專利名稱：一種金屬熱模鍛用非石墨型潤滑劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料塑性加工技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種金屬熱模鍛用潤滑劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料的熱模鍛工藝中，無潤滑時摩擦系數(shù)隨著溫度的升高而逐漸增大，因而模具的高溫潤滑對于鍛件的順利脫模至關(guān)重要，現(xiàn)今一般通過選用一種合適的潤滑劑來改善或解決脫模問題。尤其是對于極易發(fā)生粘膜現(xiàn)象的鋁合金熱模鍛，選擇合適的潤滑劑尤為重要。國內(nèi)金屬材料熱模鍛潤滑劑多為石墨型潤滑劑，我國相繼成功開發(fā)出了多種水劑石墨型熱鍛潤滑劑，如我國的MD-2，MD-7系列潤滑劑，具備良好的成膜性、懸浮性和潤滑性能，其性能可以和美國的Dug-31，西德的Delta-144等優(yōu)良的熱模鍛潤滑劑相媲美，先已得到廣泛應(yīng)用。又如CN101463288A公開的石墨基粘結(jié)固體潤滑劑，潤滑劑組成為聚酰胺酰亞胺、石墨、二硫化鑰、稀土氟化物、金屬氧化物、Y-環(huán)氧丙氧丙基三甲基硅烷、混合有機(jī)溶劑，具有非常良好的高溫耐磨性和潤滑性；CN101126046A公開的鋁合金等溫成形用潤滑劑，是由石墨、石油磺酸鋇、二硫化鑰以及汽缸油組成，特別適用于鋁合金等溫成形過程中的潤滑，其減磨、防粘和脫模性能優(yōu)異；CN1570049A公開的石墨潤滑劑主要由石墨微粉、甲基纖維素、亞甲基雙鈉磺酸鈉、硅酸鈉及表面活性劑組成，具備良好的高溫潤滑特性； CN101914412A公開的水性石墨潤滑劑，它的主要成分為天然或者人造石墨粉、稀土氧化物、 二硫化鑰、丙酮、乙醇、分散劑、水玻璃等，具備表面自動修復(fù)功能，并提高了應(yīng)用溫度范圍和潤滑效果；一種研制成功的配方為炮油40 50%, 二硫化鑰5 10%,膠狀石墨20 30%和鋁粉15 20%的石墨油劑，可應(yīng)用于鋁合金汽油機(jī)連桿和柴油機(jī)活塞的生產(chǎn)；同時有報道稱已研制出一種可適用于各種復(fù)雜鋁合金模鍛件用潤滑劑，其配方為90%油酸和10%石蠟；也有學(xué)者提出在模壓鋁合金時可采用汽缸油或錠子油添加一定比例的石墨進(jìn)行潤滑。雖然石墨具有容易形成潤滑膜的層狀結(jié)構(gòu)以及承壓能力強(qiáng)等優(yōu)點，但石墨色黑、 粒小、易擴(kuò)散，極易污染環(huán)境，對工人的身體健康有害；石墨是電的良導(dǎo)體，空氣中彌散的石墨容易造成電器事故，國內(nèi)已有過由彌散在空氣中的石墨造成電器事故的報道；用石墨型潤滑劑后鍛件表面非不易清理，要花費大量物力人力。因此在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天，發(fā)展非石墨型潤滑劑勢在必行，石墨型潤滑劑用量逐年減少，非石墨型的環(huán)保型鍛造潤滑劑發(fā)展很快。國內(nèi)外已經(jīng)成功研制出非石墨型潤滑劑，其潤滑性能已接近水基石墨潤滑劑。如近年來國內(nèi)研制出MK系列環(huán)保型水基鍛造油潤滑劑，可生物降解，在不同的規(guī)格、形狀、重量及金屬的形態(tài)下，產(chǎn)生最大的成形功能及絕佳的模具濕潤效果，適用于表面要求潔凈的鍛造和壓鑄工藝；又如CN101811173A公開的無石墨高性能環(huán)境友好型熱鍛加工液，它是由高分子化合物、耐高溫潤滑劑、無機(jī)物、輔料、水加上一些附加物組成，潤滑性能達(dá)到或者超過石墨型產(chǎn)品同等水平。