水溶性銅、銅合金和有色金屬中間冷軋和熱軋的組合物的製作方法

2023-05-29 13:47:11

專利名稱：水溶性銅、銅合金和有色金屬中間冷軋和熱軋的組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及水溶性銅、銅合金和有色金屬的中間冷軋和熱軋的組合物，還涉及中間冷軋或熱軋銅、銅合金和有色金屬的方法。
銅、銅合金和有色金屬的軋制工業對軋制金屬的製造方法提出了生產效率最大化的需求。一般來說，這意味著需要更高的軋制速度和需要在每次換班(operating shift)時生產出更多的可出售的產品。另外，還需要為達到給定的壓下量儘量減少通過軋機的道次。這兩種途徑都要求不得有損於產品的質量和表面光潔度。
本發明因此提供一種用於軋機的油組合物，它可以製備成乳液並能滿足如下的客戶要求—較高的壓縮比在多數情況下都能實現一道壓縮；—非常優異的表面光潔度；—易於操作；—較長的裝載壽命(charge life)；—低油耗；—較長的乳液壽命；—更長的軋輥壽命；以及—對於溶解的銅鹽具有更低的敏感度。
本發明對於任何形式的軋制都有效，不論可逆與否，在開坯、中間軋制還是在精軋制過程中都適用。
特別地，本發明表現出了較大的壓下量和軋制能力，同時在高速軋制過程中可以提供優異的帶材表面光潔度。
現有技術並沒有教導本發明甚至未對本發明提出任何建議。
因此，本發明提供了一種水溶性銅、銅合金和有色金屬的軋制油組合物，該油組合物包含一種基礎原料油和，基於該組合物總重的—1-80％重量的，優選1-30％重量的下述混合物
·一種脂肪酸與多元醇的單酯，和·一種脂肪酸與季戊四醇的四酯；所述組合物的單酯∶四酯的重量比為1∶20至10∶1，優選1∶10至5∶1；和—0.02-2％的，優選0.05-1％重量的吡咯衍生物。
此處術語「中間冷軋」是指銅錠和銅合金錠的溫度為環境溫度。
此處術語「熱軋」是指銅錠和銅合金錠的溫度在750℃左右。
根據一種實施方案，該油組合物還包括基於該組合物總重的0.1-20％的乙氧基化的醇(帶有5至15個碳原子，優選12至15個碳原子)的混合物。作為該混合物組成的實例，可以使用ICI公司出售的商品名為SynperonicA7和HypermerA60的乙氧基化醇混合物，SynperonicA7和HypermerA60的重量比優選1∶10至10∶1。
本發明還提供了製備該油組合物的方法。
本發明還提供了含有該油組合物的乳液和製備該乳液的方法。
另外，本發明提供了本發明的油組合物在製備用於銅、銅合金和有色金屬熱軋或中間冷軋過程的乳液的用途。
本發明還提供了使用有效量的本發明乳液用於熱軋銅、銅合金和有色金屬板材的方法。
最後，本發明提供了該乳液在熱軋或中間軋制過程中的用途。
本發明將在如下的說明書中將得以詳盡的公開。


圖1顯示的是，在分別使用現有技術的乳液和本發明的乳液的條件下，銅的重量損失(ppm)對應於測試持續時間(小時)的相關曲線。
圖2顯示的是，在分別使用現有技術的乳液和本發明的乳液的條件下，施加的軋制力(噸/米)和道次之間的關係圖。
本發明的油組合物是淨化的油濃縮物，通常要在水中稀釋製成水包油型乳液。
基礎油可以是任意一種在中間冷軋或熱軋過程中典型使用的油料。可以是鏈烷烴或是環烷烴。
