万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂及其配制方法

摘要

本发明涉及万吨水压机锻造百吨或以上重量复杂锻件润滑剂配制技术，属于万吨压机锻造润滑领域。万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂，由以下质量份的材料组成：石墨10～60份、氟化石墨2～5份、金属铜粉3～8份、金属镍粉3～6份、氮化硼1～5份、水溶性碱酚醛树脂1～5份、锂基膨润土膏体1～5份、硅酸铝镁膏体1～3份，KH560偶联剂0.1～1.0份、聚乙烯醇缩丁醛树脂0.2～0.5份和水20～50份。本发明的特大型锻件优质锻造润滑剂，其悬浮性(24H)/大于98％、四球试验Pb≥1350公斤，固含量＞35％，用园环敦粗法测得600℃的摩擦系数为0.03,该润滑剂在12个月内能快速分散，无结块，对环境无污染。

说明书

技术领域

本发明涉及万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂及其配制方法，属于万吨压机锻造润滑领域。

背景技术

在重大装备制造中，用万吨压机特别是水压机锻造百吨或以上重量锻件是制造中的关键环节，而在此过程中锻造复杂锻件时要满足异形结构的仿形成形，须利用模具使得金属产生定向流动，但变形金属与模具的摩擦常常对金属流动产生较大限制，影响成形效果。同时，锻造后期的夹模问题也使得锻造次数增加，锻造效率低下。对此难题采用现有的石墨润滑油或水基石墨乳润滑，不仅操作者劳动强度大，锻造火次多，效率低下，而且润滑油或乳剂在高温灼烧后，润滑效果不理想。

现有公知技术如中国专利CN201810202936.0“盾构机用超大壁厚大法兰的制造工艺”，使用石墨润滑剂对象为6000T压机，锻件重量仅为20吨的法兰。从上世纪八十年代我国大规模使用石墨或以石墨为基础的润滑剂以来，石墨润滑剂在锻造领域的使用对象几乎都是小型模锻件，润滑剂满足的锻件变形应力较小，润滑剂的组成通常是石墨粉、粘结剂、悬浮剂、防腐剂等，如中国专利CN201710565783.1“一种石墨润滑剂及其制备方法该石墨润滑剂”，按照质量份数由以下配方成份组成：石墨20-30份、石墨烯10-12份、二氧化钛粉2-6份、甲基纤维素1-3份、氧化钙2-4份、单乙醇胺1.5-3份、硅酸钠3-6份、明胶2-4份、硼砂5-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2-3份、丙烯酸-2-乙基乙酯1-2份、二丙酮醇4-5份、四氢呋喃1-2份、丙醇2-3份、分散剂2-3份、去离子水50-70份，从这些润滑剂的组成可以看出，它们在高压下均没有形成润滑膜的能力，甲基纤维素、明胶等粘结剂在100多度即失去粘结力，这些石墨润滑剂都无法满足万吨水压机锻造百吨或以上重量锻件的需要。实际上到目前为止国内外在万吨压机上锻造大吨位的复杂锻件尚无理想的润滑剂。

因此，开发用于万吨水压机锻造百吨或以上重量锻件的润滑剂是本发明专利的目标，要实现这一目标解决的关键技术，就是本专利提出的润滑剂能够满足万吨水压机锻造百吨或以上重量复杂锻件变形时巨大变形应力降低摩擦力的需要，润滑剂具有极优异的抗极压能力，高温抗氧化能力，高温附着力。

发明内容

为克服现有润滑剂，包括石墨类润滑剂在万吨水压机锻造百吨或以上重量锻件的润滑缺陷，本发明专利提出一种新的润滑剂。

万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂，由以下质量份的材料组成：石墨10～60份、氟化石墨2～5份、金属铜粉3～8份、金属镍粉3～6份、氮化硼1～5份、水溶性碱酚醛树脂1～5份、锂基膨润土膏体1～5份、硅酸铝镁膏体1～5份，KH560偶联剂0.1～1.0份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.2～0.5份和水20～50份。

