CN104531266B - 一种含铝金属热轧轧制油 - Google Patents

Abstract

本发明公开了金属热加工领域的一种含铝金属热轧轧制油，包括用以形成三乙醇胺油酸皂的油酸和三乙醇胺、乳化剂，以及矿物油和酯类，其中油酸与三乙醇胺在该含铝金属热轧轧制油中的质量百分数之比大于等于2，所述酯类为简单酯和聚脂肪酸酯的组合物，其中简单酯在该含铝金属热轧轧制油中的含量为15wt.％～30wt.％,聚脂肪酸酯在该含铝金属热轧轧制油中的含量为1wt.％～20wt.％。该含铝金属热轧轧制油加入水中，能形成稳定的乳液，该乳液在轧制纯铝或1XXX系铝合金材料时具有良好的高温润滑性能，消除传统皂基型铝热轧轧制油粘铝表面的缺陷，赋予纯铝或1XXX系铝合金优异的表面质量，同时，降低油品中有机皂与自由脂肪酸的含量，提高热轧轧制乳液使用寿命，利于环保和提高经济效益。

Description

一种含铝金属热轧轧制油

技术领域

本发明涉及金属热加工领域的一种含铝金属热轧轧制油。

背景技术

通常，纯铝和铝合金材料的热轧温度是300-550℃。与其它有色金属相比，铝的熔点低、屈服强度低，具有易于粘附轧辊的特性。在热轧过程中，轧材表面易产生粘铝表面缺陷。尤其当温度越高、道次变形量越大、性质越软(纯铝与软铝合金)时，所谓的“轧辊覆铝”现象越严重，并由此导致一系列制品缺陷，甚至出现轧件缠辊。这种缺陷经阳极氧化处理后，显露为黑斑。它降低了轧材表面光洁度，遗传给下一道冷轧工序很难消除的缺陷。如继续箔轧，轧材将出现孔洞，使箔轧无法继续进行。

目前，铝及铝合金材料热轧工序中，一般使用由矿物油、油性剂、乳化剂和水构成的水包油型乳液。该乳液具有冷却与润滑两种作用，即一方面冷却辊面与轧件、控制辊型，一方面防粘降摩、提高制品表面质量，故又被称为冷却-润滑液。常见的轧制铝及铝合金材料所用的乳液多为皂基型乳液,该乳液中油酸与三乙醇胺反应生成三乙醇胺油酸皂。例如较为典型的59C乳液，由80-85％的机油或变压器油、10-15％的油酸及5％的三乙醇胺配制成的乳化油，使用时再配成水占90-97％的乳液，由于油酸是过量的，即油酸与三乙醇胺的质量之比大于等于2。因此会有部分游离的油酸转变成为自由脂肪酸。

工作辊在轧制过程中，表面会形成一层由摩擦反应物、油和铝粉构成的润滑膜层。而轧件表面，由于在各个道次的轧制过程中，表面不断被破坏、更新。轧制油能否在轧件表面及时形成有效的保护膜层，是关乎优良表面质量的关键。纯铝与1XXX系铝合金，由于本身质软，在轧制过程中，容易损伤，极易发生粘铝问题，故而对润滑的要求更高。传统的处理方式，基于皂基型乳化油的特性，大多增加油品的极性组分，即提高有机皂与自由脂肪酸的含量，以建立形成速度快且牢固的润滑膜层。同时，一般也会提高油品本身的粘度，以增强高温下油品的附着力。

有机皂因其吸附能力强，且稳定分散于水包油型乳液中，有助于提高润滑性能。但有机皂的含量过高，吸附在轧件表面，不易被冲洗，结果使得表面出现色差、发暗和残油等系列缺陷，引起表面质量下降。另一方面，过高的皂含量，以及过多的自由脂肪酸存在，使得乳液不稳定，易于腐败变质，降低了乳液的使用寿命。既增加成本，又会引起环境污染。自由脂肪酸含量的增加，使得老化后的乳液中，易于累积金属皂(主要为铝皂)。适量的金属皂，与有机皂搭配，有助于轧件表面的润滑；但金属皂的大量累积，因其本身溶解性差，不稳定，更易粘附于轧件表面，使得轧件表面出现色差与斑痕，甚至在乳液中形成油泥。