石蠟族基礎油是由原油製備而來，含有相對高的烷烴含量(高含量石蠟烴和異石蠟烴)。典型的原油產自中東、北海、美國中部。其生產方法需要進行芳烴的去除(通常採用溶劑萃取)和脫蠟。石蠟族基礎油具有良好的粘度/溫度特性，即高粘度指數、合適的低溫性能以及良好的穩定性。它們通常用作為溶劑中性油，此處的溶劑是指基礎油經過溶劑精製，而中性是指該油的pH值呈現中性。另一種規定是高粘度指數(HVI)基礎油，它們的粘度指數可以遍及所有的範圍，從輕質錠子油到重質高粘度潤滑油料。
環烷烴基礎油本身具有較低的傾點，不含蠟，具有優異的溶解能力。經過溶劑萃取和加氫處理可以減少多環芳烴的含量。
優選的基礎油是經過加氫處理的石蠟族中性油。
基礎油的粘度在40℃下一般為10至150釐沲(cSt)，優選40℃下粘度為20-50釐沲。
在單酯和四酯的混合物中，單酯的脂肪酸具有16至20個碳原子，優選油酸。單酯中的多元醇優選甘油。
四酯中的脂肪酸具有16至20個碳原子，優選油酸。
吡咯衍生物一般選自芳基三唑、芳基咪唑和芳基噻唑。
芳基三唑的實例包括苯並三唑、甲苯三唑和甲苯甲醯三唑。
芳基咪唑的實例包括苯並咪唑和2-(5-氨基戊基)苯並咪唑。
至於芳基噻唑，可以使用苯並噻唑。
優選的吡咯是甲苯三唑。
該油組合物還可以含有經典的添加劑，如表面活性劑、偶聯劑或助表面活性劑、減摩劑或潤滑劑、緩蝕劑或抗氧劑，極壓劑和抗摩蝕添加劑，殺細菌劑和殺真菌劑、消泡劑、防鏽劑。
不過，本發明的一項重要特性就是該油組合物、以及乳液，並不含有被認為會增加環境問題的壬基酚表面活性劑。
消泡劑的實例可以基於矽氧烷，特別是聚二甲基矽氧烷。
緩蝕劑的實例可以是受阻酚和二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)。
極壓劑和抗摩蝕添加劑的實例可以分別是磷酸二月桂基酯，亞磷酸雙十二烷基酯，磷酸三烷基酯如磷酸三(2-乙基己基)酯、磷酸三甲苯酯(TCP)、二烷基(或二芳基)二硫代磷酸鋅(ZDDP)，磷一硫化脂肪油，二烷基二硫代氨基甲酸鋅，硫醇基苯並噻唑，硫化脂肪油，硫化萜烯，硫化油酸，烷基和芳基多硫化物，硫化鯨蠟油，硫化礦物油，氯化硫處理過的脂肪油，黃原酸氯化石腦油酯(chlornaphta xanthane)，十六烷基氯化物，氯化石蠟油，氯化石蠟硫化物，氯化石蠟，和二烷基(或二芳基)二硫代磷酸鋅(ZDDP)，磷酸三甲苯酯(TCP)，磷酸三(二甲苯酯)(TXP)，磷酸二月桂基酯。
緩蝕劑或抗氧劑的實例可以是自由基捕獲劑如酚類抗氧劑(空間位阻的)，胺類抗氧劑，有機銅鹽，氫過氧化物分解劑，丁基化羥基甲苯。
防鏽劑的實例可以是鏈烯基琥珀酸酐的胺衍生物。
基礎油和添加劑的更多組成元素可以參閱R.M.Mortier和S.T.Orszulic著作的「Chemistry And Technology of Lubricants」一書，由VCH Publishers出版，1992年第一次出版。
以下是本發明中水溶性油組合物含量的一個實例(所有的百分含量都是基於組合物總重的重量百分比)—0.1-10％的三烷基(C1-4)酚；—0.5-4.0％的三烷基(C3-10)磷酸酯；—1-4％的石油磺酸鹽；—0.1-0.5％的氨烷基(C2-3)鏈烷二醇(C2-3)；—1-4％的三鏈烷醇(C2-4)胺；—2-10％的單脂肪酸(C16-20)甘油酯；—5-15％的四脂肪酸(C16-20)季戊四醇酯；—0.5-1.0％的5-羰基4-己基2-環己烯1-辛酸；—3-6％的乙氧基化醇類(C5-15，含有2-10個CH2O基團)—0.05-0.3％的三唑衍生物；—0.05-0.4％的矽氧烷基聚合物；—餘量可以是一種環烷基潤滑油基礎油或是幾種環烷基潤滑油基礎油的混合物。
