CN1122824A - 用于连轧管机芯棒的胶体润滑剂 - Google Patents

Abstract

适用于金属热加工，特别适用于连轧管机芯棒的胶体状润滑剂，选用特定晶粒尺寸的石墨作为润滑剂，以聚合物乳液作为成膜剂，以胶体二氧化钛作为热稳定剂，以偶联剂改善无机物与有机物的亲和性，应用表明显著改善了成膜强度性能、耐水性能和高温润滑性能。

Description

用于连轧管机芯棒的胶体润滑剂

本发明是一种金属热塑性加工用的胶体状润滑剂，适用于热金属成形，特别适用于连轧管机的芯棒润滑。

金属热塑性加工的方法很多，有热模锻、热拉拔和热轧等。为提高被加工金属表面的质量，延长工具的使用寿命和减少能源消耗，加工前必须在工具表面涂布一层润滑剂，以连轧管机为例，在连轧钢管过程中，涂有润滑剂的芯棒表面上的所有部位都处于高温、高压状态。这就要求润滑剂喷涂在芯棒上要形成完整、坚固、抗水的薄膜。并有良好的绝热性能，以维持芯棒的表面硬度和耐磨性能，同时保证轧制钢管的表面质量。

多年来，各国曾使用过多种润滑材料，如早期的煤焦油、机油和或无机盐的混合物，以及后来的有机油料与石墨的混合物等.这些润滑剂在高温高压条件下都存在着减磨效果差，工具寿命短，产品表面质量不稳定，能耗高，燃烧烟雾污染环境等诸多缺点。

美国专利US4575430提到用石墨、热塑性聚合物和或共聚物、润滑剂，表面调整剂，纤维和或粘土制成固体润滑剂，用于连轧钢管时芯棒的润滑。

使用该种润滑剂时，要将固体物配制成悬浮液，喷到芯棒表面，脱水干燥成膜，膜的机械强度和抗水性能往往受成膜聚合物的性质及其粒度分布的影响。

本发明的目的，在于提供一种常温下为胶体状的、易于在水中均匀分散，且明显改善成膜机械强度和抗水性能以及热稳定性能的连轧芯棒用润滑剂。

本发明提出以含固量为30--60％的聚合物乳液作为石墨等的成膜粘接物质，并添加增塑剂来改善润滑剂膜层的机械强度和抗水性能。以乳液的方式制成的胶体状润滑剂在水中分散得快且均匀，而强度的改进可以避免芯棒在辊道上运送及穿入荒管时润滑剂的脱落而影响润滑性能。

另外，本发明提出采用胶体二氧化钛作为热稳定利来改善石墨润滑剂的高温润滑性能。众所周知，石墨的润滑性能往往隋着温度的升高而变差，连轧无缝钢管热轧温度一般在1200℃左右。因此芯棒润滑剂应具有良好的热稳定性。本发明通过采用胶体二氧化钛改善了石墨的高温润滑性能，其机理推断如下：

1.常温状态下，二氧化钛在液相中可与金属表面形成强烈的物理化学吸附，随着温度升高，可在金属表面形成一层复膜，增加金属的抗腐蚀性能。

2.胶体二氧化钛本身是良好的阻燃剂，可在金属表面形成隔热层，可以减缓石墨在热轧高温下的氧化分解。

此外，本发明的芯棒润滑剂还含有偶联剂，如锆铝酸酯有机化合物，通过表面改性作用，改善了石墨、二氧化钛等无机物质与成膜有机聚合物的相容性和亲和性。

采用本发明，可以较大程度地改善石墨润滑剂的高温润滑性能，在1050℃条件下，市售的固体石墨润滑剂摩擦系数平均为0.062，而本发明，摩擦系数平均为0.055。

本发明所述芯棒用润滑剂由下列组分组成：

1.适于本发明的主体物质至少是一种高温高压条件下具有良好润滑性能的固体润滑剂，以石墨为特征的固体润滑剂适用于本发明，石墨含量≥93％的天然或人造石墨，平均晶粒尺寸＞1000的石墨粉，可以获得好的润滑效果，添加量为10-70％(润滑剂总重量百分比，下同)，最好是20-50％。

2.以含固量为30-60％的聚合物乳液作为成膜粘接物质。它们可以是：乙烯-醋酸乙烯共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯，巴豆酸-醋酸乙烯共聚物，丁烯酸-苯乙烯共聚物，醋酸乙烯酯均聚物，乳液粒子尺寸应控制在0.2-2μm，并加入增塑剂改善成膜性能，乳液添加量为5-60％，最好为10-45％。

