一种用于摆动辗压成形的润滑剂及其使用方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于金属零件摆动辗压成形的润滑剂及其使用方法，特别是一种用于钽及钽合金零件摆动辗压成形的润滑剂及其使用方法。具体而言，本发明涉及一种在钽及钽合金坯料表面形成润滑薄膜的润滑剂，所述润滑薄膜适于钽及钽合金进行大变形量的摆动辗压成形。
背景技术
钽及钽合金具有高密度、耐高温、强度高和良好的加工性能、断裂韧性、耐蚀性等优点，是航空、航天、化工、核工业、高温技术等领域不可缺少的重要材料。但是，由于钽及钽合金的粘附性强、摩擦系数大，在进行大变形量摆动辗压成形过程中，如果润滑效果不好，那么就很容易与摆辗模具产生粘结，不但导致产品的表面质量恶化、成品率降低，而且使模具磨损严重、寿命大大缩短。因此，在摆动辗压变形之前，必须对钽及钽合金坯料进行表面处理，使得摆动辗压变形过程中坯料与模具之间具有良好的润滑条件。
通常，在进行摆动辗压变形之前，对金属材料的润滑处理的主要有两种方式，即磷化-涂覆润滑剂和磷化-皂化处理。
磷化-涂覆润滑剂处理的主要工序如下：先通过化学处理在金属坯料表面形成磷酸盐转化膜，即磷化处理，然后在该磷酸盐转化膜表面涂覆动植物油脂、矿物油或者二硫化钼、石墨乳等润滑剂，从而在坯料表面形成润滑薄膜。所述的磷酸盐转化膜作为涂覆润滑剂的载体，起到增加润滑薄膜附着力的作用。但实践证明，由于钽及钽合金的磷化处理效果较差，坯料表面所形成的磷酸盐转化膜的附着力差，导致以该磷酸盐转化膜为载体的润滑层的附着力降低，进而使得润滑效果显著降低。
磷化-皂化处理的主要工序如下：首先，通过磷化处理在金属坯料表面形成磷酸盐转化膜，然后将磷化处理后的坯料浸于皂化液中，皂化液将与磷酸盐转化膜进行反应，并在磷酸盐转化膜表面生成皂化膜，该皂化膜在摆动辗压变形过程中起到润滑作用，另外，有时还要在摆辗模具以及坯料上涂抹动植物油脂或者二硫化钼、石墨乳等润滑剂，以便进一步增加润滑效果。但是由于钽及钽合金的磷化处理效果较差，坯料表面所形成的磷酸盐转化膜的附着力差、厚度及致密性低，导致反应生成的皂化膜的附着力差、厚度及致密性低，进而使得润滑效果显著降低。对于钽及钽合金来说，该处理方法在变形量不大、变形温度低于200℃的情况下润滑效果尚可，然而对于大变形量、变形温度在300℃以上的摆动辗压成形而言则润滑效果较差，不能有效降低摩擦，导致产品的表面质量恶化、摆辗模具磨损严重、寿命大大缩短。
【发明内容】
本发明的目的就是针对上述润滑措施的不足，提供一种用于钽及钽合金零件摆动辗压成形的润滑剂以及该润滑剂的使用方法，在钽及钽合金坯料表面形成适于进行大变形量摆动辗压成形的润滑薄膜，有效改善坯料与模具之间的润滑条件、防止坯料与模具粘结、提高模具使用寿命和制品表面质量。本发明通过特定配比的润滑剂，并采用合适的处理方法，在钽及钽合金坯料表面形成润滑薄膜就能达到上述目的。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：
一种用于钽及钽合金零件摆动辗压成形的润滑剂，其组分和配比如下：
①二硫化钼、石墨、氮化硼中的任何一种或两种；
②硼砂、石蜡、二氧化硅、硫酸钠中的任何一种或两种；
③水；
其中组分①和②的重量比例范围为10～17，组分③与组分①和②之和的重量比例范围为0.11～0.25。
本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于钽及钽合金零件摆动辗压成形的润滑剂的使用方法，包括步骤：
(1)先将润滑剂预热到70℃～90℃，同时将钽及钽合金坯料在加热炉中加热到200℃～300℃并保温10分钟～30分钟；
(2)然后迅速将预热后的润滑剂均匀地涂于坯料表面，随后将坯料继续在200℃～300℃加热炉中保温10分钟～30分钟烘干；
