CN103242943B - 金属防护润滑剂、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保护金属加工锻造不受损的金属防护润滑剂、制备方法及其应用，所述金属防护润滑剂的原料组分包括铅玻璃、堇青石、Gr2O3、粘土、甲基纤维素和水。应用本发明金属防护润滑剂不但隔绝外部气氛保护金属型材基体，而且还在热变形加工中，作为良好的润滑剂起到了减磨性作用，对金属保护时间大幅延长，无金属侵蚀现象发生，且在锻造后能够自行脱落，节约了因涂层涂覆而进行的后续处理工序，充分实现了对金属性能的保护，并使锻造质量得到有效提升，优化了金属成型的表面效果，从而增强了产品的品质，延长了由此而锻造成的模具等器件产品的使用寿命，适于在相关领域推广应用。

Description

金属防护润滑剂、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种金属防护润滑剂、制备方法及其应用，尤其涉及一种保护金属加工锻造不受损的金属防护润滑剂、制备方法及其应用。

背景技术

目前，在如合金钢等金属型材加工领域，由于在型材里都不同程度地含有S、P、C等物质，这些微量物质若被氧化将直接影响到金属型材的使用性能，例如，航空航天零件专用磨具钢材主要成分是C、Cr、Mo和AI的合金结构钢在高温锻造过程中，其组织结构中的S、P、C析出和金属氧化对金属性能和成型效果以及模具的使用寿命都带来极大的影响，所以，对这些金属型材的加工锻造过程需要采取有效的防护措施。现有技术中，主要采用防护润滑剂或者其他混合物通过多层涂覆金属型材表层形成保护涂层，以实现对加工锻造尤其是高温锻造的金属的保护。但所采用的这些防护润滑剂普遍容易在加热过程中对金属坯料造成侵蚀，并且形成新物质对金属成型表面和模具表面造成进一步的侵损，例如，在这些防护润滑剂中普遍采用的硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃原料因其较强的碱性而在应用时对金属造成严重的侵蚀，且被侵蚀的部位极不易清理。尤其是在1000℃等高温条件下，现有防护润滑剂的侵蚀现象更为严重。

因此，亟需研究开发出能够在加工锻造中特别是高温锻造中对金属型材进行有效保护的防护润滑剂，使金属的性能在锻造后能够继续得到有效的保持和发挥。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种金属防护润滑剂、制备方法及其应用，使合金钢等金属型材在加工锻造特别是高温加工锻造过程中得到有效保护，充分避免所含微量元素氧化或者酸碱侵蚀金属造成的损坏，从而保障锻造后金属型材的性能得到充分利用和发挥。

本发明解决问题的技术方案是：一种金属防护润滑剂，其原料组分包括铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃、粘土、甲基纤维素和水。

优选地，所述的防护润滑剂的原料组分重量百分比如下：铅玻璃为5%～15%、堇青石为31%～45%、Gr₂O₃为0%～5%、粘土为0%～5%、甲基纤维素（简称M60）为1%～5%、余量为水。

较佳地，在所述的防护润滑剂中，原料铅玻璃的重量百分比优选为8%～12%。

较佳地，在所述的防护润滑剂中，原料堇青石的重量百分比优选为35%～45%。

较佳地，在所述的防护润滑剂中，原料Gr₂O₃的重量百分比优选为2%～4%。

较佳地，在所述的防护润滑剂中，原料粘土的重量百分比优选为2%～5%。

较佳地，在所述的防护润滑剂中，甲基纤维素的重量百分比优选为2.5%～5%。

优选地，所述铅玻璃为低碱铅玻璃，其原料组成及重量百分比如下：SiO₂为27%～37%、PbO为60%～70%、K₂O为0%～5%。

优选地，所述堇青石的原料组成及重量百分比如下：SiO₂为40%～50%、Al₂O₃为30.5%～45%、MgO为10%～21%。

较佳地，所述铅玻璃的软化温度范围为500℃～600℃、流动温度范围为800℃～880℃。

优选地，所述铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃和粘土均能过200目筛；较佳地，所述铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃和粘土的粒径范围均为48μm～75μm，即使所述铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃和粘土均分别过200目～300目筛，以便于提高混合效率并保证产品的性能一致。

本发明还提供了技术方案：一种金属防护润滑剂的制备方法，将本发明的金属防护润滑剂的原料按照铅玻璃与堇青石的混合物、氧化铬、粘土、水的顺序依次加到球磨罐中球磨3小时以上，再加入甲基纤维素继续球磨15分钟以上，即得所要制备的金属润滑剂；具体各阶段的球磨时间根据组分不同进行调整，以所得润滑剂浆料达到均匀一致为标准。