基于上述皂基型铝热轧轧制油的特性与消除软铝合金表面粘铝缺陷的经验，寻找完全或部分替代有机皂与自由脂肪酸的其它类型添加剂，一方面提高有效润滑膜的形成速度，改善该膜层的强度，一方面保持板面清洁，延长乳液的使用寿命，都很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种纯铝及铝合金热轧轧制油，其能改善皂基型铝热轧轧制油在轧制纯铝或1XXX系铝合金材料时的高温润滑性能，消除传统皂基型铝热轧轧制油粘铝表面的缺陷，赋予纯铝或1XXX系铝合金优异的表面质量，同时，降低油品中有机皂与自由脂肪酸的含量，提高轧制乳液使用寿命，利于环保和提高经济效益。

实现上述目的的一种技术方案是：一种含铝金属热轧轧制油，包括用以形成三乙醇胺油酸皂的油酸和三乙醇胺、乳化剂，以及矿物油和酯类，其中油酸与三乙醇胺在该含铝金属热轧轧制油中的质量百分数之比大于等于2，其特征在于：所述酯类为简单酯和聚脂肪酸酯的组合物，其中简单酯在该含铝金属热轧轧制油中的含量为15wt.％～30wt.％,聚脂肪酸酯在该含铝金属热轧轧制油中的含量为1wt.％～20wt.％。

进一步的，聚脂肪酸酯在该含铝金属热轧轧制油中的含量为3wt.％～10wt.％。

进一步的，三乙醇胺和油酸在该含铝金属热轧轧制油中所占的总含量为5wt.％～20wt.％。

进一步的，所述的简单酯为三羟甲基丙烷油酸酯或者棕榈油。

进一步的，所述聚脂肪酸酯为：C16-C24的不饱和脂肪酸通过双键反应而形成的二聚脂肪酸、三聚脂肪酸、多聚脂肪酸或其混合物与C8-C22的饱和或不饱和脂肪醇反应所形成的酯。

再进一步的，所述不饱和脂肪酸包括：十六碳三烯酸，二十烯酸，二十碳三烯酸，二十二碳五烯酸，二十四碳五烯酸；所述饱和或不饱和脂肪醇包括十四烷醇，十六烯醇，异硬脂醇，蓖麻油醇，二十二烷醇。

进一步的，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯，其在该含铝金属热轧轧制油中的含量为2wt.％～3wt.％。

进一步的，所述乳化剂为聚乙二醇油酸酯和司班60的组合物，其在该含铝金属热轧轧制油中的总含量为2wt.％～3.5wt.％。

进一步的，所述矿物油为环烷基矿物油、机油或变压器油。

进一步的，该含铝金属热轧轧制油中还含有酚类抗氧剂或者甲醛释放类杀菌剂。

采用了本发明的一种含铝金属热轧轧制油的技术方案，该技术方案的含铝金属热轧轧制油中加入了添加剂聚脂肪酸酯。该含铝金属热轧轧制油加入水中，能形成稳定的乳液，该乳液在轧制纯铝或1XXX系铝合金材料时具有良好的高温润滑性能，消除传统皂基型铝热轧轧制油粘铝表面缺陷，赋予纯铝或1XXX系铝合金优异的表面质量，同时，降低油品中有机皂与自由脂肪酸的含量，提高热轧轧制乳液使用寿命，利于环保和提高经济效益。

具体实施方式

本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体的实施例进行详细地说明：

本发明的目的在于，基于常规的皂基型，即在含有由油酸和三乙醇胺反应生成三乙醇胺油酸皂的含铝金属热轧轧制油中再添加入聚脂肪酸酯添加剂，有效改善皂基型含铝金属热轧轧制油的高温润滑性能，在轧制纯铝和1XXX系铝合金时，消除粘铝表面的缺陷，提供优异的表面质量。

本发明的另一目的在于，使用聚脂肪酸酯类添加剂，能有效降低皂基型含铝金属热轧轧制油中皂基所占的质量百分比，以及皂基型含铝金属热轧轧制油中自由脂肪酸的质量百分比，提高轧制乳液的使用寿命，减少排放，利于环保和提高经济效益。