(3)待润滑剂充分干燥固化以后再重复上述喷涂、加热烘干工序1～3次。
一种优选方案，其特征在于：所述的钽及钽合金坯料在喷涂前，先通过一个或者多个表面清理工序去除坯料表面的结垢、油污等外来物质，所述表面清理工序包括除油、脱脂、清洗、干燥。
有益效果：
1、润滑薄膜与基体结合牢固，随金属变形的延展性好，润滑效果优异，在钽及钽合金坯料进行大变形量摆动辗压成形过程中，能够有效降低坯料与模具之间的摩擦，避免了工件起皱、粘模、脱模困难、模具拉伤等问题，制品表面质量高、模具寿命长；
2、热稳定性好，适用温度范围-30℃～500℃；
3、化学性能稳定，无毒、无污染；
4、润滑均匀，不影响零件尺寸精度；
5、使用方便，容易去除。不需磷化-皂化，喷涂烘干刷后即在坯料表面形成优异的润滑膜，生产效率高、成本低。
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
【具体实施方式】
实施例1
选用直径为60mm的TaW2.5合金棒材，欲经过一道次冷摆动辗压将其加工成平均厚度为5mm的零件，且平均变形量为85％以上。坯料的具体润滑处理如下：
1、坯料预处理：将TaW2.5合金坯料进行再结晶退火后，采用线切割将坯料切为φ60mm×35mm地坯料，然后经过脱脂、清洗、干燥处理去除坯料表面的结垢和油污，待用。
2、润滑处理：将配比(重量百分比)为65％二硫化钼、10％石墨、5％石蜡、20％水的润滑剂预热到70℃保温，同时将预处理后的TaW2.5合金坯料在加热炉中加热到200℃保温20分钟，然后迅速将预热后的润滑剂均匀地喷涂到坯料表面，随后将坯料继续在200℃加热炉中保温10分钟烘干，然后再次重复上述喷涂、加热烘干工序3次，在坯料表面形成了适当厚度的润滑薄膜。
3、经过上述处理的TaW2.5合金坯料，通过单道次冷摆动辗压变形加工成平均厚度为5mm的零件，其平均变形量为85％以上。摆动辗压变形过程中，即由于变形热效应使得TaW2.5合金坯料温度升高可达到300℃，仍未发生工件起皱、粘模、脱模困难、模具拉伤等问题，而且制品表面粗糙度达到Ra0.8以下。
实施例2
选用直径为35mm的纯钽(纯度大于99.95％)棒材，欲经过一道次冷摆动辗压将其加工成平均厚度为3mm的零件，且平均变形量为88％。坯料的具体润滑处理如下：
1、坯料预处理：将纯钽坯料进行再结晶退火后，采用线切割将坯料切为φ35mm×25mm的坯料，然后经过除油、脱脂、清洗、干燥处理去除坯料表面的结垢和油污，待用。
2、润滑处理：将配比(重量百分比)为70％石墨、5％氮化硼、5％石蜡、2.5％硫酸钠、17.5％水的润滑剂预热到80℃保温，同时将预处理后的纯钽坯料在加热炉中加热到250℃保温10分钟，然后迅速将预热后的润滑剂均匀地喷涂到坯料表面，随后将坯料继续在250℃加热炉中保温30分钟烘干，然后再次重复上述喷涂、加热烘干工序2次，在坯料表面形成了适当厚度的润滑薄膜。
3、经过上述处理的纯钽坯料，通过单道次冷摆动辗压变形加工成平均厚度为3mm的零件，其平均变形量为88％。摆动辗压变形过程中，即由于变形热效应使得纯钽坯料温度升高可达到250℃，仍未发生工件起皱、粘模、脱模困难、模具拉伤等问题，而且制品表面粗糙度达到Ra0.8以下。
实施例3
选用直径为65mm的TaW7.5合金棒材，欲经过一道次冷摆动辗压将其加工成平均厚度为5mm的零件，且平均变形量为80％。坯料的具体润滑处理如下：
1、坯料预处理：将TaW7.5合金坯料进行再结晶退火后，采用线切割将坯料切为φ65mm×25mm的坯料，然后经过脱脂、清洗、干燥处理去除坯料表面的结垢和油污，待用。
2、润滑处理：将配比(重量百分比)为80％二硫化钼、5％氮化硼、2％硼砂、3％二氧化硅、10％水的润滑剂预热到90℃保温，同时将预处理后的TaW7.5合金坯料在加热炉中加热到300℃保温30分钟，然后迅速将预热后的润滑剂均匀地涂覆于坯料表面，随后将坯料继续在300℃加热炉中保温20分钟烘干，然后再次重复上述涂覆、加热烘干工序1次，在坯料表面形成了适当厚度的润滑薄膜。