优选的，所述的万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂，由以下质量份的材料组成：石墨20～22份、氟化石墨3～5份、金属铜粉3份、金属镍粉3～5份、氮化硼1～2份、水溶性碱酚醛树脂2份、锂基膨润土膏体1.5～2份、硅酸铝镁膏体1～1.5份，KH560偶联剂0.1～0.2份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.3份和水35～40份。

更优选的，所述的万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂，由以下质量份的材料组成：由以下质量份的材料组成：石墨20份、氟化石墨3份、金属铜粉3份、金属镍粉5份、氮化硼2份、水溶性碱酚醛树脂2份、锂基膨润土膏体2份、硅酸铝镁膏体1份，KH560偶联剂0.1份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.3份和水35份。

优选的，水溶性碱酚醛树脂的制备方法为：

(1)取酚，将酚升温至55℃±2℃时，加入经过活化处理的固态碱金属醋酸盐；

(2)继续升温至温度65℃±2℃，加入碱催化剂总量1/3的碱催化剂，同时逐步滴入醛，该段时间控制在0.5～1.5小时；

(3)然后加入石墨粉，再加入碱催化剂总量1/3的碱催化剂，继续升温，在温度75℃±5℃反应1.5～2小时；

(4)升温至100℃±5℃，反应1.5～2小时后，再加入碱催化剂总量1/3的碱催化剂，待反应物粘度达到50～55厘泊/25℃时加入硅系偶联剂，结束反应，冷却降温到40～50℃，得水溶性碱酚醛树脂粘结剂；

其中，上述原料的用量按以下重量百分比称取：酚16～30％、醛40～55％、石墨粉0.5～10％、碱催化剂15～30％、硅系偶联剂0.01～2％、碱金属醋酸盐0.5～10％。

优选的：酚为苯酚、对/间甲苯酚、对/间苯二酚、双酚-A、双酚-F酚中的至少一种；所述醛为甲醛、多聚甲醛、乙二醛、缩醛、呋喃甲醛中的至少一种；碱催化剂为碱金属的氢氧化物中的至少一种：比如氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化铵、氢氧化钙等；硅烷偶联剂可以为KH560、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(2,3环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷和乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。

优选的，所述石墨为固定碳含量在99.7％以上，粒度不大于5μm；氟化石墨的纯度在99％以上，粒度不大于20nm；所述金属铜粉的纯度在99.8％以上，粒度不大于20μm；所述金属镍粉的纯度在99％以上，粒度不大于20nm；所述氮化硼的纯度在99％以上，粒度不大于20nm。

优选的，所述锂基膨润土膏体是按下述方法制得的：将锂基膨润土与水混匀，静置24小时以上，再进行分散，制得锂基膨润土膏体；优选的，锂基膨润土与水的重量比为1:1。

优选的，所述硅酸铝镁膏体是按下述方法制得的：硅酸铝镁与无水乙醇混匀后，再加入水混匀，静置24小时以上，制得硅酸铝镁膏体；优选的，硅酸铝镁、水与无水乙醇的重量比为1:1:1。

优选的，低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂：分子量为1.8～2.7×10⁴/摩尔，10％乙醇溶液粘度涂4杯为20秒，聚合度为300～400。

本发明还提供万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂的制备方法。按以下步骤进行制备：

a、按上述的原料配比取石墨、氟化石墨、金属铜粉、金属镍粉、氮化硼、水溶性碱酚醛树脂、锂基膨润土膏体、硅酸铝镁膏体，KH560偶联剂、聚乙烯醇缩丁醛和水；把所取的水分为3份，使第一份水:第二份水:第三分水的重量比为3:6～6.5:0.5～1；优选的，水的重量比为3:6.3:0.7；

