CN101809131B - 用于热锻造应用的润滑剂 - Google Patents

Abstract

一种用于金属热锻造，特别用于铝和铝合金部件的锻造的实质不含铅的润滑剂。润滑剂含有一种或多种油、石墨和一种或多种磷基添加剂。还可以包括额外的添加剂，例如金属性润滑剂和分散剂。该润滑剂在经受超过300℃的温度时并不燃烧。

Description

用于热锻造应用的润滑剂

背景技术

锻造的金属制品在许多产品通常许多用品的多个部分，包括飞机、汽车、电子元件等。传统上铁为选择用于大部分锻造金属应用的金属，但是为了满足降低材料总重量的要求，最近最佳的用于许多应用的金属由铁转化为较轻的合金，例如铝合金。近年来，具有良好加工性能的高品质轻质产品的需求增加并且导致相似的铝合金锻造技术使用的增加。

在金属锻造工作或方法中，润滑剂或润滑油配置在金属模具和要进行模塑的工件之间以便避免它们之间的粘接并改进锻造的制品从金属模具上的分离能力。为了允许在模腔内有合适的运动且允许锻造加工尽可能连续的重复多次而不需要重复应用润滑油，因此合适的润滑油是重要的。包括油溶性润滑剂和添加的石墨以及由合成酯、硅油、石墨、极端压力添加剂和表面活性剂组成的水溶性润滑剂的常规润滑剂典型的用作铝合金锻造中的润滑剂。

使用常规的润滑剂难以满足铝热锻造的要求。在铝热锻造中，存在的油溶性润滑剂具有缺点，例如易燃性、导致发烟和/或车间污染等等。特别是，当应用温度超过300℃时，例如需要铝的热锻造时，许多含有石墨的油溶性润滑剂会燃烧，这会导致不安全的工作状况和增加的事故风险。此外，存在的水溶性润滑剂存在缺点，其包括使用后处理废水以控制水污染的需要，这会导致成本增加、设备投资和加工的低效率。

许多不可燃添加剂并没有成功的测试用于热锻造。例如，对卤化产品进行了测试，但是它们产生了安全和环境目的所不欢迎的卤化残留物。对镁基和硼基阻燃剂进行了测试，但是，它们产生了负面地影响润滑剂性能的残留物。通常有机阻燃剂并不有效，因为没有将它们设计为在高于300℃下工作。此外，锑和钡基产品在热锻造应用中通常也是无效的。

最方便模具运动的常规的铝热锻造润滑剂典型的包括一种或多种有机铅化合物，例如环烷酸铅和硬脂酸铅。在润滑剂组合物中铅的使用令人失望，这是因为通过铅释放到大气中导致的健康危险。在铝的热锻造期间，存在于润滑剂中的一些有机铅以地方和国家政府管理机构所不能接受的量分散到空气中。这些机构禁止在许多工业中使用铅，即使仍然允许使用铅，也严格的限制可能释放到大气中的浓度。为了连续的使用含铅的润滑剂，热锻造工业需要安装非常昂贵的排气和空气过滤系统以便将大气中铅的浓度降低到可接受的限度。这种排气和过滤系统对于许多铝热锻造设备来说并不是经济可行的。

因此在铝和铝合金热锻造工业中提供一种实质上不含铅的润滑剂用于使用是有利的。这种润滑剂提供了出众的润滑性质并且不会产生烟雾或者在300℃或更高的温度下不是易燃性的。

发明内容

本申请公开了一种用于金属的热锻造或金属变形的润滑剂，特别是铝和铝合金部件，钛和超耐热合金。这种润滑剂包含一种或多种油、石墨以及一种或多种磷基添加剂。其中还可以包括额外的添加剂，例如金属性润滑剂、分散剂、增稠剂和润湿剂。本发明的润滑剂实质上不含铅且当其经受超过300℃的温度时不会燃烧。

发明详述

本发明公开了一种用于热锻造应用的润滑剂，例如用于将铝和铝工件锻造为期望的制品的那些。这种热锻造应用要求润滑剂原料不会产生烟雾或者在大约300℃到大约600℃的通常的温度范围内不燃烧。为了遵照安全和健康的原则，这种润滑剂实质上是不含铅的。

本发明的润滑剂为油基润滑剂。利用的这种油实质上是现有技术中已知的任何组合物，包括但不限于矿物油例如环烷油、脂肪族油、石蜡油或蒸汽汽缸油；植物油例如向日葵油、橄榄油或油菜籽油；动物油例如猪油；合成油例如聚α烯烃和硅油；半合成油例如甘油三油酸酯以及它们的混合物。优选的油包括植物油、矿物油和动物油。这些油是可商购获得的，例如来自Texaco(UK)的ProcessOil1000，来自Welch，HolmandClarkCo.(USA)的猪油，来自BGInternational(USA.)的大豆油。