进一步地，将所述铅玻璃的原料混合加入到碳棒炉中进行充分熔融后，再进行水淬后烘干即得制备本发明金属防护润滑剂所需的铅玻璃原料；优选地，所述铅玻璃的原料在碳棒炉中的熔融温度为950℃～1050℃。

进一步地，将所述堇青石的原料混合加入到钼棒炉中进行充分熔融后，再进行水淬后烘干即得制备本发明金属防护润滑剂所需的堇青石原料；优选地，所述堇青石的原料在钼棒炉中的熔融温度为1500℃～1650℃。

本发明还提供了一种金属防护润滑剂的应用，将本发明金属防护润滑剂作为涂料用于1100℃以下的温度范围内的金属型材锻造保护。

进一步地，本发明金属防护剂作为涂料保护结构钢等金属型材时，涂层的厚度优选为1.5mm～2.5mm，具体涂覆方法能够为刷涂、喷涂、浸涂等方法，其中，喷涂一般2-3次即可，刷涂一般2次即可，浸涂1-2次即可，具体次数以保证优选的涂层厚度为佳，因若涂层厚度过小如低于1.5mm则难以成膜起到防护作用和降低润滑效果，若涂层过厚如大于2.5mm则会延长加热时间，并对金属成型表面造成一定影响。

进一步地，应用本发明金属防护剂作为涂料保护结构钢等金属型材时，待涂层干燥后方可入炉进一步锻造加工。

本发明金属防护润滑剂的原料组成中，低碱铅玻璃低温下即易熔化成膜，能够保证合金结构钢等金属型材在开始氧化前就被防护；堇青石作为高温骨架填料，能够确保防护润滑剂的高温持久性和粘度控制；水作为溶剂、粘土作为悬浮剂和高温填料，能够改善和提高浆料的悬浮效果和高温持久性；M60(即甲基纤维素)作为悬浮剂和增稠剂，能够提高浆料的均衡性和悬浮效果。本发明的金属防护润滑剂将上述各原料以合理的配比进行有机的融合，依据德国工业标准DIN51730、金属热变形用玻璃润滑剂规范HB7065-94及脱碳层深度测定标准GB224-87进行检测，在合金结构钢等金属型材加工锻造中涂覆应用本发明金属防护润滑剂，能够完全避免现有润滑剂常发生的对金属的侵蚀及成型后涂层难清理的现象。总体上，本发明金属防护润滑剂的应用体现了熔膜屏蔽型保护机理，熔膜屏蔽型机理是利用涂层加热过程中形成致密牢固的玻璃状物或玻璃陶瓷状物，达到隔绝金属型材内部气氛与外部气体的接触的保护目的；本发明金属防护润滑剂的应用不但隔绝外部气氛保护了金属型材基体，而且还在热变形加工中，作为良好的润滑剂起到了减磨性作用，对金属保护时间大幅延长，对金属侵蚀显著降低，且能够自行脱落，节约了因涂层涂覆而进行的后续处理工序，从而使金属性能得到保护，使锻造质量得到有效提升，充分优化了金属成型的表面效果和模具的使用寿命，保障了产品品质。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

一种金属防护润滑剂，其原料组分重量百分比如表1所示。

上述金属防护润滑剂中，原料铅玻璃的软化温度为500℃，流动温度为800℃，使其满足500℃～600℃的软化范围及800℃～880℃的流动温度范围，从而使金属防护润滑剂的软化温度得到控制。

一种制备上述金属防护润滑剂的方法为：将表1所示原料按照铅玻璃与堇青石的混合物、氧化铬、粘土、水的顺序依次加到球磨罐中球磨3小时，再加入M60继续球磨15分钟，即得到金属防护润滑剂。

在上述金属防护润滑剂的制备方法中：

原料铅玻璃的制备是将表1所示铅玻璃的原料混合加入到碳棒炉中，于950℃进行充分熔融后，再进行水淬后烘干，即得制备本发明金属防护润滑剂所需的铅玻璃原料；

原料堇青石的制备是将表1所示堇青石的原料混合加入到钼棒炉中，于1500℃进行充分熔融后，再进行水淬后烘干，即得制备本发明金属防护润滑剂所需的堇青石原料；

球磨前还需将原料铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃和粘土进行粉碎，使欲加入到球磨罐中的铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃和粘土分别过200目筛和300目筛，以使其粒径范围为48μm～75μm，从而使混合效率得到提高的同时，保障所制备的金属润滑剂的性能的均匀一致性。