将所取的锂基膨润土膏体、硅酸铝镁膏体、水溶性碱酚醛树脂、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂和第一份水混匀；优选的，混匀采用高速分散机，分散速度为100-200r/分钟；

b、然后加入石墨粉、氟化石墨粉、氮化硼、金属铜粉、金属镍粉、KH560偶联剂及第二份水，混匀、砂磨；最后以第三份水调节润滑剂的粘度室温下至涂-4杯40～45秒即可；优选的，混匀采用高速分散机进行，分散速度为700～1500r/分钟，分散时间为60分钟；砂磨时间为60分钟。

本发明的有益效果：

本发明专利有效解决了现有万吨水压机锻造百吨或以上重量锻件的润滑缺陷，提供一种百吨或以上重量的特大型锻件锻造时的优质润滑剂，这种润滑剂由于使用了水溶性酚醛改性树脂以及合成树脂时加入的石墨粉、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂，保证了润滑剂在常温和高温下均具有良好的附着力，润滑剂中的石墨粉、氟化石墨粉、氮化硼粉、金属铜粉、金属镍粉及用这些粉体在高温下和水溶性酚醛树脂形成的混合物、保证了百吨或以上重量锻件锻造时的润滑极压性能，使用的锂基膨润土膏体、硅酸铝镁膏体保证了润滑剂中的固体物料能充任分散和悬浮稳定，有利于润滑性能的发挥，润滑剂的方便使用。

采用本技术方案制备的特大型锻件优质锻造润滑剂各项技术指标性能优异，按照相关试验方法检测，其悬浮性(24H)/大于98％、四球试验Pb≥1350公斤，固含量＞35％，用园环敦粗法测得600℃的摩擦系数为0.03,该润滑剂在12个月的贮存期内能快速分散，无结块，用喷、刷、滚任何一种方式均可方便使用，对环境无污染。

具体实施方式

为克服现有润滑剂，包括石墨类润滑剂在万吨水压机锻造百吨或以上重量锻件的润滑缺陷，本发明专利提出一种新的润滑剂。

万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂，由以下质量份的材料组成：石墨10～60份、氟化石墨2～5份、金属铜粉3～8份、金属镍粉3～6份、氮化硼1～5份、水溶性碱酚醛树脂1～5份、锂基膨润土膏体1～5份、硅酸铝镁膏体1～5份，KH560偶联剂0.1～1.0份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.2～0.5份和水20～50份。

本发明的润滑剂需在上述限定的配比内，不在该配比时，其制得的润滑剂性能较差。

优选的，所述的万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂，由以下质量份的材料组成：石墨20～22份、氟化石墨3～5份、金属铜粉3份、金属镍粉3～5份、氮化硼1～2份、水溶性碱酚醛树脂2份、锂基膨润土膏体1.5～2份、硅酸铝镁膏体1～1.5份，KH560偶联剂0.1～0.2份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.3份和水35～40份。

更优选的：由以下质量份的材料组成：由以下质量份的材料组成：：石墨20份、氟化石墨3份、金属铜粉3份、金属镍粉5份、氮化硼2份、水溶性碱酚醛树脂2份、锂基膨润土膏体2份、硅酸铝镁膏体1份，KH560偶联剂0.1份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.3份和水35份。

优选的，水溶性碱酚醛树脂的制备方法为：

(1)取酚，将酚升温至55℃±2℃时，加入经过活化处理的固态碱金属醋酸盐；

(2)继续升温至温度65℃±2℃，加入碱催化剂总量1/3的碱催化剂，同时逐步滴入醛，该段时间控制在0.5～1.5小时；

(3)然后加入石墨粉，再加入碱催化剂总量1/3的碱催化剂，继续升温，在温度75℃±5℃反应1.5～2小时；

(4)升温至100℃±5℃，反应1.5～2小时后，再加入碱催化剂总量1/3的碱催化剂，待反应物粘度达到50～55厘泊/25℃时加入硅系偶联剂，结束反应，冷却降温到40～50℃，得水溶性碱酚醛树脂粘结剂；

其中，上述原料的用量按以下重量百分比称取：酚16～30％、醛40～55％、石墨粉0.5～10％、碱催化剂15～30％、硅烷偶联剂0.01～2％、碱金属醋酸盐0.5～10％。