其中皂基型含铝金属热轧轧制油中加入的聚脂肪酸酯添加剂可以是由C16-C24的不饱和脂肪酸通过双键聚合反应而形成的二聚体，即二聚脂肪酸，与C8-C22的饱和或不饱和脂肪醇反应所形成的酯，可以是由C16-C24的不饱和脂肪酸通过双键聚合反应而形成的三聚体，即三聚脂肪酸与C8-C22的饱和或不饱和脂肪醇反应所形成的酯，可以是由C16-C24的不饱和脂肪酸通过双键聚合反应而形成的多聚体，即多聚脂肪酸与C8-C22的饱和或不饱和脂肪醇反应所形成的酯。也可以是上述三者的混合物。二聚脂肪酸、三聚脂肪酸和多聚脂肪酸统称聚脂肪酸。必须说明的是，聚脂肪酸上只要有一个羧基与C8-C22的饱和或不饱和脂肪醇反应即可以算是聚脂肪酸酯。如果聚脂肪酸酯是由聚脂肪酸中的两个羧基分别C8-C22的不饱和脂肪醇反应而形成，那么用以形成该聚脂肪酸酯的两个C8-C22的不饱和脂肪醇的双键之间也可以发生聚合反应。聚脂肪酸的分子式为：

用以形成聚脂肪酸酯的不饱和脂肪酸部分包括：十六碳三烯酸，二十烯酸，二十碳三烯酸，二十二碳五烯酸，二十四碳五烯酸等。

组成聚脂肪酸酯类的饱和或不饱和脂肪醇部分包括：十四烷醇，十六烯醇，异硬脂醇，蓖麻油醇，二十二烷醇等。

在制备本发明的一种含铝金属热轧轧制油时所加入的聚脂肪酸酯类添加剂的使用为直接添加到含铝金属热轧轧制油中，添加量一般为含铝金属热轧轧制油的总质量的1wt.％-20wt.％。优选的添加量为含铝金属热轧轧制油总质量的3wt.％～10wt.％。聚脂肪酸酯类添加剂也可与其它类型的聚脂肪酸酯复配使用，还可与相应的或不同的聚脂肪酸复配使用。

本发明中所使用的聚脂肪酸酯类添加剂的使用，不限于皂基型含铝金属热轧轧制油，也适用于无皂型或其它类型的含铝金属热轧轧制油。

本发明的一种含铝金属热轧轧制油中加入了作为添加剂使用的聚脂肪酸酯，可以完全消除含铝金属,尤其是纯铝和1XXX系铝合金在各种类型的热轧轧制过程中发生的粘铝表面的缺陷。

本发明的一种含铝金属热轧轧制油中加入了作为添加剂使用的聚脂肪酸酯，可以最大限度延长该含铝金属热轧轧制油加入水中后所形成的轧制乳液的使用寿命，轧制乳液的使用寿命可达十年以上。

为评价聚脂肪酸酯在改善皂基型含铝金属热轧轧制油的高温润滑性能上的作用，选择市面上有售的，已经由客户使用，且反映良好的，某公司代表性产品作比较，与申请人的一种不含聚脂肪酸酯的含铝金属热轧轧制油，以及两种含有聚脂肪酸酯的含铝金属热轧轧制油进行比较，在同一台四辊单机架可逆式热轧机，用四种含铝金属热轧轧制油轧制纯铝或1XXX系铝合金材料，分析的实验数据如下，四种含铝金属热轧轧制油中总酯含量为简单酯和聚脂肪酸酯在含铝金属热轧轧制油中的总的质量百分比，聚脂肪酸酯含量为聚脂肪酸酯在含铝金属热轧轧制油中的质量百分比，有机皂含量为油酸和三乙醇胺反应生成的三乙醇胺油酸皂在含铝金属热轧轧制油中的质量百分比，自由脂肪酸含量为未与三乙醇胺反应的油酸在含铝金属热轧轧制油中的质量百分比。表中的四种含铝金属热轧轧制油中的简单酯为棕榈油。

表1四种含铝金属热轧轧制油组成

表2四种含铝金属热轧轧制油基础特性

为评估四种含铝金属热轧轧制油的高温润滑特性，使用济南恒旭试验机技术有限公司的MFW-02型往复式摩擦磨损试验机，分别评价和比较了上面四种含铝金属热轧制油的润滑性能。测试过程如下：

将涂覆有含铝金属热轧制油的钢制摩擦头，于5kg的负荷下，在一已加热至316℃的，由西南铝业提供的，厚度为0.28mm的1050铝合金板，上作往复式画弧运动，摩擦头的移动速度200cm/min，摩擦头上的加油量5μL。1050铝合金板下为加热台，连有一力矩传感器。该传感器将试验力矩传输到电脑中，经计算，转化为一系列摩擦系数。该摩擦头从1050铝合金板最左端开始运动，运动到最右端，记为半个周期；再运动回最左端，记为一个周期。以后依次类推。最终结果取前2-5个周期的摩擦系数的平均值，作为该油品在316℃下，材料表面的摩擦系数，予以记录。

