anteil des erfindungsgemäß modifizierten halogenhaltigen
Füllstoffs, insbesondere auf Basis eines Metall-Komplexhalogenids, mindestens 5 Masse-
%, bezogen auf den Gesamtfüllstoff. Dem erfindungsgemäß modifizierten ha!ogenhaltigen
Füllstoff können neben anorganischen Halogenverbindungen, wie z.B. Alkali- und/oder
Erdalkalichloriden auch organische Halogenverbindungen, insbesondere Chlor- und/oder
Bromverbindungen, zugesetzt werden.
[0016] Die Verwendung von K- und Na-Sulfat und -Pyrophosphat sowie von Magnesiumsulfat als
solchem als Zusatz zu Schleifkörpern ist aus der US-PS 2 216 135 bekannt, jedoch nicht
in Kombination mit halogenhaltigen, schleifaktiven Füllstoffen.
[0017] Die erfindungsgemäßen Schleifscheiben werden in bekannter Weise hergestellt - z.B.
durch Vermischen der Komponenten, Preßformen und Härten -und zeigen gute Schnittqualitäten
(weißer Schnitt) und hohe Trennleistungen. Wegen der fast verschwundenen Hygroskopizität
des Füllstoffes härten die Schleifscheiben gleichmäßiger aus, es gibt weniger Scheibenbrüche.
Bei Lagerung in feuchtem Klima bleiben die Schleifscheiben oberflächlich trocken.
[0018] Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Beispiele, die die erfindungsgemäße
Modifizierung von halogenhaltigem Metallkomplexsalzen beschreiben, näher erläutert.
Beispiel 1:
1.1) Herstellung des Komplexsalzes:
[0019] 738,4 g KCI und 490 g MnCi
2 - 4 H
20 wurden im Graphittiegel bei 700° C geschmolzen. Nach dem Aufhören der Gasblasenentwicklung
wurde die Schmelze noch 30 min bei 700°C gehalten, dann in eine Gußeisenform gegossen
und nach einstündigem Abkühlen die erhaltene Festsubstanz im Backenbrecher vorgebrochen
und anschließend vermahlen.
[0020] Das erhaltene Komplexsalz, dessen Ansatz auf die Herstellung von K
4MnC[
6 (bzw. K
2MnC1
4.2 KCI abgestellt ist, besteht zu mindestens 50 % aus dieser Verbindung; daneben liegen
andere Komplexverbindungen, vor allem K
3MnC1
5, K
2MnCl
4 sowie KMnCI
3, und freies Kaliumchlorid vor. Dies ist eine Erscheinung, die u.a. auch bei den Komplexen
des Standes der Technik vorliegt, da sie typisch für derartige Verbindungen ist.
1.2) Modifizierung des Komplexsalzes:
[0021] Dem Ansatz 1.1) wurden vor dem Aufschmelzen jeweils 10 Masse-
0/o Modifizierungsmittel, bezogen auf den Ansatz 1.1), zugesetzt und der Ansatz wie
unter 1.1) angegeben verarbeitet.
[0022] Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Beispiel 2:
2.1) Herstellung des Komplexsalzes:
[0023] 340,8 g ZnCl
2 wurden mit 745,5 g KCI vermischt und im Graphittiegel bei 700°C geschmolzen. Die
Schmelze wurde 30 min bei 700°C gehalten und wie unter 1.1) weiterverarbeitet.
2.2) Modifizierung des Komplexsalzes:
[0024] Dem Ansatz 2.1) wurden vor dem Aufschmelzen jeweils 10 Masse-% Modifizierungsmittel,
bezogen auf den Ansatz 2.1), zugesetzt und der Ansatz wie unter 2.1) angegeben verarbeitet.
[0025] Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefäßt:

Beispiel 3:
3.1 Herstellung des Komplexsalzes
[0026] 298,2 g KCI und 134,5 g CuCl
2 wurden im Graphittiegel bei 500° C geschmolzen. Die Schmelze wurde 30 min bei 500°C
gehalten und wie unter 1.1) weiterverarbeitet. Komplexsalz

3.2) Modifizierung des Komplexsalzes mit Na2S04
[0027] Dem Ansatz 3.1) wurden vor dem Aufschmelzen 10 bzw. 30 % Na
2S0
4 zugesetzt und der Ansatz wie unter 2.1) weiterverarbeitet.

3.3) Modifizierung des Komplexsalzes mit K2S04
[0028] Dem Ansatz 3.1) wurden vor dem Aufschmelzen 10 bzw. 30 % K
2S0
4 zugesetzt und der Ansatz wie unter 2.1) weiterverarbeitet.