优选的：酚为苯酚、对/间甲苯酚、对/间苯二酚、双酚-A、双酚-F酚中的至少一种；所述醛为甲醛、多聚甲醛、乙二醛、缩醛、呋喃甲醛中的至少一种；碱催化剂为碱金属氢氧化物中的至少一种：比如氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化铵、氢氧化钙等；硅烷偶联剂可以为KH560、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(2,3环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷和乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。

优选的，所述石墨为固定碳含量在99.7％以上，粒度不大于5μm；氟化石墨的纯度在99％以上，粒度不大于20nm；所述金属铜粉的纯度在99.8％以上，粒度不大20μm；所述金属镍粉的纯度在99％以上，粒度不大于20nm；所述氮化硼的纯度在99％以上，粒度不大于20nm。

优选的，所述锂基膨润土膏体是按下述方法制得的：将锂基膨润土与水混匀，静置24小时以上，再进行分散，制得锂基膨润土膏体；优选的，锂基膨润土与水的重量比为1:1。

优选的，所述硅酸铝镁膏体是按下述方法制得的：硅酸铝镁与无水乙醇混匀后，再加入水，搅拌静置24小时以上，制得硅酸铝镁膏体；优选的，硅酸铝镁、水与无水乙醇的重量比为1:1:1。

锂基膨润土膏体和硅酸铝镁膏体的缔合网络结构具有超强的束缚隔离固体的能力，使配方中的润滑组分均匀悬浮分散于整个体系，具有理想的悬浮率和悬浮稳定性。可使润滑剂的粘度遇剪切即变小，停止剪切后又可恢复其原始粘度，从而使润滑剂具有优良的触变、流平性能，使润滑剂可广泛用于刷涂、喷涂、浸涂、滚涂等不同的使用工艺。

优选的，低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂：分子量为1.8～2.7×10⁴/摩尔，10％乙醇溶液粘度涂4杯为20秒，聚合度为300～400。

本发明还提供万吨压机百吨复杂锻件锻造润滑剂的制备方法。按以下步骤进行制备：

a、按上述的原料配比取石墨、氟化石墨、金属铜粉、金属镍粉、氮化硼、水溶性碱酚醛树脂、锂基膨润土膏体、硅酸铝镁膏体，KH560偶联剂、聚乙烯醇缩丁醛和水；把所取的水分为3份，使第一份水:第二份水:第三分水的重量比为3:5～6:1～2；优选的，水的重量比为3:5.6:1.4；

将所取的锂基膨润土膏体、硅酸铝镁膏体、水溶性碱酚醛树脂、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂和第一份水混匀；优选的，混匀采用高速分散机，分散速度为100-200r/分钟；

b、然后加入石墨粉、氟化石墨粉、氮化硼、金属铜粉、金属镍粉、KH560偶联剂及第二份水，混匀、砂磨；最后以第三份水调节润滑剂的粘度室温下至涂-4杯40～45秒即可；优选的，混匀采用高速分散机进行，分散速度为700～1500r/分钟，分散时间为60分钟；砂磨时间为60分钟。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

原料的制备：

1、锂基膨润土膏体的制备：

锂基膨润土以重量比1:1的比例与水充分混合，静置24小时以上使其活化后，在高速分散机上以700r/分钟分散成膏体备用。

2、硅酸铝镁膏体的制备：

硅酸铝镁以1:1的比例与无水乙醇混合均匀后，再按照硅酸铝镁与水的比例为1:1加入水，搅拌静置24小时以上成为膏体备用。

3、水溶性碱酚醛树脂的制备：

本发明制备两种水溶性碱酚醛改性树脂F1、F2

1、制备水溶性碱酚醛树脂F1

按重量百分比的配比为：苯酚16％、甲醛50％、石墨粉5％、氢氧化钾22％、KH5602％、醋酸钾5％称取原料；

(1)把苯酚置于反应釜中，搅拌、升温，在温度为55℃时，加入经过活化处理的固态醋酸钾。

(2)升温至温度65℃，加入氢氧化钾总量1/3的氢氧化钾，同时逐步滴入甲醛，该段时间控制在1小时；

(3)然后加入石墨粉，再加入氢氧化钾总量1/3的氢氧化钾，继续升温，在温度75℃反应1.8小时；

(4)升温至100℃，反应1.5小时后，再加入氢氧化钾总量1/3的氢氧化钾，待反应物粘度达到50(厘泊/25℃)时加入硅系偶联剂，结束反应，冷却降温到45℃左右，得大型铸钢件铸造涂料用水溶性酚醛改性树脂F1。