依据德国工业标准DIN51730对上述金属防护润滑剂进行高温特征点测试，性能检测结果见表1。

实施例2

一种金属防护润滑剂，其原料组分重量配比及性能检测结果如表1所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，不同的是：

上述金属防护润滑剂中，原料铅玻璃的软化温度为600℃，流动温度为880℃；

上述金属防护润滑剂的制备方法中：

表1所示各原料在球磨罐中球磨时间为3.5小时，在加入M60后继续球磨时间为25分钟；

制备原料铅玻璃中，表1所示铅玻璃的原料于1050℃在碳棒炉中充分熔融；

制备原料堇青石中，表1所示堇青石的原料于1650℃在钼棒炉中充分熔融；

使欲加入到球磨罐中的铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃和粘土分别过200目筛和270目筛，其粒径范围均为53μm～74μm。

实施例3

一种金属防护润滑剂，其原料组分重量配比及性能检测结果如表1所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，不同的是：

上述金属防护润滑剂中，原料铅玻璃的软化温度为550℃，流动温度为840℃；

上述金属防护润滑剂的制备方法中：

表1所示各原料在球磨罐中球磨时间为4小时，在加入M60后继续球磨时间为40分钟；

制备原料铅玻璃中，表1所示铅玻璃的原料于1000℃在碳棒炉中充分熔融；

制备原料堇青石中，表1所示堇青石的原料于1550℃在钼棒炉中充分熔融；

使欲加入到球磨罐中的铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃和粘土分别过230目筛和250目筛，其粒径范围均为58μm～62μm。

实施例4

一种金属防护润滑剂，其原料组分重量配比及性能检测结果如表1所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，不同的是：

上述金属防护润滑剂中，原料铅玻璃的软化温度为570℃，流动温度为860℃；

上述金属防护润滑剂的制备方法中：

表1所示各原料在球磨罐中球磨时间为4.5小时，在加入M60后继续球磨时间为50分钟；

制备原料铅玻璃中，表1所示铅玻璃的原料于1020℃在碳棒炉中充分熔融；

制备原料堇青石中，表1所示堇青石的原料于1580℃在钼棒炉中充分熔融；

使欲加入到球磨罐中的铅玻璃、堇青石、Gr₂O₃和粘土分别过240目筛和250目筛，其粒径范围均为58μm～61μm。

实施例5

一种金属防护润滑剂，其原料组分重量配比及性能检测结果如表1所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，不同的是：

上述金属防护润滑剂中，原料铅玻璃的软化温度为560℃，流动温度为870℃；

上述金属防护润滑剂的制备方法中：

表1所示各原料在球磨罐中球磨时间为5小时，在加入M60后继续球磨时间为55分钟；

制备原料铅玻璃中，表1所示铅玻璃的原料于980℃在碳棒炉中充分熔融；

制备原料堇青石中，表1所示堇青石的原料于1600℃在钼棒炉中充分熔融；

使欲加入到球磨罐中的铅玻璃、堇青石、Gr2O3和粘土分别过270目筛和325目筛，其粒径范围均为45μm～53μm。

由表1可知，本发明金属防护润滑剂作为涂料能够满足1100℃以下的温度范围内的金属型材锻造保护。

下面以模锻过程中氧化损耗量大的合金结构钢的锻造保护为例进行说明本发明金属防护润滑剂的显著效果，其中，合金结构钢的氧化碳温度在600℃～700℃，模锻温度在960℃～1100℃，但本发明金属防护润滑剂的应用范围并不限于此。

