一种基于纳米二硫化钨的水性润滑剂及其制备方法.pdf

本发明公开一种基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，按重量百分比计，其包括以下组分及含量：纳米二硫化钨1～15％，固体润滑剂1～10％，防锈剂0.2～3％，水性硬脂酸10～40％，水性硬脂酸锌10～20％，乳化稳定剂0.4～4％，消泡剂0.01～0.05％，水8～77％，上述各个组分含量之和为100％；并公开上述水性润滑剂的制备方法和使用方法。本发明的水性润滑剂润滑效果好，延伸系数大，环保无污染，适用范围广；水性润滑剂的制备方法和使用方法工艺步骤简单、快捷，提高生产效率，有利于环保。

权利要求书一种基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其特征是：按重量百分比计，其包括以下组分及含量：纳米二硫化钨1～15％，固体润滑剂1～10％，防锈剂0.2～3％，水性硬脂酸10～40％，水性硬脂酸锌10～20％，乳化稳定剂0.4～4％，消泡剂0.01～0.05％，水8～77％，上述各个组分含量之和为100％。
根据权利要求1所述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其特征是：其纳米二硫化钨的粒径为50～100nm；固体润滑剂为石墨、二硫化钼、聚乙烯蜡、聚四氟乙烯、乙撑双硬脂酸酰胺、微晶石蜡中的一种或几种组合。
根据权利要求1所述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其特征是：其防锈剂为二乙醇胺、5‑氨基四氮唑、亚硝酸钠、磷酸三钾、硅烷偶联剂、肌醇六磷酸酯中的一种或几种组合。
根据权利要求1所述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其特征是：其水性硬脂酸是固含量为5～30%的硬脂酸水性分散液，由硬脂酸、分散剂、乳化剂、消泡剂、防腐剂和水制备而成，以水性硬脂酸总重量百分比计，各组分的重量百分比为：硬脂酸5～30％，分散剂0.1～0.5％，乳化剂0.1～0.7％，消泡剂0.05～0.5％，防腐剂0. 1～0.5％，余量为水。
根据权利要求4所述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其特征是：其水性硬脂酸的制备方法为：首先，按重量百分比将水和硬脂酸颗粒加入反应釜中，加热至硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融硬脂酸中依次加入分散剂、乳化剂，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入消泡剂和防腐剂；接着，再进行超微研磨5～10min，即得到硬脂酸水性分散液。
根据权利要求1所述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其特征是：其水性硬脂酸锌是固含量为25～40%的硬脂酸锌水性分散液。
根据权利要求1所述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其特征是：其乳化稳定剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠中的一种或几种组合；消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的一种或几种组合；水为自来水或去离子水。
一种权利要求1～7中任一权利要求所述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂的制备方法，其特征是：其包括以下步骤：
步骤1、在反应釜中加入重量百分比5～80％的水，1000～3000r/min的搅拌速度下缓慢的加入重量百分比0.4～4％的乳化稳定剂，机械搅拌1～3h后乳化稳定剂完全溶解于水中；
步骤2、向步骤1中获得的溶液中依次加入重量百分比10～40％的水性硬脂酸、重量百分比10～20％的水性硬脂酸锌、重量百分比0.2～3％的防锈剂，以1000～3000 r/min的转速搅拌30min～3h，加入重量百分比1～15％的纳米二硫化钨和重量百分比1～10％固体润滑剂粉末，再继续搅拌30min～2h后，即得到灰黑色的水性润滑剂。
根据权利要求8所述的水性润滑剂的制备方法，其特征是：在步骤1中，在搅拌过程中，加入重量百分比0.01～0.05％的消泡剂，制得含量为5～8%的乳化稳定剂溶液。
