水分對鋁軋制油性能影響的研究

姜 寧，李亞運，趙云輝

（上海瑞輕潤滑科技有限公司，上海 嘉定 201802）

水分對鋁軋制油性能影響的研究

姜 寧，李亞運，趙云輝

（上海瑞輕潤滑科技有限公司，上海 嘉定 201802）

通過摩擦學試驗、油斑特性、添加劑影響、退火性能、鋁腐蝕性能等試驗，研究了水分對鋁軋制油的影響。結果表明，鋁軋制油中水分的增多，對軋制油各性能均有明顯影響。

鋁軋制油；水分；摩擦學；添加劑；退火清潔；腐蝕

0 前言

鋁板帶箔的加工需要大量使用軋制油，軋制油在鋁產(chǎn)品加工的過程中起著冷卻、清洗和潤滑的作用[1]，鋁板帶箔的板型、表面狀態(tài)等均取決于鋁軋制油的性能及其使用情況。因為鋁軋制是一個開放的場合，空氣中的水分、冷凝水或多或少都會進入到軋制油中，軋制油的水分又影響著油品的質量、潤滑能力和金屬腐蝕。在我國，尤其是長江以南地區(qū)空氣相對濕度較大，春夏季往往會出現(xiàn)軋制油中水分含量激增的現(xiàn)象，這時水分對軋制油和產(chǎn)品質量的影響值得高度關注。本文對不同含量的水分對鋁軋制油摩擦學性能、油斑特性、添加劑影響、退火性能以及對鋁腐蝕性能等方面的影響進行了研究分析。

1 研究內容

采用我司冷軋基礎油FS07、箔軋基礎油FS05和添加劑分別與蒸餾水配成不同比例的油水混合樣，進行分析測試，測試項目如下：

（1）運用EXXON退火盒法對各組試樣進行退火分析；（2）運用四球摩擦試驗機對每組試樣進行摩擦性能測試，對比摩擦性能；（3）運用傅里葉紅外光譜儀FT-IR檢測水分對鋁軋制油中添加劑的影響；（4）運用熱重分析儀TG分析試樣中殘留量；（5）運用潮濕箱維持恒溫恒濕觀察鋁產(chǎn)品的抗腐蝕性能。

2 實驗方法與設備

2.1 實驗原料

瑞輕FS05、FS07基礎油，其基本理化指標如表1所示；瑞輕超級添加劑R21H（濃縮醇類）、R31H（濃縮醇類）、R41H（復合添加劑）；蒸餾水；上海鋼球廠生產(chǎn)的一級GCr15標準鋼球，直徑為12.7mm，硬度為61～65HRC。

表1 FS05與FS07基本理化指標

2.2 實驗儀器

梅特勒-托利多AL104電子天平（分度值0.0001g）；超聲波清洗儀；旋渦混合器XW-80A；潮濕箱；上海博珍儀器設備制造廠生產(chǎn)的2510箱式電阻爐；廈門天機自動化有限公司生產(chǎn)的MS-10A 四球摩擦試驗機；安捷倫公司Agilent FTIR 傅里葉紅外光譜儀；德國耐馳公司NETZSCH熱重分析儀。

2.3 樣品制備

以我司FS05、FS07基礎油及添加劑，配制冷、箔軋制油，以此作為基礎再加入不同質量比例（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）的蒸餾水配成樣品。將各樣品（0%水、0.5%水、1.0%水、1.5%水、2.0%水）用超聲波震蕩5min充分混合。但由于油水不互溶，水分還是會沉積在油的下部聚集成小水珠，軋制油部分乳化，水以油包水的形態(tài)分散存在整個體系中。

3 實驗結果與分析

3.1 退火分析

本文中采用EXXON退火盒法對樣品進行退火分析[2]，所用到的儀器為上海博珍儀器設備制造廠生產(chǎn)的2510箱式電阻爐。具體步驟：取0.125ml試樣油液滴在鋁箔表面，鋪展均勻，把退火盒放入退火爐中，300℃保溫1h，隨爐冷卻，觀察鋁箔表面污染情況。退火油斑圖片見圖1，油斑等級見表2。

圖1 油斑對比

表2 油斑等級

油斑等級是退火清潔性的數(shù)據(jù)反映，退火清潔性是鋁軋產(chǎn)品表面質量最重要指標之一，從試驗結果來看，鋁軋油中混入少量水分對油斑的產(chǎn)生基本沒有負面影響。

3.2 摩擦學分析對比

該實驗根據(jù)SH/T 0189，D值（長時間磨損的磨斑直徑）對樣品進行摩擦學分析[3]。根據(jù)SH/T 0189測定各樣品的長時間磨損的磨斑直徑（即D值）。所使用的儀器為廈門天機自動化有限公司生產(chǎn)的MS-10A四球摩擦試驗機，采用上海鋼球廠生產(chǎn)的一級GCr15標準鋼球，其直徑為12.7mm，硬度為61～65HRC。所有樣品均在相同條件下進行測試（30kg、1200r/min、10min、75℃），其摩擦曲線如圖2、圖3所示，磨斑直徑與摩擦系數(shù)如表3所示。

圖2 箔軋5組試驗摩擦曲線

圖3 冷軋5組試驗摩擦曲線

從圖2與圖3可得知，在相同的試驗條件下，未加水的試樣摩擦曲線平穩(wěn)而且最低。隨著水分的增多，摩擦曲線急劇抬升，后趨于平穩(wěn)。2%水試樣在3min處摩擦曲線波動幅度較大，發(fā)生卡咬現(xiàn)象。

表3 磨斑直徑與平均摩擦系數(shù)

由表3可知，隨著鋁軋制油中的水分增多，磨斑直徑與摩擦系數(shù)均有較大幅度的提高。其中，箔軋油在加入2%水時，發(fā)生卡咬，迫使試驗提前結束，故無試驗數(shù)據(jù)。