3、经过上述处理的TaW7.5合金坯料，通过单道次冷摆动辗压变形加工成平均厚度为5mm的零件，其平均变形量为80％。摆动辗压变形过程中，即使由于变形热效应使得TaW7.5合金坯料温度升高可达到300℃，仍未发生工件起皱、粘模、脱模困难、模具拉伤等问题，而且制品表面粗糙度达到Ra0.8以下。
实施例4
选用直径为60mm的TaW2.5合金棒材，欲经过一道次冷摆动辗压将其加工成平均厚度为5mm的零件，且平均变形量为85％以上。坯料的具体润滑处理如下：
1、坯料预处理：将TaW2.5合金坯料进行再结晶退火后，采用线切割将坯料切为φ60mm×35mm的坯料，然后经过脱脂、清洗、干燥处理去除坯料表面的结垢和油污，待用。
2、润滑处理：将配比(重量百分比)为75％二硫化钼、5％石蜡、20％水的润滑剂预热到70℃保温，同时将预处理后的TaW2.5合金坯料在加热炉中加热到200℃保温20分钟，然后迅速将预热后的润滑剂均匀地喷涂到坯料表面，随后将坯料继续在200℃加热炉中保温10分钟烘干，然后再次重复上述喷涂、加热烘干工序3次，在坯料表面形成了适当厚度的润滑薄膜。
3、经过上述处理的TaW2.5合金坯料，通过单道次冷摆动辗压变形加工成平均厚度为5mm的零件，其平均变形量为85％以上。摆动辗压变形过程中，即由于变形热效应使得TaW2.5合金坯料温度升高可达到300℃，仍未发生工件起皱、粘模、脱模困难、模具拉伤等问题，而且制品表面粗糙度达到Ra0.8以下。
实施例5
选用直径为35mm的纯钽(纯度大于99.95％)棒材，欲经过一道次冷摆动辗压将其加工成平均厚度为3mm的零件，且平均变形量为88％。坯料的具体润滑处理如下：
1、坯料预处理：将纯钽坯料进行再结晶退火后，采用线切割将坯料切为φ35mm×25mm的坯料，然后经过除油、脱脂、清洗、干燥处理去除坯料表面的结垢和油污，待用。
2、润滑处理：将配比(重量百分比)为75％石墨、5％石蜡、2.5％硫酸钠、17.5％水的润滑剂预热到80℃保温，同时将预处理后的纯钽坯料在加热炉中加热到250℃保温10分钟，然后迅速将预热后的润滑剂均匀地喷涂到坯料表面，随后将坯料继续在250℃加热炉中保温30分钟烘干，然后再次重复上述喷涂、加热烘干工序2次，在坯料表面形成了适当厚度的润滑薄膜。
3、经过上述处理的纯钽坯料，通过单道次冷摆动辗压变形加工成平均厚度为3mm的零件，其平均变形量为88％。摆动辗压变形过程中，即由于变形热效应使得纯钽坯料温度升高可达到250℃，仍未发生工件起皱、粘模、脱模困难、模具拉伤等问题，而且制品表面粗糙度达到Ra0.8以下。
实施例6
选用直径为65mm的TaW7.5合金棒材，欲经过一道次冷摆动辗压将其加工成平均厚度为5mm的零件，且平均变形量为80％。坯料的具体润滑处理如下：
1、坯料预处理：将TaW7.5合金坯料进行再结晶退火后，采用线切割将坯料切为φ65mm×25mm的坯料，然后经过脱脂、清洗、干燥处理去除坯料表面的结垢和油污，待用。
2、润滑处理：将配比(重量百分比)为85％氮化硼、2％硼砂、3％二氧化硅、10％水的润滑剂预热到90℃保温，同时将预处理后的TaW7.5合金坯料在加热炉中加热到300℃保温30分钟，然后迅速将预热后的润滑剂均匀地涂覆于坯料表面，随后将坯料继续在300℃加热炉中保温20分钟烘干，然后再次重复上述涂覆、加热烘干工序1次，在坯料表面形成了适当厚度的润滑薄膜。
3、经过上述处理的TaW7.5合金坯料，通过单道次冷摆动辗压变形加工成平均厚度为5mm的零件，其平均变形量为80％。摆动辗压变形过程中，即使由于变形热效应使得TaW7.5合金坯料温度升高可达到300℃，仍未发生工件起皱、粘模、脱模困难、模具拉伤等问题，而且制品表面粗糙度达到Ra0.8以下。