一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂及其制备方法.pdf

本发明涉及一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂及其制备方法，冷挤压用水基高分子复合润滑剂按重量份包括以下组分：超细聚四氟乙烯1～3、氮化硼5～15、水基润滑剂82～94。与现有技术相比，本发明的冷挤压用水基高分子复合润滑剂以水作为润滑剂的基体，润滑物质为氮化硼和超细聚四氟乙烯，同时配合各种辅助添加剂等，除了保留普通水基润滑剂来源广、成本低、化学性质稳定、不易分解、无毒无臭等优点外，本发明的冷挤压用水基高分子复合润滑剂还克服了水基润滑剂润滑性和吸附性差的问题，其应用前景非常可观。

1.  一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂，其特征在于，按重量份包括以下组分：
超细聚四氟乙烯  1～3，
氮化硼          5～15，
水基润滑剂      82～94。

2.  根据权利要求1所述的一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂，其特征在于，所述的超细聚四氟乙烯的平均粒径为2～5μm。

3.  根据权利要求1所述的一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂，其特征在于，所述的水基润滑剂按重量份包括以下组分


4.  根据权利要求3所述的一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂，其特征在于，所述的磷酸盐为磷酸二氢铵和磷酸氢钠铵的混合物。

5.  根据权利要求3所述的一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂，其特征在于，所述的分散剂为二辛基磺基琥珀酸钠。

6.  根据权利要求3所述的一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂，其特征在于，所述的增粘剂为羟甲基纤维钠盐。

7.  根据权利要求3所述的一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂，其特征在于，所述的扩散剂为亚甲基双荼磺酸钠。

8.  一种如权利要求1所述的冷挤压用水基高分子复合润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以重量份计，配置以下各组分：
超细聚四氟乙烯1～3、氮化硼5～15、磷酸盐5～19、硼酸3～5、氧化镁0.1～0.4、分散剂0.1～0.3、增粘剂0.1～0.3、扩散剂1～5、氨水5～15、水60～65；
(2)将上述各组分在40℃进行电磁搅拌20～30min，再进行超声分散15～30min，并连续超声2～3次，得到冷挤压用水基高分子复合润滑剂。

一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及冷挤压润滑剂，尤其是涉及一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂及其制备方法。
背景技术
模具作为冷挤压加工中的金属变形载体，需要承受巨大的挤压力，而且金属的塑性变形会对模具产生交替变化的摩擦力以及温度效应，在连续工作条件下，挤压模具会发生变形以及温度升高的现象，严苛的工作环境对模具工作的稳定性提出挑战。而模具的摩擦磨损失效是其中最严重的失效方式之一，因此在冷挤压生产时，选用什么润滑材料作为润滑剂，对于提高模具寿命、零件的生产率以及零件质量都有直接影响。
使用润滑剂是减少塑性成形中摩擦的有效方法之一。润滑剂可以在工件和模具的表面形成润滑薄膜，避免工件和模具的直接接触，将工件和模具的摩擦转移到润滑膜内部，显著降低磨擦系数，同时减少了模具的磨损，提高了模具的使用寿命。此外，由于改善了工件和模具接触面的接触条件，使得在成形过程中金属的流动更加均匀，降低了变形功及变形力，减少了成形缺陷的产生。因此，在金属材料塑性成形过程中高性能润滑剂的选用和制备对成形过程的顺利进行以及成形零件的质量影响重大。
高分子润滑剂应用于黑色金属挤压主要包括石墨高分子润滑剂，皂系高分子润滑剂，它们是以磷酸盐溶液为基体或者以水为基体，配加优质固体润滑剂(如高分子润滑剂，无机非金属润滑剂等)，分散剂等多种成分配置而成，其成品为非油脂复合型乳状稀胶体。在冷挤压工艺中，该润滑剂需要通过一定的涂膜工艺涂膜到工件表面，在成膜干燥过程中，润滑剂则会在工件表面迅速发生化学反应，化学反应的结果是可以在工件表面生成一层黏附牢固的复合型固体润滑剂，该薄膜与传统的磷化工艺生成的薄膜相似，同样也具有多孔性的吸 附作用。通过生产实践证明，在高压变形过程中，该薄膜不仅不会剥落，还可以保证在表面形成可靠的固体润滑剂离层，能有效地降低毛坯与模具表面之间的摩擦，起到很显著的润滑效果。
水具有优良的抗燃性，而且来源广泛成本低，是良好的润滑剂基体选择，水基润滑剂是未来新型润滑剂的发展趋势。目前水基润滑剂仍然存在润滑性能和吸附性能较差的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂，按重量份包括以下组分：
超细聚四氟乙烯      1～3，
氮化硼              5～15，
水基润滑剂          82～94。
所述的超细聚四氟乙烯的平均粒径为2～5μm。
所述的水基润滑剂按重量份包括以下组分

