CN1257908A - 金属热加工用润滑剂 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种金属热塑性加工用的润滑剂,特别是一种金属热加工用不含石墨的润滑剂。按重量计,其组成原料配比为:层状晶格结构的氮化硼或氧化物微粉10～55%,硼化物15～40%,粘接剂1～45%,防沉剂10～40%,增稠剂0.2～20%;上述组成物再加入1～20倍重量的水。本发明润滑剂不含石墨,不影响热加工金属质量,没有因石墨引起的环境污染,润滑性能好,尤其有良好的高温润滑性能,适用于金属在高温下的轧制、锻造、挤压等工艺。

Description

金属热加工用润滑剂
本发明涉及一种金属热塑性加工用的润滑剂，特别是一种金属热加工用不含石墨的润滑剂。
现在用于热加工的润滑剂，特别是用于热轧无缝钢管的润滑剂一般都用含石墨粉的润滑剂。如中国专利公开号CN114307A的专利申请中提供的润滑剂是由石墨粉、玻璃粉、多种通式为Me2OnSiO2的碱金属硅酸盐、磷酸盐和硼砂等组成，加水搅拌使用。中国专利公开号1122824A专利申请中提供的润滑剂是由石墨粉、乙烯—醋酸烯共聚物、邻苯二甲酸二丁酯、胶体二氧化钛、硅烷和聚乙烯醇组成，加水搅拌使用。这种水剂润滑剂都包含有石墨。在使用过程中容易对生产环境造成污染，尤其是上述第一种干粉状润滑剂，在将润滑剂干粉倒入搅拌罐制备润滑剂时，粉尘对环境污染更为严重。特别要提出的是在使用石墨类润滑剂生产C：0.1％以下的低碳钢管、高合金钢管及不锈钢管时，在钢管内表面容易产生渗碳现象，使铬的碳化物在晶界上析出，在晶界附近容易产生腐蚀，从而降低钢管的耐蚀性能，降低钢管的使用寿命；其次，由于石墨具有优良的导电性，因此石墨微粉的污染对电器设备等带来安全隐患。为了解决上述问题，独联体南方钢管厂在350轧管机组上应用含55％三聚磷酸钠、20％三钠磷酸盐、10％含银石墨、10％碳酸锂和5％甲酸锂的润滑剂，其效果是钢管内表面质量得到改善。日本特开平5-271684号公报提出一种非石墨润滑剂用于钢的热塑性加工。它是将几种金属氧化物粉末和硅酸钠混合后在它们的溶融软化温度以上充分加热保温，待完全冷却后得到玻璃状物质，再将玻璃状物质粉碎成粉末并和水玻璃混合制成金属氧化物粉末—水玻璃系的非石墨润滑剂。例如：FeO粉的熔点为1367℃，Na2SiO3的熔点为1089℃，它们混合熔融反应生成物Na2O·FeO·SiO2的熔点为976℃，通常轧管时的温度在1100℃左右。因此利用反应生成物成为流体状态进行润滑。这类润滑剂主要存在两方面的问题：一是润滑剂的制造工艺复杂，二是润滑剂在工作的初始阶段尚未熔融成流体时，润滑性能较差。
本发明的目的在于提供一种不含石墨的金属热加工用润滑剂，润滑性能好，而不影响热加工金属性能，适用于金属在高温状态下的轧制、锻造、挤压等工艺，尤其适用于热轧无缝钢管时的芯棒润滑。
为达到上棕目的，本发明采用下述技术方案：本发明的金属热加工用润滑济为不含石墨的润滑济，按重量计，其组成原料配比为：层状晶格结构的氮化硼或氧化物微粉10～55％，硼化物15～40％，粘接剂1～45％，防沉剂10～40％，增稠剂0.2～20％；上述的组成物再加入1～20倍重量的水。其中层状晶格结构的氮化硼或氧化物微粉可选用滑石或云母微粉，硼化物可选用氧化硼、硼酸、硼酸锌和碱金属硼酸盐中的任一种或任几种组成，粘接剂可选用丙烯酸醋共聚乳液、邻苯二甲酸二丙烯酯树脂、聚醋酸乙烯酯、乙烯—醋酸乙烯共聚物、乙酸乙烯树脂和聚甲基丙烯酸酯中的任一种，防沉剂可选用膨润土、陶土、硅藻土和硅溶胶中的任一种，增稠剂可选用烷基纤维素、聚乙烯醇、淀粉、糊精和聚丙烯酸碱金属盐中的任一种。最佳的选择方案是：层状晶格结构的氮化硼或氧化物微粉为粒径为5～100μm(最佳为10～80μm)的滑石微粉，硼化物为粒径为5～100μm(最佳为10～80μm的B2O3微粉，粘接剂为乳液粒径为0.1～4μm的丙烯酸酯共聚乳液，防沉剂为膨润上，增稠剂为烷基纤维素；在加入1～20倍重量水经混合和搅拌后制成的润滑剂的流量粘度为6号粘度杯(ISO 2431-93)6～60秒并控制PH值为6～8。。
下面对本发明润滑剂的组成作用机理作进一步说明：
本发明中使用的主要组成物为层状晶格结构氮化硼或氧化物微粉，可以是滑石，云母等，由于它们层间剪切强度较低，因此在常温和高温时利用它们的粒内运动和粒间运动发挥出较好的润滑性能。
本发明中使用的B2O3的熔点约为450℃。硼酸熔点为185℃，同时进行分解，在300℃失去水分而成为氧化硼。碱金属硼酸盐以硼砂为例，十水物在60℃失去八分子结晶水，在320℃失去全部结晶水，五水物在120℃失去结晶水，它们的熔点为741℃，沸点为1575℃。金属热加工的温度范围通常在1250℃-900℃之间。在500℃以上硼具有活化润滑性能的作用，而且在上述温度范围内氧化硼、硼酸及碱金属硼酸盐均为熔融的液态。即：在这温度范围内它们起到液体润滑的作用。同时由于滑石在高温条件下没有空气时才具有较好的润滑性能，因此熔融物包覆在滑石微粉周围，使滑石与空气隔绝，这为滑石润滑提供辅助效果，使润滑剂有良好的高温润滑性能。作为硼砂还可以起防腐作用。
本发明中使用的粘接剂，优先选用丙烯酸酯共聚乳液，使用这种原料配制成的润滑剂喷涂在400℃以下的工模具表面上待干燥成膜后有较强的附着力，工模具放在水中浸泡不起皮，不开裂，不脱落，具有良好的耐水性能。
本发明中使用的防沉剂，优先选用膨胀倍数大于5倍的膨润土。目的在于阻止润滑剂中不溶微粒的下沉和凝聚。
本发明中使用的增稠剂，优先选用烷基纤维素中的羧甲基纤维素来调节润滑剂粘度，同时还有助于阻止固体微粉的沉降和凝聚。
本发明中的各组分及其高温分解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，即使在热加工过程中工模具与工件也不会直接接触，这有利于提高工模具的使用寿命和工件的表面质量。
本发明与现有技术相比较，具有如下突出特点和显著的优点：由于本发明润滑剂不含有石墨，不会影响热加工金属的质量；在制备过程和使用过程中不会因石墨粉引起的环境污染；本润滑剂具有较好的润滑性能，尤其具有良好的高温润滑性能。适用于金属在高温状态下的轧制、锻造、挤压等工艺，尤其适用于热轧无缝钢管时的芯棒润滑。
下面列出本发明的三个实施例的分成和润滑剂在不同温度下的摩察系数：
实施例一：
    滑石                      39g
    B2O3                   12g
    硼酸                      6g
    丙烯酸酯共聚乳液          25g
    膨润土                    15g
    羧甲基纤维素              3g
    水                        200g
    6号粘度杯                 30秒
    圆环温度                  850℃    950℃   1050℃
    摩擦系数                  0.032    0.048   0.072
实施例二：
    滑石                      23g
    B2O3                   8g
    硼酸                      7g
    硼酸钠                    6g
硼酸锌                     4g
丙烯酸酯共聚乳液           35g
膨润土                     15g
羧甲基纤维素               2g
水                         100g
6号粘度杯                  60秒
圆环温度                   850℃   950℃   1050℃
摩擦系数                   0.035   0.025   0.058实施例三：
滑石                       20g
B2O3                     5g
硼酸                       20g
硼酸钠                     10g
聚醋酸乙烯酯               16g
膨润土                     25g
聚丙烯酸钠                 4g
水                         250g
6号粘度杯                  35秒
圆环温度                   850℃   950℃   1050℃
摩擦系数                   0.055   0.064   0.096

