CN104673441B - 一种固体润滑剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种固体润滑剂，所述润滑剂包括聚乙烯蜡、石墨和碳酸钙；以所述固化润滑剂的总重量为基准，所述聚乙烯蜡的含量为50‑80wt%，所述石墨的含量为1‑15wt%，所述碳酸钙的含量为15‑45wt%。本发明还提供了该固体润滑剂的制备方法。本发明的固体润滑剂不仅解决了非晶合金的压铸润滑难点，而且提高其产品的良率和生产效率，而且该固体润滑剂的使用温度范围更宽为工艺调整提供了更宽的窗口。

Description

一种固体润滑剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于压铸领域，尤其涉及一种固体润滑剂及其制备方法和应用。

背景技术

压铸系统中，冲头和料筒之间的摩擦是影响压射稳定性的一个主要原因。如何减少冲头和料筒之间的摩擦，一般会选择成型润滑剂来解决。成型润滑剂主要有油基润滑剂、乳化液、固体润滑剂三类。

油基润滑剂通常由基础油和添加剂组成，其中基础油为主要部分，所占比例达60%-90%，甚至达到97%。基础油可以是矿物油、动植物油或合成油。矿物油是含有各种碳氢化合物——称之为“烃类”的复杂混合物，同时矿物油还有硫、氮、氧等元素。矿物油一般由非极性分子组成，有极性较弱，对金属表面的吸附作用较差。动植物油在分子结构上为极性化合物，氧化安定性较差，高温下游离的有机酸对金属腐蚀性甚强，并且高温时在金属表面形成较严重油斑。

乳化液，两种互不相溶的液相中，一种液相以细小液滴的形式均匀分布于另一种液相中形成的两相平衡体系。其中，含量小的称分散相，含量大的称连续相。若分散相是油，连续相是水，则形成O/W型乳化液；反之则形成W/O型乳化液。乳化液的外观取决于在连续相中分散相液滴直径的大小。乳化液的组成—主要由基础油、乳化剂、添加剂和水组成。除了乳化剂外，其他各组分的性能、含量也会对乳化液的润滑性能、使用效果及使用寿命产生重要影响。大部分乳化液呈弱碱性，若人长期接触可能造成皮炎。

固体润滑剂，从粘着理论讲，凡是剪切强度比变形金属剪切强度低的固体物质都可以作为材料成型过程中的固体润滑剂。但考虑到其他方面的因素，如温度、压力等使用最广泛的固体润滑剂还是粉末状的石墨和二硫化钼。

大块非晶合金是一种全新的材料，在其采用压铸工艺进行工业化生产中同样会遇到压铸冲头与料筒之间的摩擦磨损问题，而且由于其特殊性摩擦磨损较普通压铸更加严重，另外非晶合金的形成能力对润滑剂带入的某些杂质非常敏感，这就使得其润滑问题具有更大的难度和复杂性。

其难度和复杂性体现在：（1）非晶合金这种具有高强高硬金属压铸，由于常温下非晶合金几乎不具有塑性形变，因此在非晶压铸生产中，料筒和锤头之间产生的非晶碎屑在压铸的高速下摩擦，对料筒和锤头具有极强的破坏。如不进行有效润滑，非晶压铸中对料筒和压射头的磨损较常规压铸快很多，磨损速度是普通压铸的几倍甚至十几倍；（2）非晶合金对杂质的敏感性较大，传统润滑剂中很多含有P、S等杂质，这些杂质一旦进入非晶合金，将大大降低非晶合金的临界尺寸，导致非晶合金材料力学性能下降，临界尺寸下降导致流道断裂，开模时易于形成拉模使产品被拉断，大大降低了产品良率；（3）不同的非晶合金体系的压铸温度范围不同，生产多种牌号的产品需要更改其压铸料筒温度，传统润滑剂难以在较宽的温度下均具有良好润滑作用。

在压铸行业中解决磨损普遍使用的技术方案有：

1）采用液体润滑剂喷洒锤头和料筒，该方案在非晶压铸中具有的不足体现在：a.无法形成有效润滑界面膜，润滑效果差；b.很多含有易挥发性物质，压铸中易于形成铸孔；c. 含有P、S等杂质有降低非晶合金临界尺寸的风险；d.挥发气体对环境污染大。

