CN104449973A - 一种含层片状纳米粒子的高温模锻润滑剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油基模锻润滑剂，其特征在于各组分及其重量百分比含量如下：层片状纳米粒子15-20%，分散剂7-11%，余量为基础油，其中层片状纳米粒子为纳米WS2、石墨烯微片和纳米氮化硼，在高温模锻润滑剂中的质量百分比含量为纳米WS26%-10%，石墨烯微片0.5%-1.5%，纳米氮化硼8%-12%。本发明是一种适用于高温模锻的模锻润滑剂，在高温模锻过程中，成膜性能优良，其主要通过层片状纳米粒子在工件-模具之间的界面上形成致密的固体减摩层来有效降低模具的磨损，提高锻件的表面质量。
Description
技术领域
本发明属于模锻成形技术领域，具体涉及一种适用于高温模锻的模锻润滑剂。
背景技术
模锻是利用模具通过压缩使工件成型而获得锻件的锻造方法，工件与模具之间的摩擦磨损对锻压机的锻压能力、能耗、模具寿命、锻件质量与成本都有很大影响，这就需要通过改善工件-模具间界面润滑来增加金属流动性，降低变形抗力，延长模具寿命，提高锻件质量。因此，模锻润滑剂在模锻成形加工过程中是不可缺少的。尤其在热模锻过程中，由于高温高压的作用，工件与模具间极易发生粘合，导致最终难以脱模或锻件表面质量极差。
目前，常用的模锻润滑剂为在水介质或油介质中加入微米固体润滑粉末制备而成的水基或油基模锻润滑剂，但这类模锻润滑剂因微米颗粒的存在而常出现储存时固液分层、表面涂覆不均匀和喷涂时堵塞喷嘴的现象，而且这些微米颗粒在工件及模具表面的吸附性很差，常常需要大量涂覆润滑剂，这导致模锻成形过程中形成大量粉体，从而污染环境。
随着纳米材料制备技术与纳米摩擦学的发展，纳米固体润滑材料在润滑减摩领域的应用研究越来越多。层片状纳米粒子具有"三明治"式的层状结构,层间键力很弱，容易受力切断而发生滑移，而在垂直于滑移面方向表现出很好的抗压特性。纳米WS2、石墨烯微片和纳米氮化硼为典型的层片状纳米粒子，三种纳米粒子都具有优良的耐高温特性，其中纳米WS2因表面具有硫原子而与金属表面的吸附力很强，石墨烯微片具有极薄的厚度和极大的比表面积的特点，可以大面积地附着与金属表面，将这三种层片状纳米粒子结合在一起应用于模锻润滑领域可有效解决模锻成形过程中高温高压工况下的减摩问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高温模锻的模锻润滑剂，以增加模锻成形过程中的金属流动性，降低变形抗力，延长模具寿命，提高锻件质量。
本发明的高温模锻润滑剂由以下成分组成：层片状纳米粒子15-20%，分散剂7-11%，余量为基础油。
所述的层片状纳米粒子为纳米WS2、石墨烯微片和纳米氮化硼。纳米WS2的粒径为4～200nm；石墨烯微片的厚度为5-10nm；纳米氮化硼的粒径为10～300nm。各层片状纳米粒子占总重量的百分比含量分别为：纳米WS2 6%-10%，石墨烯微片0.5%-1.5%，纳米氮化硼8%-12%。
所述的分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量百分比为7-11%。
所述的基础油为40℃时运动粘度20～50mm2/s的矿物油与40℃时运动粘度100～200mm2/s的多元醇酯，多元醇酯与矿物油的质量比为1:4～1:5。
本发明具有如下优点：
1）由于本发明中采用了纳米粒子，其具有极小的粒度，加入基础油中经高速搅拌后即能保持较长时间的稳定分散，而且本发明中选用具有高分子量长链基团的聚异丁烯丁二酰亚胺分散剂对层片状纳米粒子混合物进行分散处理，使得纳米颗粒表面吸附大量长链亲油基团，并形成位阻层，阻碍颗粒的碰撞团聚和重力沉降，所有本发明中纳米颗粒能均匀且稳定分散于基础油中，在喷涂或刷涂过程中也能更加均匀附着于锻件表面和模具型腔内表面。
