粗鎢絲拉絲石墨乳的運(yùn)用研究和選用

劉文輝

摘 要：本文通過研究粗鎢絲拉絲過程中石墨乳潤滑劑對鎢絲表面、直徑、裂紋的影響，發(fā)現(xiàn)石墨乳潤滑劑中的PH值、粒度、粘度是影響粗鎢絲成品質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)，將這些關(guān)鍵指標(biāo)控制在特定范圍內(nèi)進(jìn)行石墨乳潤滑劑的選用，可以大幅降低粗鎢絲成品的表面、直徑、裂紋檢測不合格品的產(chǎn)生，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，同時提升鎢絲產(chǎn)品的綜合性能。

關(guān)鍵詞：粗鎢絲拉絲；石墨乳潤滑劑；選用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.015

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用的原料為HW61牌號Φ2.9mm摻雜鎢桿（同一批號），分別采用PH值、粒度、粘度、沉降度處于不同范圍的石墨乳潤滑劑進(jìn)行拉制，經(jīng)過多道次直徑不斷減小的拉拔，加工成Φ0.39mm成品鎢絲，Φ0.39mm進(jìn)行表面、直徑均勻性、裂紋檢測。

拉絲流程如下：實(shí)驗(yàn)料→36寸→大轉(zhuǎn)盤→小轉(zhuǎn)盤→七模→成品檢測。

表面氧化采用肉眼觀察情況判斷鎢絲是否發(fā)生表面氧化，判斷標(biāo)準(zhǔn)如圖1、圖2直徑檢測采用千分尺進(jìn)行判定，超出公差上、下限判定為不良。

裂紋檢測采用渦流探測儀器對鎢絲進(jìn)行裂紋檢測，檢測軟件自動計算出每根料的裂紋率（裂紋總個數(shù)/鎢絲總長度），百米裂紋數(shù)大于2%的鎢絲判定為不良。

石墨乳PH值隨機(jī)取樣現(xiàn)場使用的石墨乳采用PH計測量，石墨乳粒度取樣廠家原液采用粒度分析儀測量，石墨乳粘度在將石墨乳稀釋到比重為1.3時采用粘度計測量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 石墨乳PH值影響與分析

通過PH值使用實(shí)驗(yàn)看出，在實(shí)際使用中石墨乳PH值下降到6～8時，石墨乳在連續(xù)使用時間超過3天后分散劑、增稠劑膠體出現(xiàn)腐敗變質(zhì)，部分石墨粒子出現(xiàn)相互聚集沉降在容器底部的現(xiàn)象，導(dǎo)致石墨乳液在容器內(nèi)出現(xiàn)分層；容器上方溶液因石墨粒子的沉降導(dǎo)致石墨含量大幅降低，石墨含量降低的石墨乳液粘在鎢絲上面進(jìn)入高溫環(huán)境后耐高溫性能大幅下降，鎢絲出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，表面氧化不良上升到7%，相比現(xiàn)狀上升5%，同時石墨涂層潤滑性能下降，直徑、裂紋檢測合格率輕微下降；石墨乳PH值運(yùn)用范圍保持在9～11時，石墨乳在連續(xù)使用時間超過30天后還未發(fā)現(xiàn)膠體腐敗變質(zhì)現(xiàn)象，表面氧化不良率下降到2%，直徑檢測、裂紋檢測合格率相比現(xiàn)狀沒有變化；但石墨乳PH值大于11時因氨水添加量較大，氨水揮發(fā)形成的較大刺激性氣味，影響工作環(huán)境，不適宜長期使用高PH值；因此，實(shí)驗(yàn)說明，石墨乳液在堿性向酸性轉(zhuǎn)變的過程中，膠體容易發(fā)生腐敗變質(zhì)產(chǎn)生石墨沉淀，導(dǎo)致涂敷在鎢絲表層的石墨乳耐高溫性能下降，表面氧化不良大幅上升； PH值超過11時因氨水揮發(fā)較大容易產(chǎn)生刺激性氣味影響環(huán)境，石墨乳PH最佳使用范圍為石墨乳液使用范圍保持在9～11，表面氧化不良率下降2%。

2.2 石墨粒度和粒度極差的影響與分析

石墨粒度是指石墨粒徑中心值，反映石墨乳中石墨顆粒度的大小，石墨粒度的大小主要受石墨乳生產(chǎn)廠家控制，鎢絲廠家可以提出控制要求，可以看出，國內(nèi)粗絲拉絲石墨乳粒度中心值現(xiàn)狀的范圍是1.5～4.5um，當(dāng)石墨粒度在3.6～4.5um時，表面氧化不良率小幅下降，直徑影響不明顯，但裂紋不良率大幅上升到20%，相比現(xiàn)狀上升5%；當(dāng)石墨乳粒度在2.5～3.5um時，成品裂紋不良率下降到5%，相比現(xiàn)狀下將10%，直徑、表面影響不明顯；當(dāng)石墨粒徑中心值小于2um時，鎢絲表面開始出現(xiàn)嚴(yán)重氧化，表面氧化不良率達(dá)到10%，裂紋不良率小幅下降，直徑影響不明顯；實(shí)驗(yàn)表明，石墨粒度降低，耐高溫性能下降，在鎢絲表面形成的石墨涂層經(jīng)過高溫加熱后鎢絲表面出現(xiàn)氧化，導(dǎo)致表面氧化不良上升；但粒度降低有利于提高潤滑性能，降低鎢絲在模具變形過程中的摩擦系數(shù)，防止裂紋的產(chǎn)生，裂紋不良率大幅下降，直徑檢測合格率影響不明顯。粗鎢絲拉絲石墨乳粒度在2.5～3.5um時，在拉絲過程中石墨潤滑劑可以同時具備耐高溫性能和良好的潤滑性能，裂紋不良率大幅下降10%的同時保持良好的表面質(zhì)量。

