CN110218607B - 一种复合掺杂b-n的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液及其制备方法 - Google Patents

一种复合掺杂b-n的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合掺杂B‑N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，由极压剂、分散剂、防锈剂和去离子水制备而成；极压剂包括掺杂B‑N的纳米氧化石墨烯、纳米钨酸钙和纳米二氧化硅；分散剂包括交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、乙醇、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠；防锈剂包括石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯；上述各组分的重量百分比含量为：掺杂B‑N的纳米氧化石墨烯0.1‑2.0；纳米二氧化硅0.1‑1.0；纳米钨酸钙0.1‑3.0；交联聚乙烯基吡咯烷酮0.5‑2.5；聚丙烯酸钠0.2‑2.5；乙醇1.5‑3.0；羧甲基纤维素1.0‑5.0；石油磺酸钡0.1‑3.0；三乙醇胺硼酸酯0.2‑3.0；三聚磷酸钠0.5‑3.0；去离子水余量。本发明具有稳定性好、抗菌、缓蚀防锈、润滑性优良等优点。

Description

一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲 压模具润滑液及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑液领域，涉及一种冲压模具润滑液及其制备方法，尤其涉及一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液及其制备方法。
背景技术
冲压成型油在金属冲压加工中占有重要的地位，冲压油的质量及其合理使用，关系到加工工艺成败、加工产品质量、模具寿命、生产效率及对后加工工序的影响等。一般工件在冲压过程中，尤其是在冷锻冲压加工过程中，温度会很快升高，必须加润滑油润滑，如果不使用润滑而直接冲压，除工件光洁度受到影响外，模具寿命将缩短，同时精度降低，为此模具方面的改进将投入大量费用。在金属加工过程中，尤其拉伸凹模和被拉伸板料之间涂上合适的润滑剂，使得五金冲压模具与板料不直接接触，可以避免金属模具与板料之间的粘附咬合。近年来，随着市场对金属冲压产品表面质量和加工工艺要求的提高，对金属的冲压模具润滑提出了更高的要求。
传统的金属加工润滑液大多具有保存稳定性差的问题，极易沉淀，使用不方便。同时，传统的金属加工润滑液由于组分问题，自身即带来大量污染。其污染源有两个：一个是油自身的氧化等化学变质。润滑油组成中的基础油和添加剂，在受到空气中的氧、以及摩擦条件下的温度和金属的作用，便会发生氧化连锁反应。润滑油氧化经过有机过氧化物和链的阡裂，生成各种油溶性的醛、酮和酸类。在深度氧化后，最终生成油不溶性氧化物——胶质和油泥等物质，使没备腐蚀，且导致油的粘度增高，油路堵塞乃至引发设备故障。另一个是使用和环境的污染，例如空气、水、磨损产物、大气中的尘埃、设备内部的渗漏等污染，使润滑剂劣化、变质、从而使润滑系统和元件发生故障，可靠性降低，使用寿命缩短。润滑油受到污染后会生成微粒污染物，是衡量润滑油的污染度的主要指标。润滑油的污染度是指单位容积油液中所含颗粒污染物的质量，污染物的含量可以用质量或颗粒数表示，相应的污染度测定方法有称重法和颗粒计数法。此外，清洁环保的工艺在生产过程中的应用技术也得到了更加广泛的关注，而传统金属加工润滑液在制造和生产过程中会产生油烟和有毒气体，污染环境。
发明内容
本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液及其制备方法，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，由极压剂、分散剂、防锈剂和去离子水制备而成；极压剂包括掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米钨酸钙和纳米二氧化硅；分散剂包括交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、乙醇、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠；防锈剂包括石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯；上述各组分的重量百分比含量为：掺杂B-N的纳米氧化石墨烯0.1-2.0；纳米二氧化硅0.1-1.0；纳米钨酸钙0.1-3.0；交联聚乙烯基吡咯烷酮0.5-2.5；聚丙烯酸钠0.2-2.5；乙醇1.5-3.0；羧甲基纤维素1.0-5.0；石油磺酸钡0.1-3.0；三乙醇胺硼酸酯0.2-3.0；三聚磷酸钠0.5-3.0；去离子水余量。
进一步，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，还可以具有这样的特征：其中，掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米二氧化硅与纳米钨酸钙的重量比为1:1:1-3:2:5。