[0029] In den Beispielen wurde die Wasseraufnahme jeweils wie folgt bestimmt: Die Proben
wurden gesiebt und je 2 g der Fraktion < 125 µ auf einer Kristallisierschale gleichmäßig
ausgebreitet. Die Schalen wurden in einem Gefäß mit 65 % rel. Luftfeuchte gelagert
und nach 100 Stunden die jeweilige Gewichtszunahme festgestellt. Man erkennt, daß
mittels der erfindungsgemäßen Modifikation die Wasseraufnahme der eingesetzten halogenhaltigen,
schleifaktiven Zusatzstoffe wesentlich herabsetzbar ist.
1. Halogenhaltiger Füllstoff für Schleifkörper, auf Basis mindestens eines Metallhalogenids
bzw. Metallkomplexsalzes der Formel

wobei
A ein Alkalimetall oder Ammonium,
x eine Zahl von 0 bis 10,
Me" Mn, Ca, Mg, Zn, Sn, Cu, Co oder Ni,
y eine Zahl von 0 bis 2,
MeIII Al, B oderTi ist,
z eine Zahl von 0 bis 2,
Hal ein Halogen darstellt,
E eine Zahl von 1 bis 10 ist;
n eine Zahl von 0 bis 10,
B ein Alkalimetall oder Ammonium ist,
f eine Zahl von 0 bis 1 ist,
C Ca, Mg, Zn, Sn oder Mn,
g eine Zahl von 0 bis 1 ist,
e eine Zahl von 1 bis 2 ist,
m eine Zahl von 0 bis 10 und
o eine Zahl von 0 bis 10 ist,
und/oder mindestens eines Alkalichloroferrats (II, III) der Formel

wobei A ein Alkalimetall oder Ammonium ist, x eine Zahl von 1 bis 10, y eine Zahl
von Null bis 1 und zeine Zahl von Null bis 1 ist und y and z nicht gleichzeitig Null
sind, wobei das Ferrat vorzugsweise in Kombination mit einer basischen anorganischen
Verbindung, z.B. Zinkoxid, Kaliumcarbonat oder Natriumsulfid gebildet ist, und/oder
mindestens eines Gemisches aus einem basischen Aluminiumchlorid mit NaC1 und/oder
KCI, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich mindestens eine Fluorverbindung, insbesondere
mindestens ein Fluorid, und/oder mindestens ein Salz einer Sauerstoffsäure des Stickstoffs,
Phosphors und/oder Schwefels umfaßt.
2. Füllstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich mindestens
eine Fluorverbindung, insbesondere mindestens ein Fluorid und/oder mindestens ein
Salz einer Sauerstoffsäure des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels umfaßt, in
denen die Kationen ausgewählt sind aus mindestens einem Bestandteil der Gruppe enthaltend
Ammonium, die Alkali- und Erdalkalimetalle, Al, B, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Sn, Ti und
Zn.
3. Füllstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine
Fluorverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Fluoride, Fluorosulfate,
Fluorophosphate, Fluoroaluminate und Fluoroborate.
4. Füllstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil
an zusätzlicher Fluorverbindung und/oder Sauerstoffsäuresalz 1 - 40, vorzugsweise
3 - 20 Masse-0/o, bezogen auf den halogenhaltigen Füllstoff, beträgt.
5. Schleifkörper, insbesondere für Metalle, der ein Schleifmittel, ein Bindemittel
und einen schleifaktiven halogenhaltigen Füllstoff auf Basis mindestens eines Metallhalogenids
bzw. Metallkomplexsalzes der Formel

wobei
A ein Alkalimetall oder Ammonium,
x eine Zahl von 9 bis 10,
Me" Mn, Ca, Mg, Zn, Sn, Cu, Co oder Ni,
y eine Zahl von 0 bis 2,
MeHl Al, B oder Ti ist,
z eine Zahl von 0 bis 2,
Hal ein Halogen darstellt,
E eine Zahl von 1 bis 10 ist;
n eine Zahl von 0 bis 10,
B ein Alkalimetall oder Ammonium ist,
f eine Zahl von 0 bis 1 ist,
C Ca, Mg, Zn, Sn oder Mn,
g eine Zahl von 0 bis 1 ist,
e eine Zahl von 1 bis 2 ist,
m eine Zahl von 0 bis 10 und
o eine Zahl von 0 bis 10 ist,
und/oder mindestens eines Alkalichloroferrats (II, III) der Formel