所述的分散剂为二辛基磺基琥珀酸钠。
所述的增粘剂为羟甲基纤维钠盐。
所述的扩散剂为亚甲基双荼磺酸钠。
一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量份计，配置以下各组分：
超细聚四氟乙烯1～3、氮化硼5～15、磷酸二氢铵4～14、磷酸氢钠铵1～5、硼酸3～5、氧化镁0.1～0.4、分散剂0.1～0.3、增粘剂0.1～0.3、扩散剂1～5、氨水5～15、水60～65；
(2)将上述各组分在40℃进行电磁搅拌20～30min，再进行超声分散15～30min，并连续超声2～3次，得到冷挤压用水基高分子复合润滑剂。
超细聚四氟乙烯的平均粒径为2～5μm，小颗粒的聚四氟乙烯更容易导入摩擦界面，润滑性能更好。聚四氟乙烯(PTFE)俗称特氟隆，是到目前为止所发现的摩擦系数最小的固体润滑材料，比冰还要光滑。目前聚四氟乙烯粉末作为润滑添加剂已经成功的应用在润滑脂和润滑油中。其机械性质较软，具有一系列优良的使用性能。聚四氟乙烯具有的各种优良性能的原因都可从其按锯齿形状排列的分子结构获知。聚四氟乙烯与石墨不同，它是一个有机高聚物，聚体内不形成支链，从它的分子结构看到，其带状结构包括交替排列的两部分：结晶薄片与非结晶薄片，其中非结晶部分结晶薄片更容易滑动，所以具有非常小的摩擦系数。
非氧化物陶瓷材料氮化硼中h-BN和c-BN是最为常见的晶体结构，其中六方氮化硼(h-BN)与石墨具有相似的片状结构，呈乳白色，有“白石墨”之称。
合适的黏度对润滑剂的润滑性能有非常大的影响。本发明选用羟甲基纤维钠盐作为润滑剂的增粘剂，它是一种水溶性纤维素醚，能使大多数常用水溶液制剂粘度控制在0～900CP之间变化，可以通过调节羟甲基纤维钠盐的添加量来调节润滑剂的黏度。
扩散剂的使用在水基润滑剂配制过程中是非常重要的环节。其作用是将润滑剂中的各种微观物质均匀地分散在基体中，以便润滑剂中的各种添加剂能够按照比例正常发挥其应有的作用。本发明中扩散剂选用亚甲基双荼磺酸钠(黄色粉末)，又叫NNO，使用方便简洁，具有非常好的扩散性和保护胶体性能，无渗透起泡等表面活性，而且对于水溶剂的硬度没有任何要求。
润滑剂基体的作用就是将配制中各种润滑物质顺利输送到工、模具接触的表面来实现润滑目的。其它的添加剂还包括磷酸盐、硼酸、氧化镁等。磷酸盐 能够与金属产生电化学反应生成磷化膜，具备对钢铁强烈的吸附作用，它吸收润滑剂的能力为一般光滑的钢表面的13倍，本发明采用的磷酸盐为磷酸二氢铵和磷酸氢钠铵。另外硼酸和氧化镁按照一定比例获得的四硼酸镁是非常好的粘结剂，当该比例在9～12之间时，润滑剂与金属基体的粘结力有明显提高，并能在金属基体表面形成一层均匀的润滑薄膜。
与现有技术相比，本发明的冷挤压用水基高分子复合润滑剂以水作为润滑剂的基体，润滑物质为氮化硼和超细聚四氟乙烯，同时配合各种辅助添加剂等，除了保留普通水基润滑剂来源广、成本低、化学性质稳定、不易分解、无毒无臭等优点外，本发明的冷挤压用水基高分子复合润滑剂还克服了水基润滑剂润滑性和吸附性差的问题，其应用前景非常可观。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
在普通冷挤压用水基润滑剂中加入了1～3％(按质量比)的超细聚四氟乙烯和5～15％的氮化硼。并采用如下的制备方案：
(1)称取适量去离子水(60～65％)、分散剂(0.1～0.3％)倒入烧杯，采用磁力搅拌器在40℃下搅拌20min左右或使用超声波振动30min，使分散剂均匀溶入水中；
(2)称取增粘剂羟甲基纤维钠盐(0.1～0.3％)，扩散剂亚甲基双荼磺酸钠(黄色粉末)(1～5％)，磷酸氢二铵(4～14％)，磷酸氢钠铵(1～5％)，氧化镁(0.1～0.4％)，硼酸(3～5％)，氮化硼粉末(5～15％)，超细聚四氟乙烯粉末(1～3％)加入烧杯中，充分混合搅拌。
