CN106010763A

CN106010763A - 一种热锻润滑剂及其制备方法与应用

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Publication number: CN106010763A
Application number: CN201610412460.4A
Authority: CN
Inventors: 程仁策; 吕正风; 廖茂; 方清万
Original assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Current assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2016-10-12

Abstract

本发明涉及一种热锻润滑剂及其制备方法与应用；属于锻造成形技术领域。热锻润滑剂各组分为：纳米MoS₂，六方BN，三硝酸甲脂，水玻璃，纳米MgO，水。使用前将各组分充分混合后喷覆于模具和坯料表面。本发明在保证在锻造温度范围内具有良好的润滑性、脱模性能、冷却及绝热性能、高温润湿性(成膜性)、悬浮分散性和可喷射性的同时，还具备与石墨型润滑剂相当的润滑性能，尤其是高温润滑性能，特别适用于金属热模锻尤其是大型铝件的热模锻；不与铝合金反应，是一种无污染的水基非石墨型润滑剂。该润滑剂可在高强铝合金等温模锻时，在模锻件表面形成润滑和保护膜，特别适用于大型复杂结构的航天航空用高强铝合金模锻件的成形润滑。适于工业化应用。

Description

一种热锻润滑剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种热锻润滑剂及其制备方法与应用；属于锻造成形技术领域。

背景技术

在高强铝合金零件的模锻成形过程中，坯料和模具之间的摩擦会阻碍金属流动，不仅会导致锻压载荷升高，而且金属的流动不均匀也会导致工件组织不均匀，模膛充型不满等缺陷，甚至会降低模具使用寿命。另外热模锻结束后，铝合金非常容易与模具发生粘模现象，影响零件脱模，以及零件的表面质量。因此选用合适的润滑剂来改善金属的流动和脱模问题则显的非常重要。

国内铝合金热模锻润滑剂多为石墨系润滑剂，近年来我国相继开发了多种水剂石墨型热锻润滑剂，如CN101463288A公开的组分为：聚酞胺酞亚胺、石墨、二硫化钼、稀土氟化物、金属氧化物、γ-环氧丙氧丙基三甲基硅烷、混合有机溶剂的石墨基粘结固体润滑剂，具有良好的高温耐磨性和润滑性；CN101126046A公开的一种由石墨、石油磺酸钡、二硫化钼以及汽缸油组成的润滑剂，特别适用于铝合金等温成形过程中的润滑；由石墨微粉、甲基纤维素、亚甲基双钠磺酸钠、硅酸钠及表面活性剂组成的石墨润滑剂(CN1570049A)，具备良好的高温润滑特性；由天然或者人造石墨粉、稀土氧化物、二硫化钼、丙酮、乙醇、分散剂、水玻璃等组成的水性石墨润滑剂，具备表面自动修复功能(CN101914412A)；配方为：40～50％炮油，5～10％二硫化钼，20～30％胶状石墨和15～20％铝粉的石墨油剂，可用于铝合金汽油机连杆和柴油机活塞的锻造；其配方为：90％油酸和10％石蜡也可用于各种复杂铝合金模锻件润滑；甚至在铝合金模压时也可采用汽缸油或锭子油添加一定比例的石墨进行润滑。这些石墨润滑剂具有良好的高温润滑性能，但石墨是热的良导体，其隔热保温性能较差，而且石墨在金属表面的附着性能较差，色黑、粒小、易扩散，极易污染环境，对工人的身体健康有害，用石墨型润滑剂后锻件表面非不易清理，要花费大量物力人力，这些都制约着石墨润滑剂在等温模锻中的应用，因此，发展非石墨型润滑剂势在必行。

国内外已经成功研制出非石墨型润滑剂,其润滑性能已接近水基石墨润滑剂。如CN101811173A公开的无石墨高性能环境友好型热锻润滑液，是由高分子化合物、耐高温润滑剂、无机物、辅料、水加上一些附加物组成，润滑性能达到或者超过石墨型产品同等水平，但是高分子化合物、有机物含量过高时，在高温状态下可能发生分解，影响润滑效果，甚至可能分解为有害气体，存在环保问题；日本新发明的新型锻造、挤压润滑剂的水溶性低融点润滑剂是在在磷酸系玻璃中加硼酸，然后同胶状含氟硅酸镁的层状化合物复合化而制得，这种玻璃系润滑剂使用以后在锻件表面会发生粘着，不容易消除。