Claims (7)

1.一种金属热加工用润滑剂，其特征在于按重量计，其组成原料配比为：
层状晶格结构的氮化硼或氧化物微粉10～55％，
硼化物                          15～40％，
粘接剂                          1～45％，
防沉剂                          10～40％，
增稠剂                          0.2～20％；
上述的组成物再加入1～20倍重量的水。
2.根据权利要求1所述的金属热加工用润滑剂，其特征在于层状晶格结构的氮化硼或氧化物微粉为滑石或云母微粉。
3.根据权利要求1所述的金属热加工用润滑剂，其特征在于硼化物为氧化硼、硼酸、硼酸锌和碱金属硼酸盐中的任一种或任几种组成。
4.根据权利要求1所述的金属热加工润滑剂，其特征在于粘接剂为丙烯酸酯共聚乳液、邻苯二甲酸二丙烯酯树脂、聚醋酸乙烯酯、乙烯—醋酸乙烯共聚物、乙酸乙烯树脂和聚甲基丙烯酸酯中的任一种。
5.根据权利要求1所述的金属热加工用润滑剂，其特征在于防沉剂为膨润土、陶土、硅藻土和硅溶胶中的任一种。
6.根据权利要求1所述的金属热加工用润滑剂，其特征在于增稠剂为烷基纤维素、聚乙烯醇、淀粉、糊精和聚丙烯酸碱金属盐中的任一种。
7.根据权利要求1、或2、或3、或4、或5、或6权利要求所述的金属热加工用润滑剂，其特征在于层状晶格结构的氮化硼或氧化微粉为粒径为5～100μm的滑石微粉，硼化物为粒径为5～100μm的B2O3微粉，粘接剂为乳液粒径为0.1～4μm的丙烯酸醋共聚乳液，防沉剂为膨润土，增稠剂为烷基纤维素；在加入1～20倍重量水经混合和搅拌后制成的润滑剂的流量粘度为6号粘度杯(ISO 2431-93)6～60秒并控制PH值为6～8。
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