3.在2中叙述的增塑剂，可以是邻苯二甲酸二丁酯，也可以是丁基酞酰甘醇酸丁酯，酞酸二丁酯，磷酸三-2-氯乙酯，聚乙二醇苯基醚等。加入量为聚合物的1-30％，最好是5-15％，是润滑剂总量的0.3-2％。

4.作为热稳定剂，胶体二氧化钛含固量可以是0.1-20％，最好是0.5-10％，其添加量为0.5-15％。

5.为改善石墨润滑剂中石墨粉、二氧化钛等无机物与成膜有机聚合物间的相容性和亲和性，特别加入了偶联剂，如硅烷、锆铝酸酯、钛酸酯等，添加量为0.01-2％。

6.增稠剂，可以是聚乙烯醇、硅酸盐、偏硅酸盐、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素，淀粉等，添加量为0.1-5％。

上述组分余量为水，其均匀混合而成的胶体状石墨润滑剂，含固量为20-90％，最好为30-70％。使用时用水稀释，调节含固量为10-50％，最好是25-35％搅拌均匀呈悬浮液，喷涂到热轧芯棒上干燥成膜。

本发明所述的润滑剂，室温下呈胶体状，使用时以水分散成悬浮液，喷涂于芯棒类热金属表面之后，水分受热蒸发，金属表面得以冷却，并在金属表面形成具有较高机械强度且均匀耐水的润滑薄膜，在高温高压下可减小摩擦，延长金属工具的使用寿命，降低能源消耗，提高轧制产品的表面质量，并减少了环境污染。本发明的润滑剂特别适用于热轧钢管的芯棒润滑，同时也适用于热挤压、热模锻、热拉拔等金属加工作业。

本发明所形成的润滑薄膜在25.85×10⁴Pa压强水冲击下，可长时间不脱落。利用圆环压缩法测试本发明润滑剂的高温摩擦系数，结果如下：

温度(℃)  750     850     950    1050

摩擦系数 0.0225  0.033   0.043   0.055

       实施例1

石墨粉                                  20g

乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液(固含量60％)     10g

酞酸二丁酯                             0.3g

胶体二氧化钛(固含量0.5％)               15g

二乙烯三胺甲基三乙氧基硅烷            0.01g

淀粉                                     5g

水                                      50g

(总含固量为32％)

      实施例2

石墨粉                                  35g

聚甲基丙烯酸甲酯(固含量45％)            25g

邻苯二甲酸二丁酯                       1.2g

胶体二氧化钛(固含量5％)                  8g

缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷           0.1g

羧甲基纤维素                           2.5g

水                                    28.2g

(总固含量为50％)

         实施例3石墨粉                             50g聚醋酸乙烯酯(固含量30％)           45g丁基酞酰甘醇酸丁酯                  2g胶体二氧化钛(固含量10％)          0.5g锆铝酸酯                            2g羟丙基纤维素                      0.5g(总固含量为68.0％)

Claims (1)

1. 一种适用于金属热塑性加工用的--特别适用于连轧管机芯棒的胶体状润滑剂其特征在于由下列组分所组成：

   (1)固体润滑剂，选用石墨含量≥93％，平均晶粒尺寸＞1000的天然或人造石墨粉，添加量(胶体润滑剂总重的百分比，下同)为10-70％，最好是20-50％；

   (2)乳液成膜剂，以含固量为30-60％的聚合物乳液作为成膜粘接物质，选用乙烯-醋酸乙烯共聚物，和或聚甲基丙烯酸甲酯，和或巴豆酸-醋酸乙烯共聚物，和或丁烯酸-苯乙烯共聚物，和或醋酸乙烯酯均聚物，乳液粒子尺寸控制在0.2-2μm，乳液添加量为5-60％，最好为10-45％；

   (3)增塑剂，选用邻苯二甲酸二丁酯，或丁基酞酰甘醇酸丁酯，或酞酸二丁酯，或磷酸三-2-氯乙酯，或聚乙二醇苯基醚，加量为聚合物乳液固含量的1-30％，最好是5-15％；对应添加量为0.3-2％；

   (4)热稳定剂，选用胶体二氧化钛，其固含量为0.1-20％，最好是0.5-10％；对应添加量为0.5-15％；

   (5)偶联剂，选用硅烷，或钛酸酯，或锆铝酸酯，添加量为0.01-2％；

   (6)增稠剂，选用聚乙烯醇，或硅酸盐，或羧甲基纤维素，或羟丙基纤维素，或淀粉，添加量为0.1-5％

   (7).余量为水。