一種用於鋁合金板帶材熱軋工藝的潤滑劑的製作方法

2023-07-26 13:34:01 1

本發明涉及金屬壓力加工
技術領域：
，尤其涉及一種用於鋁合金板帶材熱軋工藝的潤滑劑。
背景技術：
：鋁合金製品在國民經濟中扮演著越來越重要的角色；隨著經濟的發展，用戶對鋁合金板帶材的質量要求也越來越高，例如汽車板材、罐體料、航空板材、印刷版基等高端鋁合金產品，這就需要板帶材加工企業提供厚度均勻、板形良好、鋁合金表面光潔均勻和深加工性能優良的產品，以適應下遊鋁合金深加工工序不斷提高的要求。鋁合金板帶材的熱軋工藝是在鋁合金再結晶溫度以上進行的。一般粗軋工藝中，鋁板帶溫度在450℃～560℃之間，精軋或連軋工藝中鋁板帶溫度在280℃～450℃之間。在上述苛刻的加工條件下，特別是鋁合金本身具有熔點低、質地軟、延展性好以及容易粘附等特點，板帶材表面容易產生粘鋁、表面殘留多等問題，導致產品質量缺陷。在鋁合金熱軋工藝中，需要專用的潤滑劑(或稱軋制油、軋制液、乳化油等)為軋制過程提供潤滑、冷卻、清洗和防鏽等功能。潤滑劑一般是與水配製成3％～5％(粗軋工藝)和6％-8％(連軋工藝)濃度的乳化液來使用。目前，市面常見的熱軋工藝潤滑劑一般是由礦物油、乳化劑、簡單合成酯、簡單的聚脂肪酸酯和天然動植物油等構成，配成一定濃度的水包油型的乳化液來使用。在軋制工藝中，乳化液會發生部分油水分離現象，油分離出來吸附在金屬表面形成油膜起潤滑作用，水分離出來起到冷卻清洗作用。由於鋁合金表面溫度很高，且鋁合金質地較軟，現有的傳統工藝潤滑劑形成的油膜在高溫高壓作用下容易發生脫附現象和油膜破裂，導致金屬表面發生直接接觸和摩擦，金屬發生微區焊接、撕裂，造成表面粘鋁、色差等質量缺陷。另外，市面上也有一些潤滑劑採用添加簡單的聚合不飽和脂肪酸酯或聚合不飽和脂肪酸來增加油膜強度，雖然在一定程度能夠提高潤滑作用，但聚合不飽和脂肪酸酯存在極性基團過多、極性過強，分子中不飽和鍵過多導致其水解穩定性、熱氧化穩定性不好，且極性基團容易與乳化液中金屬碎屑、金屬離子反應而形成更加粘稠的大分子金屬皂，金屬皂及其粘附的金屬屑吸附在金屬工件表面，導致金屬表面殘留過多，甚至造成粘鋁和乳液斑的嚴重質量缺陷；在某些條件下還可能造成打滑現象而出現後道工序難以消除的振痕缺陷。因此，需要尋找一種能在苛刻的高溫高壓軋制工藝條件下在金屬表面可以牢固吸附、增強油膜性能的潤滑成分，開發性能更加優異的鋁合金熱軋工藝潤滑劑，以改善軋制後鋁合金板帶材表面的粘鋁、殘留過多等缺陷，提高鋁合金板帶材的表面質量。技術實現要素：本發明解決的技術問題在於提供一種用於鋁合金板帶材熱軋工藝的潤滑劑，本申請提供的潤滑劑具有較高的油膜強度，由此可改善軋制加工後鋁板表面粘鋁等缺陷。有鑑於此，本申請提供了一種用於鋁合金板帶材熱軋工藝的潤滑劑，包括：基礎油、有機脂肪酸、有機胺、潤滑酯、油膜增強劑、乳化劑、防鏽劑、抗氧劑和消泡劑；所述油膜增強劑包括磷酸酯、雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物。優選的，所述基礎油的含量為15wt％～60wt％，所述有機脂肪酸的含量為4wt％～25wt％，所述有機胺的含量為2wt％～10wt％，所述潤滑酯的含量為10wt％～40wt％，所述油膜增強劑的含量為9wt％～25wt％，所述乳化劑的含量為2wt％～8wt％，所述防鏽劑的含量為1wt％～3wt％，所述消泡劑的含量為0.01wt％～0.3wt％，所述抗氧劑的含量為0.5wt％～1.0wt％。