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金属压力加工用润滑剂的开发
　　石油商技金属压力加工用润滑剂的开发郭群赵起超时伯军郑庆华（中国石油化工股份有限公司科技开发部，北京100029）（抚顺石油化工研究院，抚顺113001）剂、防锈剂、润湿剂等助剂，开发了1种水基润滑剂，适用于金属压力加工工艺润滑，其使用性能与相应的进口产品相当。　　前言金属压力加工是通过模具对坯料施加外力，使之分离或产生塑性变形，从而得到一定尺寸、形状工件的加工方法。润滑剂介于模具和坯料之间，其润滑性能对产品的质量和生产率产生直接的影响。　　国外特别重视金属压力加工用润滑剂的研究，应用领域不断拓宽，润滑剂种类不断增多，产品逐步形成系列化。典型的有德国WilnelmDIETZ有限公司的油基万能压延油，德国FUCH公司的ZW3036润滑剂，美国CASTROL有限公司的乳化型IlofoimPs 104冲压油和158冲压油。　　由于含N、B元素的合成润滑材料具有适宜的水溶性，在具有良好的附着性的同时，又具有良好的边界润滑性，起油性剂和极压剂的双重作用，与摩擦改进剂、防锈剂、表面活性剂复配制备的水基类润滑剂具有优异的塑性、边界润滑性、附着性、冷却性、防锈性和脱脂性。20世纪80年代末，国外开始深人研究含N、B元素的润滑剂，并将其应用于金属压力加工工艺的润滑。　　本研究从合成1种含N、B元素的润滑基础材料（以下简称CNB）人手，辅以摩擦改进剂、防镑剂、润湿剂等助剂，研制了金属压力加工用水基润滑剂，在金属压力加工工艺润滑中取得了良好的效果。　　1CNB的合成1.1原料其中R为C1517；滴点52 ~56T，总胺值25 1.2目标产品1：1时，目标产品为：1时，目标‘产品为：1.3工艺条件筛选方法对影响目标产品的3个主要因素，即Xl（烷基醇酿胺与硼酸的摩尔比，ml/mlhX2（反应温度，）、（3（反应时间，h）进行考察，选择Y1（CNB的转化率，即实际出水量/理论出水量）、Y2（10%CNB，四球机试验磨斑直径为评价依据，采用均设计法中的U7（74）表进行工艺条件优化。　　均匀设计法的因素水平表见表1.表1均匀设计因素表从事炼油技术管理工作。　　14试验结果根据均匀设计方案，同时进行一些补充条件的试验，所得试验结果见表2.表2均匀设计试验方案及补充试验条件与结果根据表2试验结果，建立数学模型，进行因素优化综合分析，可以发现，增大，酯转化率不变，磨斑直径变小，说明提高反应物摩尔比，促进正反应进行的意义不大，而随着硼酸酯分子上的非极性碳链的增加，CNB的润滑性能提高；提高反应温度X2，酯转化率提高，磨痕直径减小；延长反应时间X3，酯转化率提高，磨痕直径变小，一定程度后，趋于不变。综合考虑技术、经济成本，确定合成条件为：烷基醇酰胺与硼酸的摩尔比为2：1；对上述工艺条件下得到的合成润滑剂进行分析，其结果为：滴点52~56，酸值28~32mgKOH/g，皂化值10~110mgKOH/g.同时对CNB进行红外光谱分析，发现在1467cnr1处有B-0键的伸缩振动频率峰，在1074（1处有C-0键的伸缩振动频率峰，证明有硼酸酯基团（见），符合目标产品的设想。　　CNB红外光谱摩擦改进剂的选用~784N）下，CNB的磨斑直径还不能满足金属压力加工的润滑要求，需要添加摩擦改进剂。本研究对聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、摩擦改进剂OPK等几种摩擦改进剂进行筛选，其结果见表3.表3几种摩擦改进剂的性能比较项目加剂量，%运动粘度（401/聚乙烯醇1750聚乙烯醇1788聚丙烯酸钠聚丙烯酰胺摩擦改进剂OPK水从表3可以看出，聚乙烯醇的润滑效果比聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺好，聚乙烯醇1788水溶液的粘度较聚乙烯醇1750高，润滑性能好；加入摩擦改进剂OPK可以有效改善润滑效果，因为摩擦改进剂OPK是含COOH和金属皂基团的低分子聚合物，剪切力对其粘度影响不大，而COOH和金属基团可以与金属表面产生化学吸附边界润滑膜，因此选择OPK作为摩擦改进剂。　　3润湿剂的选用润滑剂能否在金属表面充分展开，是否涂敷均直接影响润滑效果。虽然CNB分子中具有润湿剂结构，但由于其分子链较长，在含量高时，易胶体化，而在摩擦状态下，胶体被破坏，润湿效果好。金属压力加工前的润滑剂涂敷过程中，胶体未被破坏，润湿效果不好。　　通常适用于润湿的表面活性剂的碳原子数在9~12之间、亲油亲水平衡HLB值在12~15之间为佳。