油膜強度（即最大無卡咬負荷）是鋁軋制油的主要摩擦學性能的反映。D值反應了軋制油在長時間工作下抗磨損的能力。由于試樣體系內存在水分，在進行測試時，鋁軋制油的油膜一旦有水分侵入，將不能形成連續(xù)的邊界潤滑狀態(tài)，導致油膜破裂，鋼球與鋼球之間潤滑不足，摩擦波動幅度加大，而且水分越多，摩擦系數(shù)越大，到2%時基本喪失潤滑能力。同時，我們注意到，在測試的過程中，可發(fā)現(xiàn)水分越多，鋼球經(jīng)過長時間磨損后，摩擦副表面的腐蝕程度也越嚴重。

3.3 水分對鋁軋制油中添加劑的影響

本試驗采用美國安捷倫公司Agilent FTIR 傅里葉紅外光譜儀對樣品中的添加劑種類及含量進行分析[4]，分析圖譜見圖4、圖5，鋁軋制油中添加劑含量的變化如表4所示。

圖4 冷、箔軋制油FT-IR醇特征圖譜

圖5 冷、箔軋制油FT-IR酯特征圖譜

從圖5可明顯得出，在加水進入鋁軋制油中，圖譜曲線波動明顯，對添加劑中醇含量的測定影響較大。

表4 鋁軋制油中添加劑的含量(質量分數(shù)/%)

表4中列舉出了各樣品中添加劑的含量。由表4可知，在軋制油中加入一定量的水分，經(jīng)震蕩，水分散于油中，部分乳化，使得整個體系不穩(wěn)定，這對醇含量的測定影響較大[6]，而對酯含量的測定基本無影響。

3.4 殘留分析

熱重分析法是在升溫、恒溫或降溫過程中,觀察樣品的質量隨溫度或時間的函數(shù)關系。本文中采用德國耐馳公司的熱重分析儀，采用熱重分析法（TG）分析樣品的熱穩(wěn)定性能。具體的實驗步驟為：取定量的樣品置于儀器中，設置溫度：30～400℃，升溫速率20.0℃/min。分析圖譜見圖6、圖7。

圖6 箔軋標樣TG圖譜

圖7 冷軋標樣TG圖譜

在此次試驗中，測量標樣質量隨溫度升高的變化曲線。在同樣的條件下，不同水分的樣品，實驗數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 熱重分析數(shù)據(jù)

從試驗結果分析可得，隨著水分的增多，無論是冷軋油還是鋁軋油的起始、終止溫度與殘留量呈無規(guī)律波動。這對退火工藝將會帶來非常不穩(wěn)定的波動因素。

3.5 腐蝕性測試

本試驗采用潮濕箱來模擬恒溫恒濕的環(huán)境，觀察鋁片的抗腐蝕性。試驗步驟：將鋁片（1系鋁，尺寸：1.5cm×4.0cm）表面氧化層打磨干凈，剪取大小一致，將鋁片浸沒于配制的油樣中，取出，置于潮濕箱內。記錄不同時間后，鋁片表面腐蝕情況。

腐蝕試驗是檢測金屬或其他材料因與環(huán)境發(fā)生相互作用而引起的化學或物理(或機械)損傷過程的材料試驗[5]。將鋁片置于潮濕箱內24h后，觀察，鋁表面出現(xiàn)明顯的腐蝕點，隨著水分的增多，腐蝕程度加重（輕微＜少量）。結果如表6所示。

表6 鋁片24h后腐蝕程度

4 小結

經(jīng)研究表明：鋁軋制油中混入一定量的水分后，對其性能的影響體現(xiàn)為：

（1）水分對油斑產(chǎn)生傾向基本無影響。

（2）隨著水分的增多，軋制油油膜強度降低，磨斑、摩擦系數(shù)增大，到達2%時，軋制油喪失潤滑性能。

（3）水分致使整個油的體系中添加劑分布不均，尤其對醇類添加劑測定有較大影響。

（4）水分含量增加對軋制油的熱穩(wěn)定性能呈無規(guī)律影響，會直接影響生產(chǎn)現(xiàn)場的退火工藝把控。

（5）隨著水分增多，鋁產(chǎn)品表面的腐蝕程度加重。

[1] 孫建林.軋制工藝潤滑原理[J].技術與應用，冶金工業(yè)出版社，2010

[2] 姜寧，王日俠. 高功效、低油斑軋制油添加劑與潤滑油的研制[J].有色金屬加工，2014（1）：25-27

[3] 顏志光.潤滑劑性能測試技術手冊[M].北京：中國石化出版社，1999

[4] 曾安，陳倉，陳閩杰.紅外光譜法檢測潤滑油中水分含量的研究[J].潤滑與密封，2009（09）

[5] 高昊鵬，楊宏偉，楊士亮，孫世安.潤滑油中水分的危害及其檢測研究[J].當代化工，2014（02）

[6] 胡皆漢.實用紅外光譜[M].科學出版社，2010

Effect of Water Content on Property of Rolling Oil for Aluminum

JIANG Ning, LI Ya-yun, ZHAO Yun-hui
(Shanghai Ruiqing Lubrication Science and Technology Ltd., Shanghai 201802,China)

Effect of water content on rolling oil for aluminum by aid of tribological test, oil spot characteristics, additive effect, annealing property and aluminum corrosion, etc. The results show that water content increase of rolling oil would affect various properties of rolling oil obviously.

rolling oil for aluminum; water content; tribology; additive; annealing property; corrosion

TG339

A

1005-4898（2017）01-0038-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.01.08

姜寧（1974-），男，上海人，高級工程師。

2016-12-12