優選的，以所述潤滑劑為基，所述油膜增強劑中的磷酸酯的含量為2wt％～6wt％，所述雙酯的含量為3wt％～8wt％，所述聚烯烴-合成酯共聚物的含量為4wt％～11wt％。優選的，所述基礎油選自60n、70n、100n、150n、500n、600n、變壓器油、46#冷凍機油和橡膠填充油中的一種或多種。優選的，所述有機脂肪酸選自十碳脂肪酸、十二碳脂肪酸、十四碳脂肪酸、十六碳脂肪酸和十八碳脂肪酸中一種或多種。優選的，所述有機胺選自脂肪胺、醇胺和脂環胺中的一種或多種。優選的，所述潤滑酯選自合成酯類和天然脂肪類中的一種或多種，所述合成酯類選自三羥甲基丙烷油酸酯、新戊二醇油酸酯、三羥甲基丙烷辛癸酸酯和三羥甲基丙烷棕櫚油酸酯中的一種或多種，所述天然脂肪類選自精製豬油、精製棕櫚油、精製椰子油和精製大豆油中的一種或多種。優選的，所述乳化劑為脂肪醇聚氧乙烯醚和石油磺酸鈉。優選的，所述防鏽劑為十二烯基丁二酸、三氮唑及其衍生物的混合物；所述抗氧劑為酚類抗氧劑；所述消泡劑為礦物油基聚合物型消泡劑。優選的，所述油膜增強劑中的磷酸酯為磷酸酯胺鹽混合物或帶聚氧乙烯基團的酸性磷酸酯；所述雙酯為由c6～c10的二元酸形成的酯。本申請提供了一種用於鋁合金板帶材熱軋工藝的潤滑劑，其包括基礎油、有機脂肪酸、有機胺、潤滑酯、油膜增強劑、乳化劑、防鏽劑、抗氧劑和消泡劑，其中油膜增強劑包括磷酸酯、雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物；一般情況下，潤滑油的潤滑狀態分為流體潤滑、邊界潤滑和極壓潤滑，本申請油膜增強劑中的雙酯與聚烯烴-合成酯共聚物對於流體潤滑和邊界潤滑可提供強有力的支持，在極壓潤滑狀態中，金屬表面相互接觸很近，油膜最薄，磷酸酯可與金屬表面在高溫高壓條件下形成熔點較低、高強度的液體反應物膜，有效降低摩擦和磨損產生；因此，本申請提供的潤滑劑由於油膜增強劑中磷酸酯、雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物的協同作用，可在鋁合金板帶材軋制過程中形成複合油膜，在金屬表面形成高低搭配的三層油膜，同時兼顧流體潤滑、邊界潤滑與極壓潤滑的需要，有效提高了油膜的強度。進一步的，本申請中油膜增強劑中的聚烯烴-合成酯共聚物中有極性的酯基基團吸附在金屬表面，而沒有極性的長鏈烴基則伸向液體中，由此既增加了形成的油膜強度，又增加了油膜厚度。附圖說明圖1為聚烯烴-合成酯共聚物的分子結構示意圖；圖2為潤滑劑在應用時混合狀態下的複合油膜示意圖。具體實施方式為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特徵和優點，而不是對本發明權利要求的限制。鑑於鋁合金本身具有熔點低、質地軟、延展性好，容易粘附等特點，鋁合金板帶材在熱軋的過程中表面容易產生粘鋁、表面殘留多等問題，現有技術中常規的潤滑劑應用於鋁合金板帶材熱軋中效果並不是很好，鋁板表面容易出現粘鋁、殘留過多以及乳液斑等問題，因此，本申請提供了一種性能更加優異的潤滑劑，以消除鋁合金板帶材熱軋過程中以及熱軋後的表面質量缺陷。