进一步，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，还可以具有这样的特征：其中，聚丙烯酸钠与乙醇重量比为2:15-2.5:3。
进一步，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，还可以具有这样的特征：其中，石油磺酸钡与三乙醇胺硼酸酯重量比为1:2-3:1。
进一步，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，还可以具有这样的特征：其中，掺杂B-N的纳米氧化石墨烯的尺寸为20-100nm。
进一步，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，还可以具有这样的特征：其中，纳米二氧化硅的尺寸为20-50nm。
进一步，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，还可以具有这样的特征：其中，纳米钨酸钙的尺寸为20-50nm。
本发明还提供上述复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液的制备方法，将分散剂、防锈剂和去离子水加入反应釜中加热并搅拌，当温度达到60-80℃，加入极压剂，保温并持续搅拌25-40分钟，随后停止加热继续搅拌至室温，获得复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液。
进一步，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，分散剂、防锈剂和去离子水加入至反应釜中的顺序为：依次加入交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、乙醇、石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯、三聚磷酸钠和去离子水。
其中，该顺序具体指，先将石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯、三聚磷酸钠和去离子水分别混合，再向反应釜中按顺序加入交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、乙醇、石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯的混合物、三聚磷酸钠和去离子水的混合物。
进一步，本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，反应釜中搅拌的转速为2500-4500转/分钟。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液及其制备方法，润滑液采用掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米钨酸钙和纳米二氧化硅，含油量极低，避免油污染。另外，纳米粒子可以填充被润滑的凹板，使其表面粗糙度低，表面质量好，通过纳米粒子的填充和抛光作用，润滑液具有一定的表面修复能力。此外，纳米级的掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、钨酸钙和二氧化硅使润滑液的稳定性更好。且选用交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、乙醇、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠作为分散剂，与本润滑液中的极压剂配合，可使润滑液的稳定性更好。
该润滑液用于金属加工过程中的润滑，使用简单，操作方便，在金属加工的制造与生产过程中无毒无刺激性气味，无油烟。使用该水基润滑液降低了传统润滑油所带来的污染，能显著提高金属表面的防锈性能，表面质量好。扩大了纳米润滑技术的应用范围，提高了其保存稳定性。产品具有良好的润滑性能及一定的表面修复功能，由其制备的水基润滑液可以在一定程度上改善、代替传统金属润滑液，减少环境污染。
本冲压模具润滑液具有优异的极压抗磨减摩、耐腐蚀性能；良好的冷却性可保护模具避免高温高压，延长模具寿命，降低废品率。本发明具有稳定性好、抗菌、缓蚀防锈、润滑性优良等优点。
附图说明
图1a是传统乳化液的外观状态；
图1b是实施例1的润滑液的外观状态；
图1c是实施例2的润滑液的外观状态；
图1d是实施例3的润滑液的外观状态；
图2a是传统乳化液的磨斑直径试验结果；
图2b是实施例1的润滑液的磨斑直径试验结果；
图2c是实施例2的润滑液的磨斑直径试验结果；
图2d是实施例3的润滑液的磨斑直径试验结果；
图3a是传统乳化液的防锈性能试验结果；
图3b是实施例1的润滑液的防锈性能试验结果；
图3c是实施例2的润滑液的防锈性能试验结果；
图3d是实施例3的润滑液的防锈性能试验结果；