一种权利要求1～7中任一权利要求所述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂的使用方法，其特征是：其包括以下步骤：首先，水性润滑剂直接或者用水稀释至2～20倍后加热至60～70℃，向其中放入酸洗除锈后的金属毛坯5～30 min；然后将金属毛坯捞出，常温或者热风状态下使金属毛坯表面所涂敷的润滑膜中所含水分充分蒸发，即可进行下一步的塑性加工。

说明书一种基于纳米二硫化钨的水性润滑剂及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑剂制备技术领域，特别是涉及一种基于纳米二硫化钨的水性润滑剂及其制备方法。
背景技术
在金属塑性成型的过程中，被加工金属与模具之间相对运动时接触表面间产生组织切向运动的阻力，即外摩擦力。外摩擦力的存在会使加工所需的力、能量增加，因此必须要对金属表面进行润滑处理。如果金属表面的润滑达不到要求的话，将会使加剧模具磨损，工件表面发生粘连、擦伤等现象。因此，润滑和塑性成型有着密切的关系，润滑技术的开发能够促进金属冷塑成型加工的发展。
在金属冷塑成型加工时，传统工艺采用在金属工件毛坯表面经过酸化、磷化、皂化等工序进行表面处理和润滑处理，但是，这种方法工序繁杂，原材料和能源消耗大，工作环境差，周期较长，还会造成严重环境污染。因此，寻找一种环保的适用于金属冷塑成型的润滑剂已成为人们研究的热点。
二硫化钨是科学界公认的摩擦润滑效果最好的原材料之一，干摩擦系数仅为0.03，干磨擦性能比其它材料都好，纳米级二硫化钨粉末不仅适用于一般润滑条件，还可用于高温、高压、高真空、高负荷、有辐射线及腐蚀性介质的工作环境。WS2簇由于簇内部排列产生的磁性，能在润滑过程中更好的吸附在金属表面而且能在金属表面形成一层纳米保护润滑膜，在高于550℃的温度环境下，WS2也能通过缓慢氧化形成致密的氧化钨WO3保护层，来抑制WS2的进一步氧化，并且氧化钨同样具有很低的摩擦因数，仍可能起到保护金属表面不发生咬合的作用。在大气中，二硫化钨的工作温度范围为‑270～650℃，而在真空中，它的温度范围为‑188～1316℃，因此，长期以来二硫化钨作为高性能摩擦润滑材料被应用在航空、航天、军事、汽车工业等高科技领域。
目前，二硫化钨主要与油类、脂类配成二硫化钨油剂、二硫化钨油膏、二硫化钨蜡以及其他固体润滑块与润滑膜使用。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其润滑效果好，延伸系数大，环保无污染，主要应用于金属材料的冷挤压、冷拔等冷塑成型，同时，提供上述水性润滑剂的制备方法，其工艺简单，制作方便，成本低廉，不会造成环境污染；而且还提供上述水性润滑剂的使用方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，按重量百分比计，其包括以下组分及含量：纳米二硫化钨1～15％，固体润滑剂1～10％，防锈剂0.2～3％，水性硬脂酸10～40％，水性硬脂酸锌10～20％，乳化稳定剂0.4～4％，消泡剂0.01～0.05％，水8～77％，上述各个组分含量之和为100％。
上述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，其纳米二硫化钨的粒径为50～100nm。
上述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，其固体润滑剂为石墨、二硫化钼、聚乙烯蜡、聚四氟乙烯、乙撑双硬脂酸酰胺、微晶石蜡中的一种或几种组合。
上述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，其防锈剂为二乙醇胺、5‑氨基四氮唑、亚硝酸钠、磷酸三钾、硅烷偶联剂、肌醇六磷酸酯中的一种或几种组合。
上述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，其水性硬脂酸是固含量为5～30%的硬脂酸水性分散液，由硬脂酸、分散剂、乳化剂、消泡剂、防腐剂和水制备而成，以水性硬脂酸总重量百分比计，各组分的重量百分比为：硬脂酸5～30％，分散剂0.1～0.5％，乳化剂0.1～0.7％，消泡剂0.05～0.5％，防腐剂0. 1～0.5％，余量为水。
进一步地，上述的水性硬脂酸中，分散剂为硬脂基聚氧丙烯醚、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、焦磷酸钠、尿素、三聚磷酸钠中的一种或几种组合。