一般而言，前半个周期，即摩擦头由1050铝合金板最左端移至最右端的过程，是所谓有效润滑膜层建立的过程，之后该膜层趋于平衡，达到稳定的润滑状态。通过比较前半个周期的摩擦特性，可以很好地反映四种含铝金属热轧轧制油在316℃下的润滑特性，以及在316℃下，于新鲜的轧件表面，建立润滑膜层的情况。

表3高温摩擦性能

由高温摩擦实验的数据可知，对于添加了聚脂肪酸酯类添加剂的含铝金属热轧轧制油乳液，能够显著降低摩擦头在1050铝合金板上的平均摩擦系数。同时，相比未添加聚脂肪酸酯类添加剂的含铝金属热轧轧制油，添加了聚脂肪酸酯类添加剂的含铝金属热轧轧制油乳液在1050铝合金板上的平均摩擦系数更低。由第一周期摩擦系数可以看出，添加了聚脂肪酸酯类添加剂的含铝金属热轧轧制油乳液使摩擦头的摩擦系数更低，1050铝合金板上的润滑膜层更有效，表明添加了聚脂肪酸酯类添加剂的含铝金属热轧轧制油，更能迅速地在1050铝合金板上建立有效而牢固的润滑膜层。同类产品3#中，含铝金属热轧轧制油的有机皂含量与自由脂肪酸含量也明显降低。在保证含铝金属热轧轧制油润滑性能的同时，粘度也显著降低，能够保证更加良好的冷却性能。此外，较低的酸值与皂化值，保证了乳液的长效稳定，能够有效延长乳液的使用寿命。

同类产品3#在1050铝合金板上具有良好的高温润滑特性。适宜的有机皂与自由脂肪酸含量，除了满足适宜的润滑要求外，能够保证良好的表面质量。该产品还用于其它种类铝合金的热轧轧制，诸如3XXX系和5XXX系铝合金材料，调节简便、迅速，且乳液性能稳定，长期无需排放，能够满足环保和经济要求。同时轧件表面均一、光亮，一般无粘铝的缺陷，且经阳极氧化处理后，板面质量优异。

下面结合实施例进一步说明本发明，但本发明不仅仅局限于这些实施例。

实施例1：用于四辊单机架可逆式热轧机轧制纯铝或1XXX系铝合金材料的典型配方，一般配比如下所示，其中的简单酯为合成酯，本实施例中合成酯为三羟甲基丙烷油酸酯。

实施例1-1：三羟甲基丙烷油酸酯15wt.％，聚脂肪酸酯8wt.％，油酸4wt.％，三乙醇胺1wt.％，作为乳化剂使用的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯2wt.％，酚类抗氧剂0.5wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

实施例1-2：三羟甲基丙烷油酸酯20wt.％，聚脂肪酸酯12wt.％，油酸8wt.％，三乙醇胺3wt.％，作为乳化剂使用的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯3wt.％，酚类抗氧剂1wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

实施例1-3：三羟甲基丙烷油酸酯17wt.％，聚脂肪酸酯10wt.％，油酸6wt.％，三乙醇胺2wt.％，作为乳化剂使用的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯1.5wt.％，酚类抗氧剂0.8wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

实施例1-4：三羟甲基丙烷油酸酯20wt.％，聚脂肪酸酯8wt.％，油酸8wt.％，三乙醇胺1wt.％，作为乳化剂使用的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯2wt.％，酚类抗氧剂1wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

实施例1-5：三羟甲基丙烷油酸酯15wt.％，聚脂肪酸酯12wt.％，油酸4wt.％，三乙醇胺2wt.％，作为乳化剂使用的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯3wt.％，酚类抗氧剂0.5wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

按照上面的组分，在90℃下，按照环烷基矿油、油酸，三乙醇胺、三羟甲基丙烷油酸酯、聚脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、酚类抗氧剂的顺序加入到反应釜中，混合均匀即可，无需其它特殊处理方式。