2）常规固体润滑剂涂覆锤头，该方案在非晶压铸中具有的不足体现在：在非晶合金压铸时润滑涂层不均匀，在锤头上的附着力不够。特别是在非晶压铸中，需要一定的料筒温度时，其附着力更差。往往压铸几次润滑涂层就几乎脱落完了，无法保证连续压铸润滑效果。

3）压铸冲头固体颗粒润滑珠， 公开号为CN101067103A的专利中公开了一种固体颗粒润滑珠，虽然该固体润滑珠具有降低摩擦系数的作用，但专利中成分不能在一个较高的温度范围内保持润滑效果。

4）高温润滑剂，通常用的是石墨、硫化钼等。但硫化钼在340℃～400℃时开始氧化，同时也容易成为非晶材料的杂质。单纯的石墨直接撒在金属表面，难以形成均匀的界面膜，且不易于操作。

发明内容

本发明为解决现有的润滑剂在高温时润滑效果差、含有杂质的技术问题，提供一种在高温时润滑效果好且没有杂质的固体润滑剂及其制备方法和应用。

本发明提供了一种固体润滑剂，所述润滑剂包括聚乙烯蜡、石墨和碳酸钙；以所述固化润滑剂的总重量为基准，所述聚乙烯蜡的含量为50-80wt%，所述石墨的含量为1-15wt%，所述碳酸钙的含量为15-45wt%。

本发明还提供了一种固体润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将聚乙烯蜡融化；

S2、将碳酸钙分次逐渐加入到融化后的聚乙烯蜡中搅拌均匀，得到第一混合物；

S3、向第一混合物中加入石墨搅拌均匀得到第二混合物；

S4、将第二混合物制成固体即得到固体润滑剂；

其中，以所述固化润滑剂的总重量为基准，所述聚乙烯蜡的含量为50-80wt%，所述石墨的含量为1-15wt%，所述碳酸钙的含量为15-45wt%。

本发明还提供了该固体润滑剂作为非晶合金压铸用润滑剂的应用。

本发明的固体润滑剂中，选择具有自润滑作用的聚乙烯蜡作为载体，在其中添加碳酸钙，碳酸钙可以对该体系进行黏度调节，增强其吸附力。碳酸钙粒子被聚乙烯蜡包覆，适当的碳酸钙粒子填充后，相同体积内的聚乙烯蜡含量降低，聚乙烯蜡本身的致密性下降，由于碳酸钙具有适当的黏度，且润滑剂的膜层相对较厚，导致出现-PE-CaCO3-PE-CaCO3-PE-及-PE-CaCO3-PE- C-PE-多层结构，这种结构的膜在受到纵向外力时可能出现多个界面撕裂，使得这种界面膜的剪切强度比较低，摩擦系数较低，可低于0.08。同时在固体润滑剂中还包含有石墨，石墨在高温下具有良好润滑作用，另外CaCO3的加入使体系的熔化点提高，使得其能再较高温度下使用。因此，本发明的固体润滑剂在150℃-450℃的宽范围内体系均具有良好的润滑效果。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种固体润滑剂，所述润滑剂包括聚乙烯蜡、石墨和碳酸钙；以所述固化润滑剂的总重量为基准，所述聚乙烯蜡的含量为50-80wt%，所述石墨的含量为1-15wt%，所述碳酸钙的含量为15-45wt%。

根据本发明所提供的固体润滑剂，为了进一步增加该固体润滑剂的润滑效果，优选地，所述固体润滑剂还包括滑石粉，以润滑剂的总重量为基准，所述滑石粉的含量0-10wt%。

根据本发明所提供的固体润滑剂，优选地，所述聚乙烯蜡的数均分子量为2000-5000。分子量为2000-5000的聚乙烯蜡的润滑性好，且易于与石墨和碳酸钙的混合，便于粘度调节。