通过表4可以看出，非离子表面活性剂NP- 8和十二烷基苯磺酸钠的HLB值在12左右，其润湿性能一般；非离子表面活性剂NP-4的HLB值最低，润湿效果最差；阴离子表面活性剂BX的结构中，极性基团位于分子中间，润湿效果好，但这种结构不利于乳化，对润滑剂的乳化状态有影响；非离子表面活性剂NP-15的HLB值为15，本身是一种高效乳化剂，提高了CNB乳化液的乳化效果，润滑剂的乳化液状态细腻，而且润湿性能最好，适用于金属压力加工润滑剂的调配。　　表4几种表面活性剂润湿性能比较项目加剂量，表面活性剂HLB值润滑剂状态润湿性能非离子表面活性剂NP-4白色乳状液，颗粒略粗差非离子表面活性剂NP-8白色乳状液，颗粒较细一般非离子表面活性剂NP-15半透明乳状液好十二烷基苯磺酸钠白色乳状液，颗粒较细一般阴离子表面活性剂BX白色乳状液，颗粒略粗好4防锈剂的选择在润滑剂中添加防锈剂有2个作用，一是对模具起防锈作用，二是对产品起防镑作用。CNB的分子结构中具有徼胺、硼酸酯类基团和长链非极性基团，干燥后能形成连续的保护膜，有一定的防镑性。而对于一些需要存放和运输的产品，防镑时间要求较长，需要提高防锈性能，必须添加防锈剂。水溶性防锈剂的防锈效果见表5.表S水溶性防锈剂的防锈效果比较项目防锈性能，叠片试验，/d成膜质量1%硅酸钠+ 99%润滑剂细小龟裂1%苯甲酸钠+99%润滑剂连续1%MBT防锈剂+ 99%润滑剂连续、致密1%苯甲酸钠+0.5%MBT防锈连续、致密100%润滑剂连续、致密注：润滑剂含10%CNB.由表5可以看出，硅酸钠与CNB的互溶性差，因此成膜质量差，防锈性最差，达不到CNB本身的防锈性；苯甲酸钠、防镑剂MBT与CNB的互溶性较好，成膜质量好，且有较好的防锈协同效果。　　5金属压力加工润滑剂的制备将润滑基础材料CNB、摩擦改进剂OPK、表面活性剂NP- 15及其他助剂泵人反应釜，加热至95T，充分混合后，加入沸水充分搅拌，温度保持在90T以上，反应10~ 15min后急冷至加人溶于水的防镑剂，搅拌降温至室温，得半透明的细腻乳化液，即金属压力加工润滑剂。　　6同类产品性能比较金属压力加工工艺种类很多，不同的金属材质、加工速度、加工方式对润滑剂的要求不尽相同。通过调整CNB含量及其他助剂的配比，可以满足金属压力加工工艺润滑的要求。不锈钢拉深工艺润滑、大覆盖件压延工艺润滑的条件比较苛刻。本研究研制的HB-1金属压力加工润滑剂适用于不锈钢拉深工艺润滑，HB- 2金属压力加工润滑剂适用于大覆盖件压延工艺润滑。经过技术性能评价，并与国外同类产品比较，各项指标均达到国外同类润滑剂的水平，结果见表6.表6润滑剂的葶本指标及与同类产品比较项目润滑剂HB-1 ZW3036润滑剂（德）润滑剂HB-2 Winelm压延油（德）外观半透明乳化液白色乳化液半透明乳化液***液体储存稳定性（室温存放）/d合格一乳化液pH值运动粘度防锈性能/d（湿热试验）最大无卡咬负荷值/N3= 7实际应用效果将HB-1产品应用于240压力锅（不锈钢）拉深加工，连续加工500件，磨具磨损情况与使用ZW3036润滑剂相当，不用修复；将HB-2应用于大覆盖件压延，连续加工150件，产品无次品，模具不需修复，满足用户要求。　　结论由CNB、摩擦改进剂OPK、表面活性剂、防锈剂制备的水基金属压力加工润滑剂具有优良的塑性、边界润滑性、抗磨和减摩性，产品质量与国外同类产品相当‘本研究采用的合成基础润滑材料，其合成工艺简单，容易控制，产品质量稳定。　　本系列产品经2种工艺的实际使用试验，表明具有较好的使用性能，满足用户要求。　　2001年中国石油进口分析2001年中国石油（原油和成品油）净进口量从2001年的6.96x107t减少到6.491x107t，其中，原油净进口量由5.983x107t减少到5.27x107t，成品油净进口量由9.77x1的增加到1.221x107t.尽管2001年原油进口总量下降14.2 %，但其中含硫原油进口量大幅上升，从2000年的1.838x1071增加到2.343x107t.1997年含硫原油进口比例仅为10%，2000年上升到26%，2001年进一步扩大到39%.2001年初，国内含硫原油加工能力达到4.0x107t.2001年进口原油（6.026x107中，中东占56%，其中从伊朗和沙特阿拉伯进口的原油猛增，分别达到1.085x107t和8.78x10t；非洲占22%.液化石油气进口从2000年20世纪90年代中期，中国柴油进口量每年约6.0x10t左右；1998年9月至今的3年多时间内，汽油和柴油的进口量几乎为零。汽、柴油暂停进口的局面今年将完全改变。按照中国加入WT0议定书，2002年中国将发放2.2x107t的进口配额，直至2004年1月取消配额，放开进口。预计取消成品油进口禁令后，柴油进口可能增加到2.Ox10左右。中国加入WTO后，进口原油16元/t的关税已取消。另外，2002年将有约4.2x1的成品油和8.3x1的原油进口配额由国家分发给非国营贸易单位。　　（钱伯章）
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