本發明的水溶性油組合物是由基礎油和其它組分，在攪拌或在任何攪拌設備下，同時優選溫度控制不超過50℃、更優選35℃下混合而成的。
水包油型乳液是將本發明的油組合物於水中在攪拌下稀釋而製備的。
本發明的一個有趣的特點是，能夠使用硬水，其具有高達每升200mg的碳酸鈣。
優選去離子水，並且使用前要加熱至35℃左右。
該乳液一般含有水和基於乳液總體積的0.5-30％的，優選1-20％體積的油組合物。
本發明應用的銅合金可以是任何一種銅合金，包括黃銅合金和青銅合金。
本發明採用的有色金屬實例可以是鎳及鎳合金，鋅和鋅合金。
熱軋方法可以是經典的方法。通常在錠料溫度在750℃下進行。
中間冷軋方法可以是經典的方法。通常在環境溫度下進行。
軋制方法優選在開坯軋機和精軋機上進行。本發明的水包油型組合物可以顯著減少道次。用現有技術的常規乳液，道次典型為3至10道。而採用本發明的乳液，可以減少一個道次，這是一個顯著的改進。
在開坯軋機上進行軋制過程時，使用的乳液優選含有基於乳液總體積的2-3％體積的油組合物。
在精軋機上進行軋制過程時，使用的乳液優選含有基於乳液總體積的4-7％體積的油組合物。
下述的實施例說明了本發明，但並不限制本發明。如若不加以聲明，所有份數和比例都是基於重量的。
實施例組合物可由表1中的組分按照該表中顯示的次序混合製備而成。溫度維持最高不得超過50℃，並保證各種組分完全溶解和均化，而不損及乳液的各種性質。
*C12-15醇的混合物—由ICI公司出售的商品名為SynperonicA7的產品O.6％—由ICI公司出售的商品名為HypermerA60的環氧乙烷加成聚合物產品3.9％表1中組合物的特性列於表2之中。
乳液是將表1中的油組合物用預先加熱至35℃的去離子水進行攪拌稀釋而製備。所得到的乳液的特性如表3所示。
1)乳液的穩定性由如下步驟測定。在室溫下或在測試溫度下，將470ml的蒸餾水稱量於一個800ml的燒杯中。將一個50ml的帶有四個槳葉的攪拌器連接在攪拌馬達上，使槳葉距燒杯底部25mm。將一個50ml的滴液漏鬥置於燒杯中，使漏鬥口離燒杯壁15mm。啟動攪拌器進行攪拌，調節攪拌速度為1000rpm。然後將該試驗樣品加熱至35±1℃。將滴液漏鬥中的30ml的測試油開始滴加入燒杯，滴加速度控制在120±20秒內將全部30ml油都滴入水中。滴液完成之後繼續攪拌60秒，並同時保持試樣的溫度為35±1℃。再將得到的乳液倒入一個500ml的量筒內，並將之存放在室溫下持續20個小時。20小時之後，從刻度中讀出上層(黃色乳油+油)的體積百分比。
試驗測試先準備一個空白試樣，由現有技術的油組合物稀釋製備而成，該現有技術油組合物的成分如表4所示
製備兩個乳液試樣，分別用去離子水稀釋本發明的油組合物及現有技術的油組合物。
這兩個乳液都用銅進行試驗，來鑑定各自對表面光潔度的改善作用。採用銅帶進行如下方法的試驗。