wobei A ein Alkalimetall oder Ammonium ist, x eine Zahl von 1 bis 10, y eine Zahl
von Null bis 1 und z eine Zahl von Null bis 1 ist und y und z nich gleichzeitig Null
sind, wobei das Ferrat vorzugsweise in Kombination mit eine basischen anorganischen
Verbindung, z.B. Zinkoxid, Kaliumcarbonat oder Natrium sulfid gebildet ist, und/oder
mindestens eines Gemisches aus einem basische Aluminiumchlorid mit NaC1 und/oder KCI,
gegebenenfalls neben anderen Füllstoffen, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der
halogenhaltige Füllstoff zusätzlich mindestens eine Fluorverbindung, insbesondere
mindestens ein Fluorid, und/oder mindestens ein Salz einer Sauerstoffsäure des Stickstoffs,
Phosphors und/oder Schwefels umfaßt.
6. Schleifkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der halogenhaltige Füllstoff
zusätzlich mindestens ein Fluorid und/oder mindestens ein Salz einer Sauerstoffsäure
des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels umfaßt, in denen die Kationen ausgewählt
sind aus mindestens einem Bestandteil der Gruppe enthaltend Ammonium, die Alkali-
und Erdalkalimetalle, A1, B, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Sn, Ti und Zn.
7. Schleifkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der halogenhaltige
Füllstoff zusätzlich mindestens eine Fluorverbindung, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend
Fluoride, Fluorosulfate, Fluorophosphate. Fluoroaluminate und Fluoroborate, umfaßt.
8. Schleifkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anteil an zusätzlicher Fluorverbindung und/oder Sauerstoffsäuresalz 1 - 40, vorzugsweise
3 - 20 Masse-%, bezogen auf den halogenhaltigen Füllstoff, beträgt.
9. Schleifkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
5 Masse-% des Gesamtfüllstoffs aus dem halogenhaltigen Füllstoff gebildet sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines schleifaktiven halogenhaltigen Füllstoffs für
Schleifkörper, dadurch gekennzeichnet, daß einem halogenhaltigen Füllstoff auf Basis
mindestens eines Metallhalogenids bzw. Metallkomplexsalzes der Formel

wobei
A ein Alkalimetall oder Ammonium,
x eine Zahl von 0 bis 10,
Me" Mn, Ca, Mg, Zn, Sn, Cu, Co oder Ni,
y eine Zahl von 0 bis 2,
MeIII AI, B oder Ti ist,
z eine Zahl von 0 bis 2,
Hal ein Halogen darstellt,
E eine Zahl von 1 bis 10 ist;
n eine Zahl von 0 bis 10,
B ein Alkalimetall oder Ammonium ist,
f eine Zahl von 0 bis 1 ist,
C Ca, Mg, Zn, Sn oder Mn,
g eine Zahl von 0 bis 1 ist,
e eine Zahl von 1 bis 2 ist,
m eine Zahl von 0 bis 10 und
o eine Zahl von 0 bis 10 ist,
und/oder mindestens eines Alkalichloroferrats (II, III) der Formel

wobei A ein Alkalimetall oder Ammonium ist, x eine Zahl von 1 bis 10, y eine Zahl
von Null bis 1 und z eine Zahl von Null bis 1 ist und y and z nicht gleichzeitig Null
sind, wobei das Ferrat vorzugsweise in Kombination mit einer basischen anorganischen
Verbindung, z.B. Zinkoxid, Kaliumcarbonat oder Natrium sulfid gebildet ist, und/oder
mindestens eines Gemisches aus einem basischer Aluminiumchlorid mit NaCI und/oder
KCI, und/oder dem Ansatz zu seiner Bildung zusätzlich mindestens eine Fluorverbindung,
insbesondere mindestens ein Fluorid, und/oder mindestens ein Salz einer Sauerstoffsäure
des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels zugegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Fluorverbindung,
insbesondere mindestens ein Fluorid, und/oder mindestens ein Salz einer Sauerstoffsäure
des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels zugegeben wird, in denen die Kationen
ausgewählt sind aus mindestens einem Bestandteil der Gruppe enthaltend Ammonium, die
Alkali- und Erdalkalimetalle, Al, B, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Sn, Ti und Zn.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
Fluorverbindung, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Fluoride, Fluorosulfate, Fluorophosphate,
Fluoroaluminate und Fluoroborate, zugegeben wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß 1 -
-40, vorzugsweise 3 - 20 Masse-%, bezogen auf den halogenhaltigen Füllstoff, mindestens
einer Fluorverbindung, insbesondere mindestens eines Fluorids, und/oder mindestens
eines Salzes einer Sauerstoffsäure des Stickstoffs, Phosphors und/oder Schwefels zugegeben
werden.