铝合金模锻变形过程中，为降低变形应力、提高锻件在模型中的流动性、减小氧化损失，必须使用润滑剂。到目前为止，铝合金模锻成形使用的润滑剂为钙基脂(俗称黄干油)，或者是以钙基脂为基础，加入胶体石墨粉、二硫化钼等。这些润滑剂存在的突出问题是在280℃最多不超过350℃就会发生烧失、分解、蒸发、炭化。在铝合金的锻造加热温度下早已发生烧失、分解、蒸发，仅剩下少许炭化后的残渣，在锻件表面不能形成能够起润滑作用的润滑膜和起抗氧化作用的保护膜。

发明内容

本发明是为了弥补已有技术的不足，提供一种热锻润滑剂及其制备方法与应用。本发明制备的热锻润滑剂在锻造温度范围内具有良好的润滑性、脱模性能、冷却及绝热性能、高温润湿性(成膜性)、悬浮分散性和可喷射性的同时，还具备与石墨型润滑剂相当的润滑性能，并且实现了残留物清理容易。

本发明一种热锻润滑剂，润滑剂原料包括：5％～15％的二硫化钼(MoS₂)，5％～10％的六方氮化硼(BN)，5％～10％的三硝酸甲脂，15％～25％的水玻璃，5％～10％的氧化镁(MgO)，40％～65％的水，上述百分比为质量百分比。

本发明一种热锻润滑剂，所述二硫化钼为纳米级粉末，粒径小于50纳米。

本发明一种热锻润滑剂，所述六方氮化硼粒径小于100纳米。

本发明一种热锻润滑剂，所述氧化镁为纳米级粉末，粒径小于50纳米。

本发明一种热锻润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按上述重量比将三硝酸甲脂加入到水玻璃中，充分搅拌，并用超声波震荡直至混合均匀；

步骤二：将三硝酸甲脂和水玻璃的混合物加入到水中充分震荡至均匀；

步骤三：按上述重量比将MoS₂、六方BN和MgO加入到步骤二中制得的均匀混合液中充分搅拌，并进行超声震荡。

本发明一种热锻润滑剂的应用，主要应用于铝合金、钛合金、镁合金、铜合金及镍合金模锻中，进一步地，所述铝合金模锻包括将润滑剂应用于锻造设备和/或坯料的表面的步骤；在可选的技术方案中，润滑剂充分搅拌和震荡后，喷涂或刷涂在加热后的模具和坯料表面，喷涂或刷涂的热锻润滑剂涂层厚度为0.2-0.5mm。

层状六方BN和纳米MoS₂是本发明的主体润滑材料，由在同一个平面上展开的六角网面状原子层垒集而成的BN，与层状结构的石墨类似层与层之间很容易发生相对滑动，起到了很好的减摩擦的作用。纳米MoS₂本身就是一种耐热温度较高的润滑剂。两者混合的高温摩擦系数约为0.3～0.4，比石墨型润滑剂0.1的高温润滑系数偏低，考虑加入一些物质来改善BN和MoS₂的高温润滑性能，而三硝酸甲脂具有容易在金属材料表面形成多层化学吸附膜，阻止金属表面的微观凸起相互接触的特点，当三硝酸甲脂吸附膜受到垂直方向的作用力时，很容易在分子层间发生相对滑动，从而降低剪切强度，减小了摩擦力，以此来起到润滑作用。因而加入润滑性能很好的三硝酸甲脂来改善它的润滑性能。实验证明，加入三硝酸甲脂后，润滑剂的摩擦系数下降到0.1以下，润滑性能得到大大提高。水玻璃的加入可很好的实现层状六方BN、纳米MoS₂和三硝酸甲脂在水溶液中的分散性，考虑到锻造以后更容易脱模，加入粘附性较差的纳米MgO来促进脱模。

可见将BN、MoS₂、三硝酸甲脂、水玻璃和MgO在水中进行混合可以得到综合性能优良的润滑剂。BN和MoS₂有助于提高润滑剂的热稳定性能，MgO有助于提高脱模性能，三硝酸甲脂有助于提高润滑剂的润滑性能，从而使得锻件表面光亮，脱模容易。

本发明与现有的技术相比较，具有如下显著优点和突出特点：

1.本润滑剂悬浮液具有配制过程简单，悬浮性能好等优点，价格比较便宜。各种组分及其高温分解的无害产物对工模具及工件不会产生物理和化学反应，同时在热加工温度范围内除了有机化合物进行分解以外，大部分无机化合物都处于液体摩擦条件，这样就避免了工模具与工件的直接接触，不仅有利于提高工模具的使用寿命而且能保证工件的表面质量。本发明润滑剂中不含有石墨，从而避免了使用石墨型润滑剂引起环境污染。

2.本发明在保证在锻造温度范围内具有良好的润滑性、脱模性能、冷却及绝热性能、高温润湿性(成膜性)、悬浮分散性和可喷射性的同时，还具备与石墨型润滑剂相当的润滑性能，尤其是高温润滑性能，并且实现了残留物清理容易，可以替代石墨型润滑剂，特别适用于金属热模锻尤其是大型铝件的热模锻。