具體的，本發明實施例提供的用於鋁合金板帶材熱軋工藝的潤滑劑包括：基礎油、有機脂肪酸、有機胺、潤滑酯、油膜增強劑、乳化劑、防鏽劑、抗氧劑和消泡劑；所述油膜增強劑包括磷酸酯、雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物。本申請提供的潤滑劑利用油膜增強劑中的磷酸酯、雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物的復配作用，使潤滑劑在工件表面形成複合油膜，提高了鋁合金板帶材熱軋工藝中的油膜強度。具體的，本申請中的潤滑劑包括基礎油，所述基礎油為本領域技術人員熟知的，對此本申請不進行特別的限制。示例的，所述基礎油選自60n、70n、100n、150n、500n、600n、變壓器油、46#冷凍機油和橡膠填充油中的一種或多種；在具體實施例中，所述基礎油選自70n、150n、變壓器油和橡膠填充油中的一種或多種。所述基礎油的含量為15wt％～60wt％，在具體實施例中，所述基礎油的含量為20wt％～50wt％，在具體實施例中，所述基礎油的含量為25～45wt％。所述有機脂肪酸具有潤滑、潤溼、耦合、增溶、有助於形成油膜等作用。本申請中所述有機脂肪酸選自十碳脂肪酸、十二碳脂肪酸、十四碳脂肪酸、十六碳脂肪酸和十八碳脂肪酸中一種或多種；在具體實施例中，所述有機脂肪酸選自十二碳脂肪酸和十六碳脂肪酸的混合物或十六碳脂肪酸和十八碳脂肪酸的混合物。所述有機脂肪酸的含量為4wt％～25wt％，在具體實施例中，所述有機脂肪酸的含量為6wt％～20wt％，在具體實施例中，所述有機脂肪酸的含量為8wt～15wt％。本申請中所述有機胺為乳化液體系提供鹼性條件，有助於乳化、清洗等作用。所述有機胺選自選自脂肪胺、醇胺和脂環胺中的一種或多種；更具體的，所述脂肪胺選自一乙胺、二乙胺、三乙胺、十二胺、十六胺和異丙胺中的一種或多種，所述醇胺選自一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和異丙醇胺，所述脂環胺選自環己胺和二環己胺中的一種或兩種；在具體實施例中，所述有機胺選自三乙醇胺、二環己胺和異丙醇胺。所述有機胺的含量為2wt％～10wt％，在具體實施例中，所述有機胺的含量為5wt％～9wt％。本申請所述潤滑劑中還包括潤滑酯，所述潤滑酯可在金屬表面吸附形成油膜，提供潤滑性能。所述潤滑酯選自合成酯類和天然脂肪類中的一種或多種；具體的，所述合成酯類選自三羥甲基丙烷油酸酯、新戊二醇油酸酯、三羥甲基丙烷辛癸酸酯和三羥甲基丙烷棕櫚油酸酯中的一種或多種，所述天然脂肪類選自精製豬油、精製棕櫚油、精製椰子油和精製大豆油中的一種或多種；在具體實施例中，所述潤滑酯選自精製椰子油、三羥甲基丙烷油酸酯和新戊二醇油酸酯。所述潤滑酯的含量為10wt％～40wt％，在具體實施例中，所述潤滑酯的含量為15wt％～38wt％，在具體實施例中，所述潤滑酯的含量為20wt％～30wt％。所述乳化劑為本領域技術人員熟知的，本申請中所述乳化劑選自脂肪醇聚氧乙烯醚和石油磺酸鈉的混合物。所述乳化劑的含量為2wt％～8wt％，在具體實施例中，所述乳化劑的含量為3wt％～5wt％。所述防鏽劑為本領域技術人員熟知的，本申請所述防鏽劑為十二烯基丁二酸、三氮唑及其衍生物。所述防鏽劑的含量為1wt％～3wt％。