图4是传统乳化液、实施例1、实施例2和实施例3的润滑液的摩擦系数随时间变化的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，由极压剂、分散剂、防锈剂和去离子水制备而成。极压剂包括掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米钨酸钙和纳米二氧化硅。分散剂包括交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、乙醇、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠。防锈剂包括石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯。
上述各组分的重量百分比含量为：
Figure BDA0002114054190000071
掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米二氧化硅和纳米钨酸钙的重量比为1:1:1。聚丙烯酸钠与乙醇重量比为2:15。石油磺酸钡与三乙醇胺硼酸酯重量比为1:2。
本复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液的制备方法为：将0.5g交联聚乙烯基吡咯烷酮，0.2g聚丙烯酸钠，2.0g羧甲基纤维素，1.5g乙醇，0.1g石油磺酸钡，0.2g三乙醇胺硼酸酯，0.5g三聚磷酸钠和94.7g去离子水依次加入，放入转速为2500-4500转/分钟反应釜中进行加热搅拌，当温度达到60-80℃，加入0.1g掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、0.1纳米二氧化硅和0.1g纳米钨酸钙，保温并持续搅拌25-40分钟，随后停止加热继续搅拌至室温，得到黑色悬浊状液体，即配成所需复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液。
该配方润滑液室温静置240h左右产生少量沉淀，分散效果较好。传统润滑液室温静置1h左右即完全沉淀。
实施例2
本实施例提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，由极压剂、分散剂、防锈剂和去离子水制备而成。极压剂包括掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米钨酸钙和纳米二氧化硅。分散剂包括交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、乙醇、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠。防锈剂包括石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯。
上述各组分的重量百分比含量为：
Figure BDA0002114054190000081
掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米二氧化硅和纳米钨酸钙的重量比为3:2:5。聚丙烯酸钠与乙醇重量比为1.5:2。石油磺酸钡与三乙醇胺硼酸酯重量比为3:1。
本复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液的制备方法为：将1.5g交联聚乙烯基吡咯烷酮，1.5g聚丙烯酸钠，1.0g羧甲基纤维素，2.0g乙醇，3.0g石油磺酸钡，1.0g三乙醇胺硼酸酯，1.0g三聚磷酸钠和88g去离子水依次加入，放入转速为2500-4500转/分钟反应釜中进行加热搅拌，当温度达到60-80℃，加入0.3g掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、0.2纳米二氧化硅和0.5g纳米钨酸钙，保温并持续搅拌25-40分钟，随后停止加热继续搅拌至室温，得到黑色悬浊状液体，即配成所需复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液。
该配方润滑液室温静置120h以后出现明显分层，8天以后纳米粒子完全沉淀。
实施例3
本实施例提供一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，由极压剂、分散剂、防锈剂和去离子水制备而成。极压剂包括掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米钨酸钙和纳米二氧化硅。分散剂包括交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、乙醇、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠。防锈剂包括石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯。
上述各组分的重量百分比含量为：
Figure BDA0002114054190000091
Figure BDA0002114054190000101
掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米二氧化硅和纳米钨酸钙的重量比为2:1:3。聚丙烯酸钠与乙醇重量比为2.5:3。石油磺酸钡与三乙醇胺硼酸酯重量比为1:1。
