鋁及鋁合金軋制工藝潤(rùn)滑劑分析

曹遠(yuǎn)輝

（廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530031）

鋁軋制工藝過(guò)程中的潤(rùn)滑劑是一種高科技潤(rùn)滑油，它的餾分窄性能較為穩(wěn)固，還具有油膜強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)黏度高的特點(diǎn)，抗腐蝕性、抗氧化性能好，減縮性能較為優(yōu)越，含硫、含芳烴量較低[1]。實(shí)踐表明，純度較高的精制礦物油減縮性能差，不能滿足現(xiàn)代軋制技術(shù)的需求，因此提升工藝潤(rùn)滑劑的減縮性能勢(shì)在必得，在這個(gè)過(guò)程中需要添加5%～10%的油性添加劑，以達(dá)到減少加工道次、降低軋制壓力、增大道次壓下量、提高軋制速度、降低能源耗費(fèi)的目標(biāo)。

1 鋁軋制工藝潤(rùn)滑劑現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)不同地域生產(chǎn)設(shè)備分布的差異性非常大，鑒于各個(gè)地區(qū)情形的不同，生產(chǎn)設(shè)備的差異性現(xiàn)象普遍存在。比如國(guó)內(nèi)不同地區(qū)鋁合金軋制工藝中存在的不可逆低速軋機(jī)，在大型城市也有進(jìn)口的高速可逆軋機(jī)，前者性能較為低下，用油歷程非常困難，多數(shù)都是用汽油或者煤油作為原料，用植物油和工業(yè)油酸等原料作為油性添加劑，這種油分布在經(jīng)濟(jì)較為滯后的地域，影響扎制品的表面質(zhì)量，揮發(fā)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，耗費(fèi)油量大，且容易導(dǎo)致燃燒現(xiàn)象。本文提出的工藝潤(rùn)滑劑屬于專門供給高速可逆軋機(jī)設(shè)備上所用的技術(shù)[2]。

國(guó)外的軋制工藝分為兩大類，第一類屬于全配方復(fù)合油，是通過(guò)基礎(chǔ)油加一定量的濃縮復(fù)合劑制作成功的。第二類油屬于中性油，是基礎(chǔ)油與濃縮復(fù)合劑組合而成的潤(rùn)滑油。

2 鋁及鋁合金冷軋工藝潤(rùn)滑劑添加劑的種類、性能、作用機(jī)理和用量

2.1 油性添加劑

2.1.1 作用機(jī)理

添加潤(rùn)滑添加劑是為了減少加工道次、降低軋制壓力、增大道次壓下量、提高軋制速度、降低能源耗費(fèi)，潤(rùn)滑添加劑的主要作用為提升潤(rùn)滑能力，減少軋輥在軋制帶材時(shí)的摩擦力。潤(rùn)滑有四個(gè)類型，依次是動(dòng)力潤(rùn)滑、彈性動(dòng)力潤(rùn)滑、極壓潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑。冷軋機(jī)在軋制帶材時(shí)主要的潤(rùn)滑是邊界潤(rùn)滑，部分為動(dòng)力潤(rùn)滑。

油性添加劑上存在極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)，非極性基團(tuán)是親油的烴基基團(tuán)，油性添加劑的極性端可以定向吸附在金屬表面，而非極性端又可以與礦物油分子很好地融合，從而促使這些分子定向排列，在摩擦面上形成分子定向吸附的邊界潤(rùn)滑油膜，減少金屬相互接觸，從而減少摩擦與磨損。油性添加劑是一個(gè)非常典型的邊界潤(rùn)滑型添加劑，它形成的油膜具有突出的降低摩擦系數(shù)的作用，對(duì)低速滑動(dòng)下的粘滑也非常有效，是以節(jié)能為目的的減摩劑。

2.1.2 生產(chǎn)中常用的添加劑性能、用量及質(zhì)量指標(biāo)

（1）高碳醇：鑒于飽和長(zhǎng)鏈脂肪醇本身與生俱來(lái)的極性以及表面活性的特性，在使用過(guò)程中同基礎(chǔ)油具有很好的相容性，它還具有冷卻性能較好的特點(diǎn)。高碳醇屬于礦物油，潤(rùn)滑性能在一定條件下可以超過(guò)脂肪酸及酯類。C12～C14醇具有顯著特效，應(yīng)用在冷軋中可以生產(chǎn)出光潔度高且表面無(wú)黑點(diǎn)的鋁板，與此同時(shí)極大的提升了負(fù)荷的承載能力。經(jīng)常見(jiàn)到的高碳醇有椰油醇、油醇及合成醇，其中椰油醇所呈現(xiàn)出來(lái)的效果最佳。