实施例2用于四辊多机架连轧机热轧轧制纯铝或1XXX系铝合金材料的典型配方，一般配比如下所示，其中的简单酯为天然酯，本实施例中天然酯为棕榈油。

实施例2-1：棕榈油25wt.％，聚脂肪酸酯1wt.％，油酸10wt.％，三乙醇胺1wt.％，作为乳化剂使用的聚乙二醇油酸酯1wt.％，作为乳化剂使用的司班60为1wt.％，酚类抗氧剂0.5wt.％，甲醛释放类杀菌剂0.5wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

实施例2-2：棕榈油30wt.％，聚脂肪酸酯6wt.％，油酸15wt.％，三乙醇胺5wt.％，作为乳化剂使用的聚乙二醇油酸酯1.5wt.％，作为乳化剂使用的司班60为2wt.％，酚类抗氧剂1wt.％，甲醛释放类杀菌剂1wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

实施例2-3：棕榈油28wt.％，聚脂肪酸酯4wt.％，油酸12wt.％，三乙醇胺3wt.％，作为乳化剂使用的聚乙二醇油酸酯1.2wt.％，作为乳化剂使用的司班60为1.5wt.％，酚类抗氧剂0.8wt.％甲醛释放类杀菌剂0.8wt.％，，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

实施例2-4：棕榈油30wt.％，聚脂肪酸酯1wt.％，油酸10wt.％，三乙醇胺5wt.％，作为乳化剂使用的聚乙二醇油酸酯1.5wt.％，作为乳化剂使用的司班60为1wt.％酚类抗氧剂1wt.％，甲醛释放类杀菌剂0.5wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

实施例2-5：棕榈油，25wt.％，聚脂肪酸酯6wt.％，油酸15wt.％，三乙醇胺1wt.％，作为乳化剂使用的聚乙二醇油酸酯1wt.％，作为乳化剂使用的司班60为2wt.％酚类抗氧剂0.5wt.％甲醛释放类杀菌剂1wt.％，以及余量作为基础油的环烷基矿油。

按照上面的组分，在90℃下，按照环烷基矿油、油酸，三乙醇胺、棕榈油、聚脂肪酸酯、聚乙二醇油酸酯和司班60、酚类抗氧剂的顺序加入到反应釜中，混合均匀即可，无需其它特殊处理方式。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种含铝金属热轧轧制油，包括用以形成三乙醇胺油酸皂的油酸和三乙醇胺，乳化剂、以及矿物油和酯类，其中油酸与三乙醇胺在该含铝金属热轧轧制油中的质量百分数之比大于等于2，其特征在于：所述酯类为简单酯和聚脂肪酸酯的组合物，其中简单酯在该含铝金属热轧轧制油中的含量为15wt.％～30wt.％,聚脂肪酸酯在该含铝金属热轧轧制油中的含量为1wt.％～20wt.％。

2.根据权利要求1所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：聚脂肪酸酯在该含铝金属热轧轧制油中的含量为3wt.％～10wt.％。

3.根据权利要求1所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：三乙醇胺和油酸在该含铝金属热轧轧制油中所占的总含量为5wt.％～20wt.％。

4.根据权利要求1所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：所述的简单酯为三羟甲基丙烷油酸酯。

5.根据权利要求1所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：所述聚脂肪酸酯为：C16-C24的不饱和脂肪酸通过双键反应而形成的二聚脂肪酸、三聚脂肪酸、多聚脂肪酸或其混合物与C8-C22的饱和或不饱和脂肪醇反应所形成的酯。

6.根据权利要求5所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：所述不饱和脂肪酸包括：十六碳三烯酸，二十烯酸，二十碳三烯酸，二十二碳五烯酸，二十四碳五烯酸；所述饱和或不饱和脂肪醇包括十四烷醇，十六烯醇，异硬脂醇，蓖麻油醇，二十二烷醇。

7.根据权利要求1所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯，其在该含铝金属热轧轧制油中的含量为2wt.％～3wt.％。

8.根据权利要求1所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：所述乳化剂为聚乙二醇油酸酯和司班60的组合物，其在该含铝金属热轧轧制油中的总含量为2wt.％～3.5wt.％。

9.根据权利要求1所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：所述矿物油为环烷基矿物油、机油或变压器油。

10.根据权利要求1所述的一种含铝金属热轧轧制油，其特征在于：该含铝金属热轧轧制油中还含有酚类抗氧剂或者甲醛释放类杀菌剂。