而日本新發(fā)明的新型鍛造、擠壓潤滑劑的水溶性低融點玻璃，是在磷酸系玻璃中加硼酸而制得，然后同膠狀含氟硅酸鎂的層狀化合物復(fù)合化而制成新型潤滑劑，能取得很好的潤滑效果；日本特開平5-271684號公報提出一種非石墨潤滑劑用于鋼的熱塑性加工，它是將幾種金屬氧化物粉末和硅酸鈉混合后在它們的溶融溫度以上充分加熱保溫，待完全冷卻后得到玻璃狀物質(zhì)，再將玻璃狀物質(zhì)粉碎成粉末并和水玻璃混合制成金屬氧化物粉末-水玻璃系非石墨潤滑劑，例如將FeO和Na2SiO3混合熔融反應(yīng)生成物 NaO FeO SiO2熔點為976°C，可以利用反應(yīng)生成物成為流體狀態(tài)進(jìn)行潤滑。1982年韓國人開發(fā)出W-400環(huán)保型透明水溶性無石墨鍛造潤滑劑，該產(chǎn)品按一定比例兌水稀釋后，均勻涂抹于金屬模表面，呈白色，鍛造后金屬模凹凸部位的殘留粉易于清除，產(chǎn)品沒有結(jié)塊現(xiàn)象，脫模性良好。雖然非石墨型潤滑劑其潤滑性能已接近水基石墨潤滑劑，在一些發(fā)達(dá)國家已有逐漸取代石墨型潤滑劑的趨勢。但是石墨型潤滑劑目前仍占有相當(dāng)大的比重，如日本完全或者主要使用石墨型潤滑劑的公司仍占65%以上。非石墨型潤滑劑目前僅適用于溫鍛和小件高溫鍛造，對于復(fù)雜大件高溫鍛造，目前仍采用超微顆粒水基石墨潤滑劑，如CN87100337A 公開的超細(xì)人造石墨潤滑劑，它就是用于精密模鍛件的潤滑劑，采用高純度超細(xì)石墨粉與水或者油混合并攪拌成懸浮液，可以保證精密復(fù)雜鍛件的尺寸精度。非石墨型潤滑劑與石墨型潤滑劑相比，還存在的模具磨耗大，壽命短，制作工藝復(fù)雜，潤滑性能比較差和運輸存儲不便等問題，因此非石墨型潤滑劑性能還需進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免石墨型潤滑劑的在生產(chǎn)中對環(huán)境的污染和對人身安全的威脅，本發(fā)明提供一種水基非石墨型潤滑劑，其具有良好的潤滑效果，無污染，制備簡單尤其適用于大型金屬熱模鍛潤滑。本發(fā)明金屬熱模鍛用非石墨型潤滑劑，選用的載體是懸浮性好、觸變性好、安全無毒、便宜的常用載體水；按照除去載體水之外各配料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計量，其組成原料的配比為
層狀晶格結(jié)構(gòu)的無機(jī)物26% 35%
耐高溫潤滑劑10% 15%
懸浮劑12% 24%
高溫粘結(jié)劑30% 37%
其他附加物1% 3%所加載體水為其他附加物總質(zhì)量的5倍及以上。上述的層狀晶格結(jié)構(gòu)的無機(jī)物優(yōu)選氮化硼(BN)，也可以考慮用滑石或者云母來替代，其目數(shù)位320目以上。上述的耐高溫潤滑劑可以是硬脂酸鈉、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣中的任選兩種或者三種，因為他們均具有很低的高溫摩擦系數(shù)，在0. 06 0. 09之間，考慮其在水中的溶解度，其中優(yōu)選硬脂酸鋇和硬脂酸鋅。上述懸浮劑可以是無機(jī)懸浮劑加有機(jī)懸浮劑配合使用，其中無機(jī)懸浮劑選用的是膨潤土和凹凸棒土，有機(jī)懸浮劑選用的是在水基潤滑劑中應(yīng)用廣泛的羧甲基纖維素鈉 (CMC)。上述的高溫粘結(jié)劑可以是無機(jī)粘結(jié)劑中的硅溶膠和磷酸鹽配合使用，其中磷酸鹽可以是磷酸一氫鹽或磷酸二氫鹽。粘結(jié)因該適量，粘結(jié)劑過多，容易使?jié)櫥瑢娱_裂和剝落， 太少則附著強(qiáng)度不夠。其他附加物的加入是為了改善潤滑劑的某些性能，如促進(jìn)乳化作用的OP乳化劑、 促進(jìn)顆粒的分散和潤濕的脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)、用來消除泡沫的消泡劑正丁醇、正戊醇和正辛醇以及用來調(diào)節(jié)PH的氨水。