2、制备水溶性碱酚醛树脂F2

按重量百分比的配比为：苯酚25％、甲醛40％、石墨粉10％、氢氧化钾13％、KH5602％、醋酸钾10％称取原料；

除原料配比外，制备方法同F1，得大型铸钢件铸造涂料用水溶性酚醛树脂F2。

实施例1

称取石墨20份、氟化石墨3份、金属铜粉3份、金属镍粉5份、氮化硼2份、锂基膨润土膏体2份、硅酸铝镁膏体1份，KH560偶联剂0.1份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.3份、水溶性碱酚醛树脂F1 2份、自来水35份；

润滑剂的配制方法：将上述锂基膨润土膏体、硅酸铝镁膏体、水溶性碱酚醛树脂、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂、自来水量总量的30％加入到高速分散机中，先以150r/分钟的速度搅拌均匀，然后加入石墨粉、氟化石墨粉、氮化硼粉、金属铜粉、金属镍粉、KH560偶联剂及剩余自来水量的90％，这些固体粉料加入后浆料渐渐变厚，此时要调节分散盘与装料桶底之间的距离，使旋涡成浅盆状，所有原料加完后提高转速以1000r/分钟速度搅拌60分钟，为防止分散时温度上升过高，要采用夹套通水冷却。分散结束后，再转移到砂磨机中砂磨60分钟，以余下的自来水调节润滑剂的粘度室温下至涂-4杯40-45秒即可。

实施例2

称取石墨22份、氟化石墨5份、金属铜粉3份、金属镍粉3份、氮化硼1份、锂基膨润土膏体1.5份、硅酸铝镁膏体1.5份，KH560偶联剂0.2份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.3份、水溶性碱酚醛树脂F1 2份、自来水40份。

润滑剂的配制方法与实施例1相同。

实施例3

称取石墨35份、氟化石墨5份、金属铜粉5份、金属镍粉4份、氮化硼1份、锂基膨润土膏体1.5份、硅酸铝镁膏体1.5份，KH560偶联剂0.2份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.3份、水溶性碱酚醛树脂F1 2.5份、自来水40份。

润滑剂的配制方法与实施例1相同。

实施例4

称取石墨35份、氟化石墨5份、金属铜粉5份、金属镍粉4份、氮化硼2份、锂基膨润土膏体2份、硅酸铝镁膏体1份，KH560偶联剂0.1份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.3份、水溶性碱酚醛树脂F2 2份、自来水35份；

润滑剂的配制方法与实施例1相同。

实施例5

称取石墨60份、氟化石墨2份、金属铜粉8份、金属镍粉4份、氮化硼5份、锂基膨润土膏体1份、硅酸铝镁膏体5份，KH560偶联剂1份、低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂0.5份、水溶性碱酚醛树脂F2 5份、自来水50份；

润滑剂的配制方法与实施例1相同。

试验例

测试实施例1～5制得的样品，其性能如表1所示。

其中，摩擦系数的测试方法为园环敦粗法。

表1

采用本技术方案制备的特大型锻件优质锻造润滑剂各项技术指标性能优异，按照相关试验方法检测，其悬浮性(24H)/大于98％、四球试验Pb≥1350公斤，固含量＞35％，用园环敦粗法测得600℃的摩擦系数为0.03,该润滑剂在12个月的贮存期内能快速分散，无结块，用喷、刷、滚任何一种方式均可方便使用，对环境无污染。