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產(chǎn)品知識
鋁軋制潤滑基礎、鋁軋制潤滑的特點
日期：2016-03-23 人氣：
內(nèi)容提示： 軋制是鋁加工的最重要手段之一�，F(xiàn)代鋁合金軋材包括板帶材，型線材以及管材等，品種規(guī)格有數(shù)千種，并且還在不斷擴大，在寬度方面有3米以上的板材，在厚度方面有0.01mm…
軋制是鋁加工的最重要手段之一。現(xiàn)代鋁合金軋材包括板帶材，型線材以及管材等，品種規(guī)格有數(shù)千種，并且還在不斷擴大，在寬度方面有3米以上的板材，在厚度方面有0.01mm一下的箔材等。在軋制尤其是板帶軋制時需要良好的潤滑以便能夠降低摩擦力功率消耗，減少軋輥磨損和提高板面質(zhì)量。要實現(xiàn)良好的潤滑，首先需要分析潤滑狀態(tài)，進而可結(jié)合鋁軋制特點，來確定潤滑要實現(xiàn)的手段，以達到需要潤滑的目的。
1，潤滑狀態(tài)
圖1是斯特貝克（Stribeck）在1900年提出的潤滑狀態(tài)曲線
圖1：斯特貝克（Stribeck）曲線
圖中的三個區(qū)域?qū)N主要潤滑狀態(tài)。在I區(qū)，摩擦表面被連續(xù)的潤滑油所隔開，油膜厚度遠大于兩表面的粗糙度之和，摩擦阻力由潤滑油的內(nèi)摩擦來決定，即由潤滑劑的黏度決定。還可細分為流體動壓潤滑或者彈性流體動壓潤滑狀態(tài)。油品黏度越高，相對速度越快，載荷越低和表面粗糙度越低，越容易出現(xiàn)動力潤滑。
隨著壓力增加，油膜變薄到與表面粗糙度在相同數(shù)量級時，進入料邊界潤滑，摩擦副表面微凸體間處于接觸狀態(tài)，是由極性分子形成的邊界膜將摩擦副（軋輥和軋板）分開，II和III的區(qū)別是，在II區(qū)仍然由潤滑劑的（有機）分子將摩擦副分開，而在III區(qū)接觸副表面距離非常近，溫度很高，是有潤滑劑中的組分與金屬反應形成的無機膜，將摩擦副隔開，也稱為極壓潤滑。對于鋁軋制潤滑，其潤滑通常處于動力潤滑和邊界潤滑的混合潤滑狀體，其摩擦系數(shù)在0.03-0.10之間，薄膜厚度在0.1-1.0微米之間。
2，動力潤滑實現(xiàn)
如上所提在I區(qū)的動力潤滑主要是依靠潤滑油的黏度。潤滑油的黏度主要與基礎油有關(guān)，所以動力潤滑在很大程度上取決于基礎油。通常將基礎油分為石蠟基，環(huán)烷基和芳香基，其性能比較如表1所示。
芳香烴相關(guān)的許多物質(zhì)都是致癌物質(zhì)，已經(jīng)有很多資料來報道。所以，基礎油的選擇其實主要是在環(huán)烷基和石蠟基中來選擇。石蠟基基礎油黏度指數(shù)高，穩(wěn)定性好，為絕大多數(shù)油品所選用，因為不希望在溫度變化時黏度變化太大，如液壓油，淬火油等。致癌物質(zhì)，但在作為軋制油的基礎油上，有不同的考慮。軋制油組分多，環(huán)烷基基礎油溶解性好，有利于保持平衡，故希望使用環(huán)烷基基礎油，更重要的，溫度升高，環(huán)烷基油黏度降低地更多，這對軋制而言，能夠降低咬入困難。但也有選用石蠟基的基礎油，因為在動力潤滑階段，由于軋制壓力非常大，以至于軋輥都產(chǎn)生了彈性變形，因此實際上是處于彈性動力潤滑狀態(tài)，而石蠟基的黏壓特性更適合這種狀態(tài)下的潤滑。