2）本发明中所用固体润滑颗粒为纳米粒子，因具有极小的粒度而表现出非常高的表面活性，极易附着于摩擦副表面，而其中的纳米WS2颗粒表面的硫原子与金属表面具有很好的亲和性，在工件及模具表面的附着力更强。模锻成形过程中，纳米WS2与纳米氮化硼沉积吸附于工件及模具表面，并在具有大比表面积的石墨烯微片的包覆下共同形成致密且牢固的固体减摩层，有效阻止工件表面与模具表面在高温高压的直接接触与粘合，从而降低磨损，也有利于金属表面的流变成形，使变形抗力降低，而且在脱模时可获得优良的锻件表面。
3）由于纳米颗粒具有比微米颗粒更大的比表面积，其在摩擦副表面形成致密减摩层所需要的添加量小于微米颗粒，这在一定程度上能减轻模锻过程中固体润滑颗粒形成的粉尘污染。
附图说明
图1为本发明中所用石墨烯微片的微观照片图；
图2为本发明中所用纳米WS2的微观照片图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明，这将有助于对本发明及其优点的进一步理解，这些实例不作为对本发明的限定，本发明的保护范围由权利要求书来决定。
实施例 1
本实施例的高温模锻润滑剂，各组成部分的重量百分比配比如下：
纳米WS2 6.0%
石墨烯微片 0.5%
纳米氮化硼 9.5%
聚异丁烯丁二酰亚胺 8.0%
矿物油 60.8%
多元醇酯 15.2%
将上述各组分在超声波作用下混合搅拌处理 30分钟后即可制备出高温模锻润滑剂。该模锻润滑剂在不同温度下的摩擦系数如下表所示。
模锻润滑剂在不同温度下的摩擦系数
| 温度/℃ | 400 | 500 | 600 | 750 | 950 |
| 摩擦系数 | 0.058 | 0.063 | 0.067 | 0.075 | 0.078 |
实施例 2
本实施例的高温模锻润滑剂，各组成部分的重量百分比配比如下：
纳米WS2 8.0%
石墨烯微片 1.5%
纳米氮化硼 10%
聚异丁烯丁二酰亚胺 10%
矿物油 56.4%
多元醇酯 14.1%
将上述各组分在超声波作用下混合搅拌处理 30分钟后即可制备出高温模锻润滑剂。该模锻润滑剂在不同温度下的摩擦系数如下表所示。
模锻润滑剂在不同温度下的摩擦系数
| 温度/℃ | 400 | 500 | 600 | 750 | 950 |
| 摩擦系数 | 0.052 | 0.057 | 0.062 | 0.065 | 0.069 |
实施例 3
本实施例的高温模锻润滑剂，各组成部分的重量百分比配比如下：
纳米WS2 10%
石墨烯微片 1.0%
纳米氮化硼 12%
聚异丁烯丁二酰亚胺 11%
矿物油 52.8%
多元醇酯 13.2%
将上述各组分在超声波作用下混合搅拌处理 30分钟后即可制备出高温模锻润滑剂。该模锻润滑剂在不同温度下的摩擦系数如下表所示。
模锻润滑剂在不同温度下的摩擦系数
| 温度/℃ | 400 | 500 | 600 | 750 | 950 |
| 摩擦系数 | 0.050 | 0.052 | 0.061 | 0.063 | 0.065 |
Claims (4)
1. 一种含层片状纳米粒子的高温模锻润滑剂，其特征在于：各组分的质量百分比含量为：层片状纳米粒子15-20%，分散剂7-11%，余量为基础油；其中层片状纳米粒子为纳米WS2、石墨烯微片和纳米氮化硼，在高温模锻润滑剂中的质量百分比含量为纳米WS2 6%-10%，石墨烯微片0.5%-1.5%，纳米氮化硼8%-12%。
2.根据权利要求1所述的一种含层片状纳米粒子的高温模锻润滑剂，其特征在于：所述的分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺或聚异丁烯丁二酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的一种含层片状纳米粒子的高温模锻润滑剂，其特征在于：所述的基础油为40℃时运动粘度20～50mm2/s的矿物油与40℃时运动粘度100～200mm2/s的多元醇酯，矿物油与多元醇酯的质量比为4:1。
4.根据权利要求1或2所述的一种含层片状纳米粒子的高温模锻润滑剂，其特征在于：所述的纳米WS2的粒径为4～200nm；所述的石墨烯微片的厚度为5-10nm；所述的纳米氮化硼的粒径为10～300nm。
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