根据本发明所提供的固体润滑剂，优选地，所述石墨的平均粒径为100nm-50um。石墨的粒径太大不利于与聚乙烯蜡混合并被聚乙烯蜡包覆，同时不易成膜，粒径太小润滑效果不好。

根据本发明所提供的固体润滑剂，优选地，所述碳酸钙的平均粒径为50nm-10um。碳酸钙的粒径太大不利于被聚乙烯蜡包覆，粒径太小润滑效果不好。

根据本发明所提供的固体润滑剂，为了进一步提高固体润滑剂的润滑效果，优选地，所述滑石粉的平均粒径为50nm-10um。

根据本发明所提供的固体润滑剂，为了控制固体润滑剂的使用温度下成膜的粘附力，优选地，所述固体润滑剂在200℃时的粘度为500-3000CP。

本发明还提供了一种固体润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将聚乙烯蜡融化；

S2、将碳酸钙分次逐渐加入到融化后的聚乙烯蜡中搅拌均匀，得到第一混合物；

S3、向第一混合物中加入石墨搅拌均匀得到第二混合物；

S4、将第二混合物制成固体即得到固体润滑剂；

其中，以所述固化润滑剂的总重量为基准，所述聚乙烯蜡的含量为50-80wt%，所述石墨的含量为1-15wt%，所述碳酸钙的含量为15-45wt%。

根据本发明所提供的制备方法，优选地，所述融化的温度为120-150℃。

根据本发明所提供的制备方法，优选地，在步骤S4之前还包括加入滑石粉的步骤。

本发明的固体润滑剂可以在较宽的温度范围150-450℃之间使用，且其压铸使用寿命较长，在锤头上形成的界面膜可连续压铸10次以上不脱落。

本发明还提供了该固体润滑剂作为非晶合金压铸用润滑剂的应用。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

固体润滑剂的成分和重量百分比如下：PE蜡：55%；石墨：15% ；碳酸钙30%。

其制作工艺为：

①将PE蜡在140℃下融化；

②将碳酸钙分次逐渐加入到融化后的PE蜡中并搅拌均匀；

③然后加入石墨粉进一步搅拌，直至混合均匀；

④将混合体制作成粒状固体润滑剂A1。

实施例2

固体润滑剂的成分和重量百分比如下：PE蜡：79%；石墨：1% ；碳酸钙15%；滑石粉：5% 。

其制作工艺为：

①将PE蜡在120℃下融化；

②将碳酸钙分次逐渐加入到融化后的PE蜡中并搅拌均匀；

③然后加入石墨粉和滑石粉进一步搅拌，直至混合均匀；

④将混合体制作成粒状固体润滑剂A2。

实施例3

固体润滑剂的成分和重量百分比如下：PE蜡：60%；石墨：10% ；碳酸钙30%；

其制作工艺为：

①将PE蜡在150℃下融化；

②将碳酸钙分次逐渐加入到融化后的PE蜡中并搅拌均匀；

③然后加入石墨粉进一步搅拌，直至混合均匀。

④将混合体制作成粒状固体润滑剂A3。

实施例4

固体润滑剂的成分和重量百分比如下：PE蜡：60%；石墨：5% ；碳酸钙25%；滑石粉10%。

其制作工艺为：

①将PE蜡在130℃下融化；

②将碳酸钙分次逐渐加入到PE蜡中并搅拌均匀；

③然后加入石墨粉和滑石粉进一步搅拌，直至混合均匀。

④将混合体制作成粒状固体润滑剂A4。

实施例5

固体润滑剂的成分和重量百分比如下：PE蜡：50%；石墨：4% ；碳酸钙45%；滑石粉1%。

其制作工艺为：

①将PE蜡在130℃下融化；

②将碳酸钙分次逐渐加入到PE蜡中并搅拌均匀；

③然后加入石墨粉和滑石粉进一步搅拌，直至混合均匀。

④将混合体制作成粒状固体润滑剂A5。

对比例1

购买的水性润滑剂（日本青木公司， BR）CA1。

对比例2

按照专利CN101067103A中实施例1的成分配置固体润滑珠CA2。

对比例3

配置润滑酯膏（矿物油酯80%+石墨20%）CA3。

性能测试

将实施例1-4所制备的固体润滑剂和对比例1-3的润滑剂CA1-CA3分别进行如下的性能，结果见表1。

1、润滑效果测试

分别将1.0 g固体润滑剂A1-A4及CA1-CA3放入料筒，给料筒160℃的温度将固体润滑剂进行熔化，锤头手动来回运行2次。然后采用蚊香模具在特定工艺下进行压铸生产，记录其生产中卡锤频率、充型长度、产品良率情况。