被測試用的銅帶都用碳化矽砂紙打摩去除了表面的缺陷。而且銅帶的每一面都用由異辛烷浸潤的一塊棉墊揀選的碳化矽細顆粒進行拋光處理。銅帶的處理必須使用不鏽鋼鑷子。在拋光之後，每片銅帶都需要用異辛烷衝洗去除掉碳化矽顆粒，並浸入純淨的異辛烷溶液中。之後，將銅片從洗滌溶劑中取出，在空氣中風乾，並稱量重量精確至0.1mg。製備好500ml的試驗用金屬處理油乳液，並稱量出兩份200±1g的乳液，將每份乳液試樣倒入250ml的燒瓶中。
然後，將乾燥的銅片浸入含有乳液試樣的燒瓶中，並蓋緊瓶口。再將其置入50℃的烘箱中擱置指定的一段時間。
烘烤完畢後，將燒杯從烘箱中取出。並將銅帶從測試液中取出，用丙酮衝洗去除水，再用異辛烷衝洗去除油。之後再將銅帶在空氣中乾燥，並稱量重量精確至0.1mg。
可以進一步進行循環的測試，將銅片再浸入原先的測試試樣，塞住燒瓶口，將之置於烘箱中跟之前一樣保持在同一溫度下並持續同樣的時間。
每片銅帶的金屬質量損失可以按下式計算損失(mg)＝M1-M2或是損失(ppm)＝(M1-M2)/M1*10-6此處M1＝銅片試驗測試前的稱重，mgM2＝銅片試驗測試後的稱重，mg圖1顯示的是銅的重量損失ppm(或銅的溶解量)對應於試驗浸泡測試持續時間(小時)的關係曲線。
可以看出，使用了本發明的乳液後銅的損失要比使用現有技術的乳液要小很多，這意味著在表面處理過程中，本發明的乳液對銅片的化學腐蝕更小，因此導致表面光潔度更好。
本發明的乳液和現有技術的乳液也都對黃銅的軋制進行了測試，以測定軋制力的改進效果。
圖2顯示的是施加的軋制壓力(公噸/米)對應於道次的關係圖。
可以看出，隨著道次的增多，採用本發明的乳液與現有技術的乳液相比，之間的差距更為明顯，而且採用本發明的乳液後，比使用現有技術的乳液時軋制壓力總是更小一些。
軋制壓力越小表明乳液的性能越好，那麼由此可以推斷本發明的乳液不但比現有技術的乳液性能要高；而且隨著道次的增加，與現有技術乳液相比，本發明的乳液表現出的性能優勢更為明顯。
權利要求
1.水溶性銅、銅合金和有色金屬的中間冷軋和熱軋油組合物，包含基礎油料和基於組合物總重的—1-80％重量的下列混合物·脂肪酸與多元醇的單酯，和·脂肪酸與季戊四醇的四酯；所述組合物的單酯∶四酯的重量比為1∶20至10∶1，和—0.02-2％重量的吡咯衍生物。
2.根據權利要求1的水溶性油組合物，還包括基於該組合物總重的0.1-20％的帶有5-15個碳原子、優選12-15個碳原子的乙氧基化的醇的混合物。
3.根據權利要求1或2的水溶性油組合物，包含基於該組合物總重的3-30％重量的所述的混合物。
4.根據權利要求1至3中任一項的水溶性油組合物，包含基於該組合物總重的0.05-1％重量的所述吡咯衍生物。
5.根據權利要求1至4中任一項的水溶性油組合物，其中所述的單酯與四酯的重量比為1∶10至5∶1。
6.根據權利要求1至5中任一項的水溶性油組合物，其中單酯的脂肪酸帶有16-20個碳原子，且優選油酸。
7.根據權利要求1至6中任一項的水溶性油組合物，其中單酯的多元醇為甘油。
8.根據權利要求1至7中任一項的水溶性油組合物，其中四酯的脂肪酸帶有16-20個碳原子，且優選油酸。
9.根據權利要求1至8中任一項的水溶性油組合物，其中吡咯衍生物選自芳基三唑、芳基咪唑和芳基噻唑。
10.根據權利要求9的水溶性油組合物，其中芳基三唑選自苯並三唑、甲苯三唑和甲苯甲醯三唑。
11.根據權利要求9的水溶性油組合物，其中芳基咪唑選自苯並咪唑、2-(5-氨基戊基)苯並咪唑。