进一步地，上述的水性硬脂酸中，乳化剂为吐温‑80、吐温60、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇与环氧乙烷缩合物、脂肪酸聚氧乙烯酯、椰油脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或几种组合。
进一步地，上述的水性硬脂酸中，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的一种或几种组合。
进一步地，上述的水性硬脂酸中，防腐剂为异噻唑啉酮、二氯二甲基乙内酰脲、对羟基苯甲酸甲酯、布罗波尔中的一种或几种组合。
进一步地，上述的水性硬脂酸中，水为自来水或去离子水。
上述水性硬脂酸的制备方法为：首先，按重量百分比将水和硬脂酸颗粒加入反应釜中，加热至硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融硬脂酸中依次加入分散剂、乳化剂，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入消泡剂和防腐剂；接着，再进行超微研磨5～10min，即得到硬脂酸水性分散液。
上述水性硬脂酸的制备方法中，搅拌方式为机械搅拌，搅拌速率在8000～10000r/min时，所得的硬脂酸水性分散液平均粒径为5～10μm，粘度低于200 mPa·s。
上述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，其水性硬脂酸锌是固含量为25～40%的硬脂酸锌水性分散液。
上述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，其乳化稳定剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠中的一种或几种组合。
上述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，其消泡剂为聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的一种或几种组合。
上述的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，其水为自来水或去离子水。
上述基于纳米二硫化钨的水性润滑剂的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、在反应釜中加入重量百分比5～80％的水，1000～3000r/min的搅拌速度下缓慢的加入重量百分比0.4～4％的乳化稳定剂，机械搅拌1～3h后乳化稳定剂完全溶解于水中；
在搅拌过程中，加入重量百分比0.01～0.05％的消泡剂，制得含量为5～8%的乳化稳定剂溶液；
步骤2、向步骤1中获得的溶液中依次加入重量百分比10～40％的水性硬脂酸、重量百分比10～20％的水性硬脂酸锌、重量百分比0.2～3％的防锈剂，以1000～3000 r/min的转速搅拌30min～3h，加入重量百分比1～15％的纳米二硫化钨和重量百分比1～10％固体润滑剂粉末，再继续搅拌30min～2h后，即得到灰黑色的水性润滑剂。
上述基于纳米二硫化钨的水性润滑剂的使用方法，其包括以下步骤：首先，所制得的水性润滑剂直接或者用水稀释至2～20倍后加热至60～70℃，向其中放入酸洗除锈后的金属毛坯5～30 min；然后将金属毛坯捞出，常温或者热风状态下使金属毛坯表面所涂敷的润滑膜中所含水分充分蒸发，即可进行下一步的塑性加工。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
由于硬脂酸具有高温融化再冷却后易凝固的特性，因此，在金属表面易生成一层硬脂酸薄膜。在本发明基于纳米二硫化钨的水性润滑剂中，纳米二硫化钨及固体润滑剂很好的分散在水性硬脂酸中间，所以，纳米二硫化钨及固体润滑剂也可以随着硬脂酸膜均匀的覆盖在金属表面。在金属冷塑成型的时候，金属变形所产生的热量将会使硬脂酸及硬脂酸锌熔融，再加上表面的纳米二硫化钨及固体润滑剂，能够很好的起到润滑效果，并且液态的硬脂酸具有流动性能够随着金属基体一起流动，从而将金属与模具隔离。