本复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液的制备方法为：将2.5g交联聚乙烯基吡咯烷酮，2.5g聚丙烯酸钠，5.0g羧甲基纤维素，3.0g乙醇，0.5g石油磺酸钡，0.5g三乙醇胺硼酸酯，3.0g三聚磷酸钠和77.0g去离子水依次加入，放入转速为2500-4500转/分钟反应釜中进行加热搅拌，当温度达到60-80℃，2.0g掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、1.0纳米二氧化硅和3.0g纳米钨酸钙，保温并持续搅拌25-40分钟，随后停止加热继续搅拌至室温，得到黑色悬浊状液体，即配成所需复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液。
该配方润滑液室温静置120h以后纳米粒子完全沉淀。
对实施例1、实施例2和实施例3的各项性能进行检测试验，并与传统乳化液进行对比，结果如下：
Figure BDA0002114054190000111
由上表可知，相较于传统乳化液，实施例3的润滑液的运动粘度较大，表明润滑液的流动性较差，各运动机件摩擦表面间的油膜愈厚，其所形成的油膜更强，有利于防止摩擦表面的磨损；而实施例1、实施例2的润滑液的运动粘度相对较小，油膜支撑能力相对较低，但仍具有一定的油膜支撑能力，可合格地用于冲压模具润滑。
相较于传统乳化液，实施例1、实施例2和实施例3的润滑液的PB与其相似或更高，表明本润滑液具有合格或更强的承载能力。
相较于传统乳化液，实施例1、实施例2和实施例3的润滑液的摩擦系数较低，表明具有减磨效果、润滑性能好。
相较于传统乳化液，实施例1、实施例2和实施例3的润滑液的磨斑直径较小，如图2a-2d所示，表明润滑液的抗磨性能更好、润滑性能好。
采用叠片法对传统乳化液和各实施例的润滑液进行防锈性能试验，结果表明，如图3a-3d所示，润滑液的防锈性极好，使用后仅产生少量锈斑。
对传统乳化液和各实施例的润滑液进行抗菌性能试验，结果表明，相较于传统乳化液，使用润滑液后，细菌数量较少，润滑液的抗菌能力极强。
图4为传统乳化液、实施例1、实施例2和实施例3的润滑液的摩擦系数随时间变化的示意图，如图4所示，相较于传统乳化液，实施例1、实施例2和实施例3的润滑液的摩擦系数的稳定性较好，随时间变化小，表明润滑液的稳定性良好。

Claims (5)

1.一种复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，其特征在于：
由极压剂、分散剂、防锈剂和去离子水制备而成；
所述极压剂包括掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米钨酸钙和纳米二氧化硅；
所述分散剂包括交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、乙醇、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠；
所述防锈剂包括石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯；
上述各组分的重量百分比含量为：
掺杂B-N的纳米氧化石墨烯 0.1-2.0；
纳米二氧化硅 0.1-1.0；
纳米钨酸钙 0.1-3.0；
交联聚乙烯基吡咯烷酮 0.5-2.5；
聚丙烯酸钠 0.2-2.5；
乙醇 1.5-3.0；
羧甲基纤维素 1.0-5.0；
石油磺酸钡 0.1-3.0；
三乙醇胺硼酸酯 0.2-3.0；
三聚磷酸钠 0.5-3.0；
去离子水 余量；
其中，掺杂B-N的纳米氧化石墨烯的尺寸为20-100nm；纳米二氧化硅的尺寸为20-50nm；纳米钨酸钙的尺寸为20-50nm；
润滑液的制备方法为：将所述分散剂、防锈剂和去离子水加入反应釜中加热并搅拌，当温度达到60-80℃，加入所述极压剂，保温并持续搅拌25-40分钟，随后停止加热继续搅拌至室温，获得所述复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液；
其中，所述分散剂、防锈剂和去离子水加入至反应釜中的顺序为：依次加入交联聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、乙醇、石油磺酸钡和三乙醇胺硼酸酯、三聚磷酸钠和去离子水。
2.根据权利要求1所述的复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，其特征在于：
其中，所述掺杂B-N的纳米氧化石墨烯、纳米二氧化硅与纳米钨酸钙的重量比为1:1:1-3:2:5。
3.根据权利要求1所述的复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，其特征在于：
其中，所述聚丙烯酸钠与乙醇重量比为2:15-2.5:3。
4.根据权利要求1所述的复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，其特征在于：
其中，所述石油磺酸钡与三乙醇胺硼酸酯重量比为1:2-3:1。
5.根据权利要求1所述的复合掺杂B-N的纳米氧化石墨烯/钨酸钙/二氧化硅的冲压模具润滑液，其特征在于：
其中，所述反应釜中搅拌的转速为2500-4500转/分钟。
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