应用实施例

将实施例1至实施例5的金属防护润滑剂按照以下方法进行应用：

在应用例1中，将实施例1的金属防护剂作为涂料在合金结构钢的表面喷涂2次，涂层的厚度为1.5mm，室温下干燥成膜后，将带涂层的合金结构钢送入炉中进行锻造加工；

在应用例2中，将实施例2的金属防护剂作为涂料在合金结构钢的表面喷涂3次，涂层的厚度为2.5mm，室温下干燥成膜后，将带涂层的合金结构钢送入炉中进行锻造加工；

在应用例3中，将实施例3的金属防护剂作为涂料在合金结构钢的表面刷涂2次，涂层的厚度为2mm，室温下干燥成膜后，将带涂层的合金结构钢送入炉中进行锻造加工；

在应用例4中，将实施例4的金属防护剂作为涂料在合金结构钢的表面浸涂1次，涂层的厚度为1.8mm，室温下干燥成膜后，将带涂层的合金结构钢送入炉中进行锻造加工；

在应用例5中，将实施例5的金属防护剂作为涂料在合金结构钢的表面浸涂2次，涂层的厚度为2.3mm，室温下干燥成膜后，将带涂层的合金结构钢送入炉中进行锻造加工。

为更加清楚地体现本发明金属防护润滑剂的应用效果，在同等条件下将上述各带涂层的合金结构钢送入炉中进行锻造加工的同时，还进行了对比例，在对比例中，将不带涂层的即不加任何保护的合金结构钢送入炉中进行同等条件下的锻造加工。

依据金属热变形用玻璃润滑剂规范HB7065-94及脱碳层深度测定标准GB224-87对各应用例应用效果分别进行了检测和鉴定，所得检测及鉴定结果如表2所示。

由表2可知，从应用例1至应用例5，本发明金属防护润滑剂涂层在560℃～700℃开始烧结熔化，在960℃～1100℃开始瞬熔，由于前期的低温熔化填充了合金结构钢的空隙使其保护从低温阶段就已经开始，在达到高温阶段如1000℃～1100℃时由于骨料的作用和新晶相的形成，使玻璃相得到丰富，从而实现在高温阶段对合金结构钢的保护；当在碳棒炉中对涂有本发明金属防护润滑剂的合金结构钢进行加热锻造时，在达到高温阶段1000℃～1100℃时仍能够保持3-5小时丰富的玻璃相，从而实现对合金结构钢的持续保护；当锻造结束，在降温过程中，金属防护润滑剂保护涂层自动脱落，在脱落过程中，合金结构钢表面发生二次氧化，氧化层厚度均低于0.3mm，脱碳层厚度均低于0.3mm，摩擦系数均小于0.13，完全满足结构钢锻造时锻造精度所要求的范围，同时，也充分说明本发明金属防护润滑剂能够对1100℃以下的温度范围内的金属型材锻造提供长时间的有效保护。同未应用本发明金属防护润滑剂的对比例相对照也充分表明，通过应用本发明金属防护润滑剂，在锻造中对金属起到良好的防护润滑作用，使合金结构钢的金属性能和锻造质量得到有效保护和提升，充分优化了金属成型表面效果，从而使锻造所得模具等部件的使用寿命得到相应的显著延长，因此，本发明金属防护润滑剂适于在金属型材加工锻造等需要保护金属性能的相关领域推广应用。

表1

表2

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (6)

1.一种金属防护润滑剂，其特征在于，所述金属防护润滑剂的原料组分包括铅玻璃、堇青石、Cr₂O₃、粘土、甲基纤维素和水；所述的防护润滑剂的原料组分重量百分比如下：铅玻璃为5％～15％、堇青石为31％～45％、Cr₂O₃为0％～5％、粘土为0％～5％、甲基纤维素为1％～5％、余量为水； 

所述铅玻璃的原料组成及重量百分比如下：SiO₂为27％～37％、PbO为60％～70％、K₂O为0％～5％； 

所述堇青石的原料组成及重量百分比如下：SiO₂为40％～50％、Al₂O₃为30.5％～45％、MgO为10％～21％。 

2.根据权利要求1所述的金属防护润滑剂，其特征在于，所述铅玻璃的软化温度范围为500℃～600℃、流动温度范围为800℃～880℃。 

3.根据权利要求1所述的金属防护润滑剂，其特征在于，所述铅玻璃、堇青石、 Cr₂O₃和粘土均能过200目筛。 

4.根据权利要求3所述的金属防护润滑剂，其特征在于，所述铅玻璃、堇青石、 Cr₂O₃和粘土的粒径范围均为48μm～75μm。 

5.一种金属防护润滑剂的制备方法，将权利要求1-4任一项所述的金属防护润滑剂的原料按照铅玻璃与堇青石的混合物、Cr₂O₃、粘土、水的顺序依次加到球磨罐中球磨3小时以上，再加入甲基纤维素继续球磨15分钟以上。 

6.一种金属防护润滑剂的应用，其特征在于，将权利要求1-5任一项所述金属防护润滑剂作为涂料用于1100℃以下的温度范围内的金属型材锻造保护。