本发明基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其采用液体润滑与固体润滑相结合的双润滑体系，润滑效果好，延伸系数大，环保无污染，适用范围广，主要应用于金属材料的冷挤压、冷拔等冷塑成型，适用的金属种类多；使用时不会对使用环境及操作人员的身体健康带来任何的危害，同时价格低廉，能够为国内金属冷塑企业提高压产品质量、降低生产成本、带来可观的经济效益。
本发明基于纳米二硫化钨的水性润滑剂的制备方法，其工序简单，易于操作，减少产房面积，缩短生产周期，提高生产效率，原料可以全部使用不排放，有利于环保。
本发明基于纳米二硫化钨的水性润滑剂的使用方法，其工艺步骤简单、快捷，使成型后金属内外表面光滑，残留小且易清理。
具体实施方式
参照以下实施例可以对本发明作进一步详细说明；但是，以下实施例仅仅是例证，本发明并不局限于这些实施例。
实施例一
1、制备固含量为30%的硬脂酸水性分散液
首先，将35kg水和15kg硬脂酸颗粒加入反应釜中，加热至硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融硬脂酸中依次加入200g硬脂基聚氧丙烯醚、50g脂肪醇与环氧乙烷缩合物，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入50g聚氧丙烯甘油醚和60g异噻唑啉酮；接着，再进行超微研磨7min，即得到固含量为30%的硬脂酸水性分散液。
2、制备基于纳米二硫化钨的水性润滑剂
步骤1，在反应釜中加入42g水，1000r/min的搅拌速度下缓慢的加入2.2g聚乙烯醇1788粉末，机械搅拌1.5h后聚乙烯醇完全溶解于水中；在搅拌过程中，加入0.02g聚氧丙烯甘油醚，制得含量为5%的聚乙烯醇溶液；
步骤2、向步骤1中获得的聚乙烯醇溶液中依次加入40g制得的固含量为30%的硬脂酸水性分散液、10g水性硬脂酸锌、1g二乙醇胺，以1500 r/min的转速搅拌1h，加入2g纳米二硫化钨和3g石墨粉末，再继续搅拌1h后，即得到灰黑色的水性润滑剂。
实施例二
1、制备固含量为20%的硬脂酸水性分散液
首先，将40kg水和9.7kg硬脂酸颗粒加入反应釜中，加热至硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融硬脂酸中依次加入100g椰油脂肪酸二乙醇酰胺、50g吐温‑80、50g羧甲基纤维素钠，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入10g聚氧丙烯甘油醚、30g聚二甲基硅氧烷和60g二氯二甲基乙内酰脲；接着，再进行超微研磨5min，即得到固含量为20%的硬脂酸水性分散液。
2、制备基于纳米二硫化钨的水性润滑剂
步骤1，在反应釜中加入60g水，2000r/min的搅拌速度下缓慢的加入5.2g聚乙二醇6000粉末，机械搅拌45min后聚乙二醇6000完全溶解于水中；在搅拌过程中，加入0.01g聚氧丙烯甘油醚，制得含量为5%的聚乙二醇6000溶液；
步骤2、向步骤1中获得的聚乙二醇6000溶液中依次加入10g制得的固含量为20%的硬脂酸水性分散液、20g水性硬脂酸锌、0.5g 5‑氨基四氮唑，以2500 r/min的转速搅拌1h，加入3g纳米二硫化钨和1g二硫化钼粉末，再继续搅拌30min后，即得到灰黑色的水性润滑剂。
实施例三
1、制备固含量为10%的硬脂酸水性分散液
首先，将45kg水和5kg硬脂酸颗粒加入反应釜中，加热至硬脂酸全部熔融；然后，在搅拌下向熔融硬脂酸中依次加入100g脂肪酸聚氧乙烯酯、100g烷基酚聚氧乙烯醚、50g尿素，待反应体系冷至室温后停止搅拌，加入30g乳化硅油和40g对羟基苯甲酸甲酯；接着，再进行超微研磨3min，即得到固含量为10%的硬脂酸水性分散液。
2、制备基于纳米二硫化钨的水性润滑剂
步骤1，在反应釜中加入51g水，3000r/min的搅拌速度下缓慢的加入3.3g海藻酸钠粉末，机械搅拌2h后海藻酸钠完全溶解于水中；在搅拌过程中，加入0.03g聚氧丙烯甘油醚，制得含量为6%的海藻酸钠溶液；
步骤2、向步骤1中获得的海藻酸钠溶液中依次加入20g制得的固含量为10%的硬脂酸水性分散液、20g水性硬脂酸锌、1.5g肌醇六磷酸酯，以2500 r/min的转速搅拌1.5h，加入1g纳米二硫化钨和3g聚乙烯蜡粉末，再继续搅拌2h后，即得到灰黑色的水性润滑剂。
实施例四
上述三个实施例中制得的基于纳米二硫化钨的水性润滑剂，其使用方法包括以下步骤：首先，所制得的水性润滑剂直接或者用水稀释至2～20倍后加热至60～70℃，向其中放入酸洗除锈后的金属毛坯5～30 min；然后将金属毛坯捞出，常温或者热风状态下使金属毛坯表面所涂敷的润滑膜中所含水分充分蒸发，即可进行下一步的塑性加工。