石墨粒度極差值是最大石墨乳粒徑減去最小石墨乳粒徑，通過實(shí)驗(yàn)可以看到，當(dāng)石墨乳粒度極差在11～20um時，石墨顆粒在電鏡下顯示出明顯大小不均的現(xiàn)象，還有部分粗大顆粒，粗顆粒的石墨乳粒子存在對拉絲過程有很大危害，增大摩擦力的同時，會增加拉絲過程的震動，降低拉絲的平順性，導(dǎo)致鎢絲裂紋不良率上升5%；當(dāng)石墨粒度極差值在5～10um時，石墨顆粒在電鏡下顯示大小均勻，形成的石墨層潤滑性能較好，裂紋不良率下降11%。

2.3 石墨乳粘度值影響與分析

石墨顆粒本身不產(chǎn)生粘度，在石墨乳廠家生產(chǎn)拉絲石墨乳時，加入分散劑讓石墨粒子分散的同時，還必須加入增稠劑，增稠劑的主要成分是甲基纖維素，增稠劑可以讓石墨粒子在溶液中長時間懸浮，同時產(chǎn)生一定粘度，在鎢絲拉制過程使石墨乳液均勻的黏附在鎢絲表面，經(jīng)過高溫加熱后，大部分的增稠劑、分散劑在高溫下基本氣化發(fā)揮，在鎢絲基體形成超薄的石墨涂層，通過實(shí)際運(yùn)用實(shí)驗(yàn)可看出，當(dāng)石墨粘度在17～22時，粗鎢絲加工成品的表面質(zhì)量較好，但直徑、裂紋不良率大幅上升，主要原因是石墨粘度高于一定范圍時，附著在鎢絲表面的石墨乳層厚度增加，同時由于粘度上升，石墨涂層的包裹性增加，有利于在高溫下隔絕鎢絲基體接觸空氣發(fā)生氧化，產(chǎn)生較好的表面質(zhì)量，但由于粘度上升，石墨涂層包裹性增加，石墨涂層與鎢絲基體之間的滑移能力下降，即滑動系數(shù)上升，但鎢絲進(jìn)入拉絲模具變形過程中由于石墨潤滑劑滑移系數(shù)上升，摩擦力上升，鎢絲拉拔力大幅上升，產(chǎn)生直徑縮絲現(xiàn)象，縮絲現(xiàn)象導(dǎo)致鎢絲硬化速度加快，鎢絲裂紋率大幅上升，最終加工的成品直徑、裂紋不良率大幅上升；當(dāng)石墨粘度在6～11范圍時，鎢絲經(jīng)過石墨乳液槽時因粘度下降，粘在鎢絲表層的石墨乳變少，鎢絲潤滑性能下降嚴(yán)重，裂紋不良率上升4%； 當(dāng)石墨乳粘度保持在12～16時，可以有效提升石墨涂層的潤滑性能，降低拉絲過程中的振動，達(dá)到最好的潤滑效果，裂紋不良率下降8%，同時表面氧化、直徑不良沒有上升。

3 結(jié)論

（1）石墨乳液在堿性向酸性轉(zhuǎn)變的過程中，膠體容易發(fā)生腐敗

變質(zhì)產(chǎn)生石墨沉淀，導(dǎo)致涂敷在鎢絲表層的石墨乳耐高溫性能下降，表面氧化不良大幅上升； PH值超過11時因氨水揮發(fā)較大容易產(chǎn)生刺激性氣味影響環(huán)境，石墨乳PH最佳使用范圍為石墨乳液使用范圍保持在9～11，表面氧化不良率下降2%。

（2）石墨粒度越大，耐高溫性能越好，但潤滑性能差；石墨乳粒度越小，潤滑性能越好，但耐高溫性能差。粗鎢絲拉絲石墨乳粒度在2.5～3.5um時，在拉絲過程中石墨潤滑劑可以同時具備耐高溫性能和良好的潤滑性能。同時石墨粒度要保持石墨粒度極差值小于10um，防止出現(xiàn)石墨粒子大小不均，提高石墨粒子大小均勻性石墨涂層可以達(dá)到最好的潤滑性能，鎢絲裂紋不良率下降10%左右。

（3）石墨乳粘度上升，石墨涂層包裹性增加，當(dāng)粘度大于17 mPa.S時，石墨涂層與鎢絲基體之間的滑移能力下降，即滑動系數(shù)上升，使鎢絲進(jìn)入拉絲模具變形過程中由于石墨潤滑劑滑移系數(shù)上升，摩擦力上升，直徑、裂紋不良率上升；石墨粘度下降到小于11mPa.S時，鎢絲經(jīng)過石墨乳液槽時因粘度下降，粘在鎢絲表層的石墨乳變少，鎢絲潤滑性能下降嚴(yán)重，裂紋不良率上升；當(dāng)石墨乳粘度保持在12～16mPa.S時，可以有效提升石墨涂層的潤滑性能，降低拉絲過程中的振動，達(dá)到最好的潤滑效果，裂紋不良率下降8%。

參考文獻(xiàn)：

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