3.本发明润滑剂实际应用高温摩擦系数与石墨型相当，适用于铝合金等其他金属的热模锻，是一种通用性较好的润滑剂。

4.本发明的玻璃润滑剂可以以涂料的形式刷涂于锻件的表面或模具型腔的内表面，也可以以喷射的方式喷涂在锻件表面或模具型腔的内表面。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明的保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例制备的热锻润滑剂，其组分的质量百分比为：

二硫化钼(MoS₂)：5％；

六方氮化硼(BN)：5％；

三硝酸甲脂：5％；

水玻璃：15％；

氧化镁(MgO)：5％；

水：65％。

制备方法是：首先将三硝酸甲脂加入到水玻璃中，充分搅拌，并用超声波震荡直至混合均匀；然后将三硝酸甲脂和水玻璃的混合物加入到水中充分震荡至均匀；然后将粒径为45纳米的MoS₂、粒径为80纳米六方BN和粒径为40纳米的MgO依次加入到上述混合液中充分搅拌，并进行超声震荡，得到热锻润滑剂。

其应用是：使用前将热锻润滑剂充分搅拌和震荡后，用高压气体喷枪喷覆在加热后的模具和坯料表面。该润滑剂在高强铝合金热模锻温度(420±10℃)下的摩擦系数为0.086。

实施例2：

本实施例制备的热锻润滑剂，各组分的质量百分比为：

二硫化钼(MoS₂)：10％；

氮化硼(BN)：8％；

三硝酸甲脂：7％；

水玻璃：20％；

氧化镁(MgO)：6％；

水：49％。

其制备方法是：首先将三硝酸甲脂加入到水玻璃中，充分搅拌，并用超声波震荡直至混合均匀；然后将三硝酸甲脂和水玻璃的混合物加入到水中充分震荡至均匀；然后将粒径为45纳米的MoS₂、粒径为80纳米六方BN和粒径为40纳米的MgO依次加入到上述混合液中充分搅拌，并进行超声震荡，得到热锻润滑剂。

其应用是：使用前将热锻润滑剂充分搅拌和震荡后，用高压气体喷枪喷覆在加热后的模具和坯料表面。该润滑剂在高强铝合金热模锻温度(420±10℃)下的摩擦系数为0.078。

实施例3：

本实施例制备的热锻润滑剂，各组分的质量百分比为：

二硫化钼(MoS₂)：15％；

氮化硼(BN)：10％；

三硝酸甲脂：6％；

水玻璃：18％；

氧化镁(MgO)：10％；

水：41％。

其应用是：使用前将热锻润滑剂充分搅拌和震荡后，刷涂在加热后的模具和坯料表面。该润滑剂在高强铝合金热模锻温度(420±10℃)下的摩擦系数为0.068。

上述实施例中各组分的含量只是示意性的，不构成对本发明的限定，二硫化钼在5％～15％；氮化硼在5％～10％；三硝酸甲脂在5％～10％；水玻璃在15％～25％；氧化镁在5％～10％；水在40％～65％的范围内都可以构成本发明的润滑剂。

本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有的技术。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims

1.一种热锻润滑剂，其特征在于：润滑剂原料包括：5％～15％的二硫化钼(MoS₂)，5％～10％的六方氮化硼(BN)，5％～10％的三硝酸甲脂，15％～25％的水玻璃，5％～10％的氧化镁(MgO)，40％～65％的水，上述百分比为质量百分比。

2.根据权利要求1所述的一种热锻润滑剂，其特征在于：所述氧化镁为纳米级粉末，粒径小于50纳米。

3.根据权利要求1所述的一种热锻润滑剂，其特征在于：所述二硫化钼为纳米级粉末，粒径小于50纳米。

4.根据权利要求1所述的一种热锻润滑剂，其特征在于：所述六方氮化硼粒径小于100纳米。

5.制备如权利要求1-4中任一项所述一种热锻润滑剂的方法，包括以下步骤：

6.如权利要求1-4任一项所述的热锻润滑剂的应用，其特征在于：所述热锻润滑剂应用于铝合金、钛合金、镁合金、铜合金及镍合金模锻中。

7.如权利要求6所述的一种热锻润滑剂的应用，其特征在于：将热锻润滑剂添加到锻造模具和/或合金坯料的表面，进行锻造。

8.根据权利要求7所述的一种热锻润滑剂的应用，其特征在于：热锻润滑剂添加方式采用喷涂或刷涂，涂层厚度为0.2-0.5mm。