本發(fā)明的金屬熱模鍛用非石墨型潤滑劑的潤滑機(jī)理如下BN是本發(fā)明的主體潤滑材料，BN是由在同一個平面上展開的六角網(wǎng)面狀原子層壘集而成，這種與石墨結(jié)構(gòu)類似的層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了 BN的硬度和強(qiáng)度很低，塑性也很差，層與層之間很容易發(fā)生相對滑動，起到了很好的減摩擦的作用，在溫度范圍740°C 900°C內(nèi)其高溫摩擦系數(shù)在0. 3 0. 4左右變化，而石墨型潤滑劑通常的高溫潤滑系數(shù)在0. I左右變化，這樣相比于同類的石墨型高溫潤滑劑，BN型高溫潤滑劑的高溫潤滑性能偏低，考慮加入一些物質(zhì)來改善BN的高溫潤滑性能，而硬脂酸鹽類具有容易在金屬材料表面形成的多層化學(xué)吸附膜，阻止金屬表面的微觀凸起相互接觸的特點，當(dāng)硬脂酸鹽的多分子吸附膜受到垂直方向的作用力時，很容易在分子層間發(fā)生相對滑動，從而降低剪切強(qiáng)度，減小了摩擦力，以此來起到潤滑作用。因而加入潤滑性能很好的硬脂酸鹽分子來改善它的潤滑性能，實驗證明，加入硬脂酸鹽后，潤滑劑的摩擦系數(shù)顯著下降達(dá)到了 0. I以下，潤滑性能得到大大提高，可見硬脂酸鹽和氮化硼混合使用可以得到綜合性能優(yōu)良的潤滑劑，氮化硼有助于提聞潤滑劑的熱穩(wěn)定性能和脫1旲性能，使得鍛件表面光売，脫1旲容易；硬脂酸鹽有助于提聞潤滑劑的潤滑性能。本發(fā)明使用的粘結(jié)劑為磷酸鹽類和硅溶膠配合使用，在高溫下磷酸的聚合程度增大，容易形成完整的高分子聚合物，而硅溶膠可以使涂層易于從金屬型上剝落下來，不僅能保證了高溫粘結(jié)強(qiáng)度，也大大的減輕了清理工作量。本發(fā)明中使用的懸浮劑為具備很強(qiáng)吸水膨脹特性的膨潤土、凹凸棒土和羧甲基纖維素鈉。目的是在潤滑劑中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而阻止?jié)櫥瑒┲胁蝗芪⒘５南鲁梁湍?，還能起到調(diào)節(jié)潤滑劑粘度的作用。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，具有如下顯著優(yōu)點和突出特點①本產(chǎn)品可以潤滑懸浮液的產(chǎn)品，潤滑劑懸浮液具有配制過程簡單，懸浮性能好等優(yōu)點，總體來說，本發(fā)明價格比較便宜。②本發(fā)明中的各種組分及其高溫分解的無害產(chǎn)物對工模具及工件不會產(chǎn)生物理和化學(xué)反應(yīng)，同時在熱加工溫度范圍內(nèi)除了有機(jī)化合物進(jìn)行分解以外，大部分無機(jī)化合物都處于液體摩擦條件，這樣就避免了工模具與工件的直接接觸，不僅有利于提高工模具的使用壽命而且能保證工件的表面質(zhì)量。③本發(fā)明潤滑劑中不含有石墨，從而避免了使用石墨型潤滑劑在熱加工中會發(fā)生滲碳等影響熱加工金屬質(zhì)量的不良影響，而且在制備過程和使用過程中不會因為石墨引起環(huán)境污染。④本發(fā)明在保證在鍛造溫度范圍內(nèi)具有良好的潤滑性、脫模性能、冷卻及絕熱性能、高溫潤濕性(成膜性)、懸浮分散性和可噴射性的同時，還具備與石墨型潤滑劑相當(dāng)?shù)臐櫥阅?，尤其是高溫潤滑性能，并且實現(xiàn)了殘留物清理容易，可以替代石墨型潤滑劑，特別適用于金屬熱模鍛尤其是大型鋁件的熱模鍛。本發(fā)明潤滑劑實際應(yīng)用高溫摩擦系數(shù)與石墨型相當(dāng)，不僅適用于碳鋼的低、中、 高問模鍛，也適用于鋁合金等其他金屬的熱模鍛，是一種通用性是一種通用性較好的潤滑劑。其制造工藝簡單，潤滑效果良好，清理效果好，無污染，可用以取代傳統(tǒng)的石墨型潤滑劑。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例一本實施例的金屬熱模鍛用非石墨型潤滑涂料，組成原料的重量百分比配比如下
權(quán)利要求