在所謂老三套的煉油技術(shù)（溶劑脫蠟，溶劑精制和白土補充精制）中，環(huán)烷基和石蠟基油源有關(guān)，目前廣泛應用的加氫煉油技術(shù)已經(jīng)擺脫了對油源質(zhì)量的依靠，并使基礎油的質(zhì)量有了明顯地提高，如表2所示，加氫處理的基礎油的質(zhì)量得到顯著提高，對軋制油的基礎油而言，應該優(yōu)先選用加氫精制的基礎油。
3，邊界潤滑和實現(xiàn)
邊界潤滑是靠極性分子吸附在表面，形成邊界潤滑膜來實現(xiàn)潤滑的，工件在表面的吸附情況取決于分子的極性，吸附機制有物理吸附，化學吸附和極壓發(fā)應如圖2所示。
首先形成的是物理吸附，這主要是依靠分子間力，它是相對的長程吸附，動力是分子間力，物理吸附與分子的極性有關(guān)，但吸附分子尚未與金屬形成化學鍵，所以，如圖2所示，吸附并不需要活化能，因此很容易實現(xiàn)，但形成物理吸附后，能量降低甚微，說明吸附膜的潤滑強度不高。
如果吸附和基體金屬形成化學鍵，則會形成化學吸附，如圖2所示，化學吸附需要克服活化能ΔEact1，該活化能值不很大，故在溫度適當情況下即可以進行。經(jīng)過化學吸附后，有較大的能量降低，吸附膜強度比較大，國內(nèi)資料上大都稱其潤滑劑為抗磨劑或者油性劑。
如果溫度更高，吸附就有可能克服如圖2所示的較大活化能ΔEact2，潤滑劑中的組分和金屬實現(xiàn)化學反應，形成潤滑膜，該潤滑膜來自于潤滑劑的分子和金屬的共同作用，是一個無機膜，能量降低很多，所以潤滑膜強度較高，該膜的形成是基于化學反應形成的，所以，極壓潤滑也是一種控制性的腐蝕過程。圖3是含S潤滑劑在潤滑過程中所形成的的這物理吸附，化學吸附和化學反應示意圖，可以看出物理吸附是極性吸附，但未形成化學鍵（虛線）；化學吸附則形成了化學鍵，而化學反應是形成一層無機膜，該潤滑膜中不再有有機的潤滑劑分子。
3，鋁軋制潤滑的特點
鋁的軋制潤滑，同樣遵循上述潤滑機制。但鋁的軋制潤滑有其不同于黑色金屬軋制的特點。
�。�1）鋁是面心立方金屬，4個111密排面，3個110滑移方向，共3x4=12個滑移系，容易產(chǎn)生變形和粘鋁;鋁是兩性金屬，反應性強，與酸堿都可反應；鋁的強度較低，外來雜質(zhì)容易壓入表面。綜合這些因素，鋁在軋制過程中表面容易出現(xiàn)缺陷，所以表面質(zhì)量將成為鋁軋制潤滑最重要目標之一。
（2）軋制過程中因為摩擦特別是在前滑區(qū)產(chǎn)生的鋁粉較多，而鋁沒有磁性，難以通過磁過濾去除，但鋁粉必須及時去除，否則這些鋁粉可能又會壓回到表面。所以如何有效去除軋制過程中產(chǎn)生的鋁粉將是軋制潤滑中的關(guān)鍵技術(shù)。
�。�3）S是非常有效的潤滑材料。硫化物有較大極性首先在表面形成物理吸附和化學吸附，起到油性劑或抗磨劑作用。局部溫度高時，和鐵反應形成具有層狀結(jié)構(gòu)的FeS無機潤滑膜，起到極壓潤滑作用。但因硫鋁反應在鋁軋制潤滑中一般不使用含S的潤滑成分，只能轉(zhuǎn)而次之使用P，如磷酸酯。磷酸酯的吸附機理一般認為可以通過親核加成形成如圖4所示，或者通過酸堿反應，如圖5所示。
鋁軋制潤滑的這些特點，需要在軋制油配方設計中給予充分考慮。
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