所述抗氧劑選自酚類抗氧劑，所述消泡劑選自礦物油基聚合物型消泡劑；本申請中所述抗氧劑的含量為0.5wt％～1.0wt％，所述消泡劑的含量為0.01～0.3wt％。本申請所述潤滑劑的關鍵組分在於油膜增強劑，其包括磷酸酯、雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物；在本申請中，所述磷酸酯選自磷酸酯胺鹽混合物或帶聚氧乙烯(聚氧丙烯)基團的酸性磷酸酯；以所述潤滑劑為基，所述磷酸酯的含量為2wt％～6wt％，在具體實施例中，所述磷酸酯的含量為3.5wt％～5wt％。本申請中，所述雙酯優先選自由c6～c10的二元酸形成的酯；所述雙酯的含量為3wt％～8wt％，在具體實施例中，所述雙酯的含量為4～7wt％。所述聚烯烴-合成酯共聚物是聚烯烴與合成酯單體的共聚物，其結合了合成酯和聚烯烴的優點，例如：長鏈分子的潤滑能力，酯基基團在金屬表面的強吸附能力，聚烯烴的高水解穩定性、低揮發性、燃燒無殘留，又避免了合成酯抗氧化、抗水解穩定性不好，聚烯烴沒有極性導致其在金屬表面的吸附能力不夠等缺點。本申請中聚烯烴-合成酯共聚物的分子結構示意圖如圖1所示，在所述聚烯烴-合成酯共聚物中，有極性的酯基基團吸附在金屬表面，而沒有極性的長鏈烴基基團則伸向液體中，由此構成的油膜既增加了強度，又增加了厚度。以所述潤滑劑為基，所述聚烯烴-合成酯共聚物的含量為4wt％～11wt％，在具體實施例中，所述聚烯烴-合成酯共聚物的含量為5wt％～10wt％，更具體的，所述聚烯烴-合成酯共聚物的含量為6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％。本申請所述聚烯烴為丙烯和除丙烯外的α-烯烴的共聚物，丙烯均聚物，或乙烯和除乙烯外的α-烯烴的共聚物；具體的，所述聚烯烴-合成酯共聚物為c8～c18的烯烴共聚物-c6～c12的二烯酸酯的共聚物；更具體的，所述聚烯烴-合成酯共聚物為1-辛烯/1-十二烯共聚物與2,4-十二碳二烯酸甲酯的共聚物或乙烯辛烯共聚物與1,3-十碳二烯酸乙酯的共聚物。在傳統的工藝潤滑理論中，潤滑狀態分為三種：流體潤滑、邊界潤滑和極壓潤滑；流體潤滑狀態中，油膜較厚，可將金屬表面隔離開，從而避免其相互接觸而產生摩擦和磨損；邊界潤滑狀態中，金屬表面因微觀上凹凸不平(高度差為微米級，由此產生所謂粗糙度概念)而相互接觸很近，油膜較薄；在極壓潤滑狀態中，金屬表面相互接觸很近，油膜最薄。在實際的潤滑過程中，這三種潤滑狀態是同時存在的，即為「混合潤滑」狀態，至於哪種潤滑狀態佔主體作用，與當時的應用條件直接相關。本申請所述潤滑劑的製備方法按照本領域技術人員熟知的方法製備即可，對此本申請沒有特別的限制。示例的，所述潤滑劑的製備方法具體為：按照各組分的配比，將基礎油加熱，在攪拌狀態下依次加入有機脂肪酸、潤滑酯、有機胺、乳化劑、油膜增強劑和防鏽劑，攪拌後最後加入抗氧劑和消泡劑，攪拌後得到潤滑劑。本發明提供的潤滑劑的油膜增強劑中的雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物的應用對於流體潤滑、邊界潤滑可提供強有力的支持；磷酸酯類成分可與金屬表面在高溫高壓條件下形成熔點較低、高強度的液體反應物膜，有效降低摩擦和磨損產生。