(4)最后将充分搅拌混合后的上述成分原料加入到添加了分散剂的水中，再加入氨水，并用磁力搅拌器在40℃下搅拌20mim左右或使用超声波振动30min，得到均匀的乳白色悬浮液(可根据润滑剂的情况添加增粘剂)。
这种制造技术和工艺对于本行业的人员来说是容易实施的，本领域的技术人员能按照以上所述来实施本发明。
实施例2
一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量份计，配置以下各组分：
超细聚四氟乙烯(平均粒径为2～5μm)1、氮化硼5、磷酸二氢铵4、磷酸氢钠铵1、硼酸3、氧化镁0.1、分散剂(二辛基磺基琥珀酸钠)0.1、增粘剂(羟甲基纤维钠盐)0.1、扩散剂(亚甲基双荼磺酸钠)1、氨水5、水60；
(2)将上述各组分在40℃进行电磁搅拌20min，再进行超声分散15min，并连续超声2次，得到冷挤压用水基高分子复合润滑剂。
将上述比例配制的润滑剂涂覆在45号钢薄片中，利用HT-500高温摩擦磨损仪测试摩擦系数，采用的对磨副为GCr15的滚珠，摩擦时间为15min，将载荷设定为440g，得到的平均摩擦系数为0.127(用传统润滑剂磷皂化在同等条件下得到的平均摩擦系数为0.140)。
实施例3
一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量份计，配置以下各组分：
超细聚四氟乙烯(平均粒径为2～5μm)3、氮化硼15、磷酸二氢铵14、磷酸氢钠铵5、硼酸5、氧化镁0.4、分散剂(二辛基磺基琥珀酸钠)0.3、增粘剂(羟甲基纤维钠盐)0.3、扩散剂(亚甲基双荼磺酸钠)5、氨水5、水65；
(2)将上述各组分在40℃进行电磁搅拌30min，再进行超声分散30min，并连续超声3次，得到冷挤压用水基高分子复合润滑剂。
将上述比例配制的润滑剂涂覆在材料为20钢，外径、内径、高度的尺寸分别为28mm、14mm、7mm的圆环上，利用630T液压机将圆环试样镦粗三次，得到的三次高度变化量△h(％)分别为13.095，26.952，41.000；三次内径变化量△d(％)分别为-2.829，-2.795，-7.071。把所得数据放入圆环镦粗试验摩擦系数的校核曲线中可知，该比例润滑剂在此次圆环镦粗试验中得到的摩擦系数在0.058左右(用传统润滑剂磷皂化在同等条件下镦粗所得的摩擦系数为0.058左右)。
目前零件冷挤压生产中，传统的磷化皂化润滑方式来进行润滑进而降低摩擦系数的效果是最好的，其他润滑剂的润滑效果低于磷化皂化方式所达到的效果，而本实施例的水基高分子复合润滑剂能够取得与磷化皂化相近的摩擦系 数，同时而本实施例的水基高分子复合润滑剂化学性质稳定、不易分解、无毒无臭，具有优于传统的磷化皂化润滑方式的使用性能。
实施例4
一种冷挤压用水基高分子复合润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量份计，配置以下各组分：
超细聚四氟乙烯(平均粒径为2～5μm)2、氮化硼10、磷酸二氢铵10、磷酸氢钠铵3、硼酸4、氧化镁0.2、分散剂(二辛基磺基琥珀酸钠)0.2、增粘剂(羟甲基纤维钠盐)0.2、扩散剂(亚甲基双荼磺酸钠)3、氨水10、水63；
(2)将上述各组分在40℃进行电磁搅拌25min，再进行超声分散20min，并连续超声2次，得到冷挤压用水基高分子复合润滑剂。
将上述比例配制的润滑剂涂覆在3个带齿管套实际挤压件上进行测试，冷挤压成形过程中得到的平均成形载荷值为79.0T(用传统润滑剂磷皂化在同等条件下测试得到的平均载荷值为73.3T)。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。