12.根據權利要求9的水溶性油組合物，其中芳基噻唑是苯並噻唑。
13.根據權利要求10的水溶性油組合物，其中芳基三唑是是甲苯三唑。
14.根據權利要求1至13中任一項的水溶性油組合物，包括(基於該組合物總重的重量百分比)—0.1-10％的三烷基(C1-4)酚；—0.5-4.0％的三烷基(C3-10)磷酸酯；—1-4％的石油磺酸鹽；—0.1-0.5％的氨烷基(C2-3)鏈烷二醇(C2-3)；—1-4％的三鏈烷醇(C2-4)胺；—2-10％的單脂肪酸(C16-20)甘油酯；—5-15％的四脂肪酸(C16-20)季戊四醇酯；—0.5-1.0％的5-羰基4-己基2-環己烯1-辛酸；—3-6％的乙氧基化醇(C5-15，含有2-10個CH2O基團)—0.05-0.3％的三唑衍生物；—0.05-0.4％的矽氧烷基聚合物；—餘量是一種環烷基潤滑油基礎油或是幾種環烷基潤滑油基礎油的混合物。
15.根據權利要求1至14中任一項的水溶性油組合物，其中基礎油在40℃下的粘度在10-150 cSt範圍內，優選20-50 cSt。
16.水包油型乳液，含有水和0.5-30％體積比，優選1-15％體積比的根據權利要求1至15中任一項的水溶性油組合物。
17.根據權利要求1至15中任一項的水溶性油組合物的製備方法，包括在攪拌下或在任何攪拌設備下，將基礎油和其他組分混合。
18.根據權利要求16的水包油型乳液的製備方法，包括在攪拌下將油組合物稀釋於水中。
19.用於銅、銅合金和有色金屬板的中間冷軋方法，包括使用有效量的根據權利要求16的水包油型乳液。
20.根據權利要求19的中間冷軋方法，其中軋制方法在開坯軋機上進行，並且水包油型乳液含有基於該乳液總體積的2-3％體積的根據權利要求1至15中任一項的水溶性油組合物。
21.根據權利要求19的中間冷軋方法，其中軋制方法在精軋機上進行，並且水包油型乳液含有基於該乳液總體積的4-7％體積的根據權利要求1至15中任一項的水溶性油組合物。
22.用於銅、銅合金和有色金屬板的熱軋方法，包括使用有效量的根據權利要求16的水包油型乳液。
23.根據權利要求22的熱軋方法，其中軋制方法在開坯軋機上進行，並且水包油型乳液含有基於該乳液總體積的2-3％體積的根據權利要求1至15中任一項的水溶性油組合物。
24.根據權利要求22的熱軋方法，其中軋制方法在精軋機上進行，並且水包油型乳液含有基於該乳液總體積的4-7％體積的根據權利要求1至15中任一項的水溶性油組合物。
25.根據權利要求1至15中任一項的水溶性油組合物的用途，用來製備用於銅、銅合金和有色金屬的熱軋或中間冷軋方法的乳液。
26.根據權利要求16的水包油型乳液在中間冷軋和熱軋方法中的用途。
全文摘要
本發明涉及水溶性銅、銅合金和有色金屬的中間冷軋和熱軋的組合物，該組合物包括一種基礎油和，基於該組合物總重的1－80％重量的脂肪酸和多元醇的單酯與脂肪酸和季戊四醇的四酯的混合物，該混合物中單酯與四酯的重量比為1∶20至10∶1；和0.02－2％重量的吡咯衍生物。本發明還涉及一種水包油型的乳液，中間冷軋方法，熱軋方法，以及在中間冷軋和熱軋方法中該水包油型乳液的用途。
文檔編號C10M133/44GK1395612SQ01803780
公開日2003年2月5日 申請日期2001年2月7日 優先權日2000年2月8日
發明者F·普林斯, J－Y·克萊爾 申請人:美孚石油法國公司