（2）酯：酯屬于工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)常見(jiàn)到的一種油性劑，極性強(qiáng)于醇，減摩效果非常顯著。過(guò)去幾十年以來(lái)傳統(tǒng)市場(chǎng)中經(jīng)常用到的是植物油，但是植物油在工業(yè)中的退火性能不高，抗污染性能很低，會(huì)影響產(chǎn)品的表層質(zhì)量?，F(xiàn)在工業(yè)加工生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常用到的是經(jīng)過(guò)了精細(xì)加工的硬脂酸丁酯和椰油酸甲酯，在投入使用的過(guò)程中用量調(diào)控在3%左右。

（3）有機(jī)酸：有機(jī)酸在工業(yè)生產(chǎn)的歷程中經(jīng)常要用到精制的油酸。有機(jī)酸的油性良好、功能強(qiáng)大，節(jié)約環(huán)保，因此屬于一種品質(zhì)優(yōu)良，有突出效果的油性劑，唯一不足的是有機(jī)酸的酸值高，退火抗污染性能相對(duì)較低。通常有機(jī)酸在工藝生產(chǎn)過(guò)程中的用量要保持在0.3%～0.5%。

表1 脂、醇、脂肪酸三類添加劑特性對(duì)比

2.2 其他添加劑

第一，抗氧劑，常用的是T501。第二，抗靜電劑，為了避免安全隱患，在投入使用的過(guò)程中杜絕軋制中斷帶等部位所引發(fā)的靜電火災(zāi)，在一定程度上要加入抗靜電劑，經(jīng)常用到的是脂肪酸鉻、鈣鹽混合物即T1501，加入量達(dá)到了5ppm。第三，抗泡劑，這種添加劑可以分為有硅和無(wú)硅兩種類型。

3 鋁及鋁合金軋制工藝潤(rùn)滑劑的配方結(jié)構(gòu)及工業(yè)試用效果

（1）工藝潤(rùn)滑劑的配方結(jié)構(gòu)。通過(guò)借鑒國(guó)外復(fù)合添加劑和成品油的應(yīng)用歷程，再結(jié)合我國(guó)的工業(yè)試用狀況，國(guó)內(nèi)鋁及鋁合金工藝潤(rùn)滑劑的配方結(jié)構(gòu)可以分兩項(xiàng)內(nèi)容：

第一類是脂肪醇為主體的序列，第二類是以深度精制脂肪酯為主要結(jié)構(gòu)的序列構(gòu)成元素，引入了外加法的配方結(jié)構(gòu)。

通過(guò)實(shí)踐表明，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的基礎(chǔ)油和復(fù)合添加劑配制的鋁及鋁合金軋制工藝潤(rùn)滑劑的減縮效益、理化性能、退火抗污染性能等指標(biāo)已經(jīng)逐漸跟上了國(guó)外同類產(chǎn)品的技術(shù)高度，有效補(bǔ)充了市場(chǎng)的空白，滿足了國(guó)內(nèi)行業(yè)發(fā)展的需求。

（2）工業(yè)試用效果。為了進(jìn)一步明晰鋁及鋁合金軋制工藝潤(rùn)滑劑的工業(yè)應(yīng)用效果，先后在哈爾濱101、洛銅鋁鎂加工分廠，中南鋁加工廠、西北鋁加工廠歷經(jīng)了一年的工業(yè)實(shí)踐歷程，軋鋁達(dá)到上千噸。應(yīng)用結(jié)果顯示，工業(yè)潤(rùn)滑劑的工藝指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外先進(jìn)軋制水準(zhǔn)，彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)鋁及鋁合金軋制工業(yè)潤(rùn)滑劑科研方面的空缺，在減縮性能、退火污染性方面均存在優(yōu)勢(shì)，基本迎合了鋁及鋁合金工業(yè)潤(rùn)滑劑的基本要求。具備耗油量低、揮發(fā)量少、使用安全等特質(zhì)，因此適合鋁及鋁合金工業(yè)加工生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，軋制是鋁及鋁合金板材塑性變形的主要處理方法之一，通過(guò)塑性變形技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)細(xì)化板材內(nèi)部晶粒和協(xié)調(diào)內(nèi)部組織的功能，提高板材的綜合性能。由于鋁及鋁合金在常溫下變形能力差，在軋制的過(guò)程中，軋輥和板材金屬間的摩擦不僅降低了板材的表面質(zhì)量，也損傷了軋輥。因此軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)的應(yīng)用，在鋁及鋁合金材軋制中起到了積極潤(rùn)滑的作用。本文對(duì)于鋁軋制工藝潤(rùn)滑劑現(xiàn)狀、鋁及鋁合金冷軋工藝潤(rùn)滑劑添加劑的種類、性能、作用機(jī)理和用量、鋁及鋁合金軋制工藝潤(rùn)滑劑的配方結(jié)構(gòu)和工業(yè)試用效果等要素展開分析，為該領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展提供理論憑證。