1.一種水基非石墨型潤滑劑，其特征在于，各組分及其重量百分比含量如下層狀晶格結(jié)構(gòu)的無機(jī)物 26%—35%耐高溫潤滑劑 10%-15%懸浮劑12%-24%高溫粘結(jié)劑30%-37% 輔助劑1%-3%
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種水基非石墨型潤滑劑，其中，該潤滑劑載體為水，其重量為上述各組分總重量的5倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種水基非石墨型潤滑劑，其中，所述層狀晶格結(jié)構(gòu)的無機(jī)物為氮化硼(BN)，滑石或者云母。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種水基非石墨型潤滑劑，其中，所述耐高溫潤滑劑是硬脂酸鹽，例如為硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣中的任意兩種或三種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的一種水基非石墨型潤滑劑，其中，所述懸浮劑為無機(jī)懸浮劑與有機(jī)懸浮劑的混合，其中無機(jī)懸浮劑可以為膨潤土或凹凸棒土，有機(jī)懸浮劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的一種水基非石墨型潤滑劑，其中，所述高溫粘結(jié)劑是硅溶膠和磷酸鹽的混合，其中磷酸鹽可以是磷酸一氫鹽或磷酸二氫鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的一種水基非石墨型潤滑劑，其中，所述輔助劑為OP乳化劑、脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)、消泡劑和/或氨水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種水基非石墨型潤滑劑，其中，所述消泡劑為正丁醇、正戊醇或正辛醇。
9.一種水基非石墨型潤滑劑的制備方法，包括如下步驟(1)在溫水中按照比例加入一定量的羧甲基纖維素鈉(CMC)；(2)加入鋰基膨潤土和凹凸棒土作為懸浮劑，并攪拌均勻；(3)加入輔助劑脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)和高溫粘結(jié)劑磷酸一氫鹽；(4)滴入氨水，調(diào)節(jié)PH在8 10之間，再加入硅溶膠作為高溫粘結(jié)劑，使溶液形成一個均勻的分散體系；(5)最后按比例加入層狀晶格結(jié)構(gòu)的無機(jī)物，硬脂酸鹽鋇和硬脂酸鋅，攪拌至均勻分散后，即可制備出潤滑劑。
10.權(quán)利要求9述的制備方法，其特征在于，所述層狀晶格結(jié)構(gòu)的無機(jī)物為氮化硼 (BN)，滑石或者云母。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水基非石墨型潤滑劑，其特征在于，各組分及其重量百分比含量如下層狀晶格結(jié)構(gòu)的無機(jī)物26％～35％，耐高溫潤滑劑10％～15％，懸浮劑12％～24％，高溫粘結(jié)劑30％～47％，輔助劑1％～3％。本發(fā)明是一種環(huán)境友好型的熱模鍛潤滑劑，可以替代石墨型潤滑劑，特別適用于金屬熱模鍛，尤其是大型鋁件的熱模鍛。本發(fā)明還公開了一種水基非石墨型潤滑劑的制備方法。該方法制作工藝簡單，成膜性能良好。
文檔編號C10N40/24GK102533423SQ20111039657
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者凌宏江, 李偉華, 李建軍, 楊帆, 樊自田, 段魯良, 董選普 申請人:華中科技大學(xué)