本發明潤滑酯中的油膜增強劑可形成複合油膜，即採用磷酸酯、雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物復配使用，達到協同作用，在金屬表面形成高低搭配的三層油膜，具體如圖2所示，同時兼顧流體潤滑、邊界潤滑和極壓潤滑的需要。在熱軋工藝中，粗軋工藝潤滑狀態以極壓潤滑和邊界潤滑為主，而連軋工藝潤滑狀態以邊界潤滑和流體潤滑為主。針對不同的軋制工藝，在潤滑劑中可靈活調整磷酸酯、雙酯和聚烯烴-合成酯共聚物的含量，以適應不同的軋制工藝、滿足不同的潤滑要求。針對傳統潤滑劑的不足，本發明選取極性適中、且在乳化液體系中高溫高壓、存在大量金屬屑和金屬離子的條件下，能夠具有優異的水解穩定性、抗氧化穩定性、優異的潤滑性能的潤滑成分作為油膜增強劑，以便改善高溫鋁合金表面與軋輥之間變形區內的油膜性能，消除了鋁板表面的粘鋁、殘留過多、乳液斑等問題，同時還能提高乳化液中有效成分的水解穩定性、抗氧化穩定性，延長乳化液使用壽命，從而減少廢液排放，降低消耗，保護環境。為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的用於鋁合金板帶材熱軋工藝的潤滑劑，本發明的保護範圍不受以下實施例的限制。實施例將基礎油按照配比加入調和罐中，加熱至40～50℃，攪拌均勻；在攪拌狀態下，再依次按配比加入有機脂肪酸、潤滑酯、有機胺、乳化劑、油膜增強劑和防鏽劑，攪拌1～2h至透明，最後加入抗氧劑和消泡劑，攪拌2h，得到潤滑劑。分別針對粗軋工藝和連軋工藝提供兩組潤滑劑，潤滑劑各組分的含量具體如表1和表2所示。表1應用於鋁合金板帶材粗軋工藝的潤滑劑的各組分數據表表2應用於鋁合金板帶材連軋工藝的潤滑劑的各組分數據表組分實施例4實施例5實施例6基礎油29.917.426.7十六碳脂肪酸462十八碳脂肪酸438三乙醇胺578二環己胺110異丙醇胺102精製棕櫚油181510三羥甲基丙烷油酸酯15209新戊二醇油酸酯055脂肪醇聚氧乙烯醚542石油磺酸鈉211磷酸酯胺鹽混合物23.56辛二酸二乙酯357聚烯烴-合成酯共聚物6810十二烯基丁二酸220.5三氮唑及其衍生物0.811.5酚類抗氧劑10.81礦物基聚合物型消泡劑0.30.30.3註：表1中聚烯烴-合成酯共聚物具體為1-辛烯/1-十二烯共聚物與2,4-十二碳二烯酸甲酯的共聚物；表2中聚烯烴-合成酯共聚物具體為乙烯辛烯共聚物與1,3-十碳二烯酸乙酯的共聚物。選取市面上在售的具有代表性的兩種傳統鋁熱軋工藝潤滑劑1#和2#，分別採用本發明實施例製備的兩種鋁熱軋工藝潤滑劑3#(實施例1)和4#(實施例4)進行油膜強度對比檢測，檢測方法採用gb/t3142-82(2004)(潤滑劑承載能力測定法(四球法))，檢測最大無卡咬負荷(即油膜強度)，實驗儀器為廈門天機自動化有限公司的ms-10四球摩擦試驗機，樣品為原液，油溫為80℃，檢測條件按照gb/t3142-82(2004)進行，檢測結果如表3所示，表3傳統潤滑劑與本發明潤滑劑的性能數據表組別1#2#3#4#最大無卡咬負荷(kg)58617072由表3可知，本發明的工藝潤滑劑採用了「複合油膜」技術，比傳統的工藝潤滑劑有更強的油膜強度；採用本發明技術的工藝潤滑劑，能有效幫助在金屬表面建立超強的潤滑油膜，可明顯改善軋制加工後鋁板表面發生的粘鋁等質量缺陷。以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。當前第1頁12