润滑剂的第二种组分是石墨添加剂。这种石墨可以少现有技术中任何已知的形式，包括但不限于粗石墨、细石墨、研磨的石墨、未研磨的石墨、天然石墨、合成石墨或它们的混合物。润滑剂的石墨组分在锻造操作期间提供了工件和模具之间的物理分离。大约90％的颗粒具有尺寸低于15微米的颗粒尺寸分布的细粒石墨是特别优选的。这种石墨从AchesonIndustries，Inc可商购获得。

润滑剂中包含一种或多种磷基添加剂。这种磷基添加剂在高温下减少或消除了润滑剂的燃烧。这种磷可以是任何期望的形式，例如磷酸盐、磷酸酯、磷酸胺、磷酸铵或它们的混合物。一种优选的磷基材料为磷酸酯。这种磷可以从ConnectChemical(F)，Ferro(USA)商购获得。

热锻造润滑剂组合物任选含有一种或多种金属性润滑添加剂。这种金属性添加剂可以选自一种或多种金属元素，包括锡、铋、锌、铝或任何它们的合金。

润滑剂组合物可以任选含有额外的成分例如分散剂、流变改进剂、生物杀灭剂、抗腐蚀剂、极端压力添加剂、消泡剂、润湿剂、金属皂和它们的混合物。

本发明的润滑剂包含大约1到大约99重量％范围内的油，优选为大约1到大约70％范围内的油且最优选为大约15到大约40重量％范围内的油。润滑剂含有大约1到大约99重量％范围内的石墨，优选为大约1到大约30重量％范围内的石墨且最优选为大约3到大约20重量％范围内的石墨。润滑剂含有大约1到大约99重量％范围内的磷添加剂，优选为大约1到大约80重量％范围内的磷添加剂且最优选为大约30到大约80重量％范围内的磷添加剂。

本发明的其它实施方案包括一种用于锻造制品的方法。该方法包括将不含铅的润滑剂应用于锻造设备或锻造的工件之一或二者的步骤。将工件嵌入到锻造设备中并且锻造为期望的制品。打开锻造设备和由于润滑剂的存在而容易取出制品。在可选择的技术方案中，在应用润滑剂之前嵌入工件并且之后同时润滑工件和模具表面。

具体实施方式

本发明进一步通过以下非限制性实施例加以说明：

实施例。润滑剂组合物可以通过采用标准混合技术充分的将原料混合在一起制备，例如搅拌素炼。实施例的组分如表1所示。

表1.润滑剂样品组成

成分	重量百分数
		植物油/动物油	15％
细粒石墨	4.4％
		矿物油	3.2％
含金属的脂肪酸衍生物	3.2％
		磷酸酯	73％
分散剂	0.2％

将表1的润滑剂组合物在440℃±40℃下用于热锻造模具。将模具用于一系列铝热锻造应用中且在加工期间润滑剂并不产生燃烧。此外，涉及锻造的模具和铝部件的润滑剂性质是出众的。

可以获得本发明的许多改进和变形而并不背离其精神和范围，并且对本领域技术人员来说是显而易见的。这里描述的特殊的实施方案仅通过实施例的方式提供，且本发明仅通过从属权利要求的条款限定，且等同于这些权利要求授权的全部范围。

Claims (10)

1.一种热锻造铝或铝合金的方法，其包括如下步骤：a)将不含铅润滑剂施加到热锻造设备或工件中的一个或施加到其两者，将该工件嵌入设备中并且由工件锻造制品；或者b)将工件嵌入热锻造设备，同时润滑该工件和热锻造设备和以及锻造该工件，其中不含铅润滑剂包含15-40重量％包括至少一种矿物油的一种或多种油、细粒石墨中约90％的颗粒具有尺寸低于15微米的颗粒尺寸分布的细粒石墨、和30-80重量％的一种或多种磷酸酯。

2.权利要求1的方法，其进一步包括用润滑剂涂覆工件的步骤。

3.权利要求1的方法，其中润滑剂进一步包含一种或多种金属性润滑添加剂。

4.权利要求3的方法，其中一种或多种金属性添加剂选自铋、锌、锡、铝或任何它们的合金。

5.权利要求1的方法，其中润滑剂包含1到30重量％范围内的石墨。

6.权利要求1的方法，其中润滑剂包含3到20重量％范围内的石墨。

7.权利要求1的方法，其中润滑剂进一步包含分散剂、流变改进剂、生物杀灭剂、抗腐蚀剂、极端压力添加剂、消泡剂、润湿剂、金属皂或它们的混合物中的一种或多种。

8.权利要求1的方法，其中润滑剂在超过300℃的温度下不燃烧。

9.权利要求1的方法，其中润滑剂在300℃到600℃范围内的温度下不燃烧。

10.权利要求1的方法，其中不含铅润滑剂由如下物质组成：

15-40重量％包括至少一种矿物油的一种或多种油；

3-20重量％细粒石墨中约90％的颗粒具有尺寸低于15微米的颗粒尺寸分布的细粒石墨；

30-80重量％的一种或多种磷酸酯；

一种或多种含金属的脂肪酸衍生物；和

一种或多种分散剂。