1）卡锤频率

使用润滑剂处理开始到卡锤的间隔压铸次数我们称作卡锤频率。本发明中，记录连续生产500模的卡锤次数，然后除以压铸模数，称作卡锤频率。

2）充型长度

压铸时金属液填充型腔的长度。本发明记录前三个压铸模的平均充型长度。

3）产品良率

产品良率=合格的产品/产品总数。以生产500模数的产品良率。

4）生产效率

记录一天的压铸模数，记为生产效率。

5）锤头使用寿命

记录一个锤头可以重复压铸的次数。

2、固体润滑剂成膜使用寿命测试

以加固体润滑剂后开始记，记录固体润滑剂可以重复利用的次数。

3、温度范围测试

调节温度参数进行测试其卡锤频率，以连续30模数为准，卡锤频率大于0.5时认为该润滑剂在该温度下失效。为不良产品，使用温度范围定为卡锤频率小于0.5的温度范围。同时结合锤头上的界面膜进行判断，在温度过高和过低时锤头上均无法形成稳定界面膜，无法起到较好的连续润滑效果。

表1

。

从表1可以看出，常规润滑剂中最好的是普通固体润滑珠，其润滑效果较好，但其界面膜寿命较低，只有8次；锤头使用寿命产品良率均比本发明的固体润滑剂差很多。本发明实施例中的固体润滑剂A1-A5的综合性能均比常规压铸润滑剂好。特别是实施例4其锤头使用寿命得到了极大的提高，达到了800次，是水剂润滑剂的10倍，是润滑酯膏的5倍多，是普通固体润滑珠的2.6倍多；界面膜寿命达到了30次，而且温度使用范围广，最高使用温度可以达到450℃。

本发明不仅解决了非晶合金的压铸润滑难点，而且提高其产品的良率和生产效率，而且其润滑剂的使用温度范围更宽为工艺调整提供了更宽的窗口。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体润滑剂，其特征在于，所述固体润滑剂包括聚乙烯蜡、石墨和碳酸钙；以所述固体润滑剂的总重量为基准，所述聚乙烯蜡的含量为50-80wt%，所述石墨的含量为1-15wt%，所述碳酸钙的含量为15-45wt%，所述碳酸钙的平均粒径为50nm-10um。

2.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其特征在于，所述固体润滑剂还包括滑石粉，以固体润滑剂的总重量为基准，所述滑石粉的含量1-10wt%。

3.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其特征在于，所述聚乙烯蜡的数均分子量为2000-5000。

4.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其特征在于，所述石墨的平均粒径为100nm-50um。

5.根据权利要求2所述的固体润滑剂，其特征在于，所述滑石粉的平均粒径为50nm-10um。

6.根据权利要求1所述的固体润滑剂，其特征在于，所述固体润滑剂在200℃时的粘度为500-3000CP。

7.一种固体润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将聚乙烯蜡融化；

S2、将碳酸钙分次逐渐加入到融化后的聚乙烯蜡中搅拌均匀，得到第一混合物；

S3、向第一混合物中加入石墨搅拌均匀得到第二混合物；

S4、将第二混合物制成固体即得到固体润滑剂；

其中，以所述固体润滑剂的总重量为基准，所述聚乙烯蜡的含量为50-80wt%，所述石墨的含量为1-15wt%，所述碳酸钙的含量为15-45wt%。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述融化的温度为120-150℃。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4之前还包括加入滑石粉的步骤。

10.权利要求1-6任一项所述的固体润滑剂作为非晶合金压铸用润滑剂的应用。