一种冷挤压用纳米石墨复合润滑剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冷挤压技术领域，尤其是涉及一种冷挤压用纳米石墨复合润滑剂及其 制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 在挤压加工过程中，由于零件的单次变形量很大，金属与模具接触面上的单位正 压力极高，相当于金属变形抗力的3~10倍，甚至更高。在此条件下，变形金属的表面发生 剧烈的更新，会有大量的新生表面出现，从而使金属黏结工模具的现象严重。因摩擦而损失 的能源占世界一次性能源的50% -70%，而磨损则是材料报废的主要形式之一。为了减少 或消除这种现象的出现，在挤压时一般要采用润滑剂。挤压时润滑剂的作用是降低磨擦系 数和挤压力，改善挤压过程中金属的流动性质和均匀性，防止金属与工模具粘着，减小制品 中挤压应力，消除制品的扭曲和表面裂纹等缺陷。同时，它还应起到保温或绝热的作用，以 使工模具的使用条件改善，挤压速度提高，工模具的磨损减少，其使用寿命延长，力能消耗 降低，挤压的成品率大大提高。
[0003] 冷挤压成形过程中由于坯料会发生较大的变形，从而导致坯料的温度进一步上 升，一般矿物油型的润滑剂会因高温而失效达不到润滑的目的，还会因为油脂的燃烧造成 环境污染。纳米石墨既能自润滑，又能耐高温高压，而且不会造成环境的污染，纳米润滑剂 是未来冷挤压润滑剂的发展方向。传统的石墨润滑剂虽然能够满足一般的冷挤压生产要 求，但是随着工业生产的不断发展，越来越多的零件对尺寸精度和表面质量有更高的要求， 此时传统的润滑剂已不能满足生产要求。
[0004] 90年代以来，随着纳米科学与技术的发展，纳米润滑成为润滑领域最为活跃的内 容。纳米材料的特殊性能使其在润滑领域具有巨大的潜力，适当的使用会使润滑效果得到 非常大的提升。目前对于纳米材料的润滑机理研宄主要包括四个方面："滚珠轴承"效应，沉 积润滑膜，摩擦化学反应膜，填补和修复。纳米级别的润滑颗粒，其形状多近似成球形，当两 个接触面相对运动时，纳米粒子处于中间发生滚动，这样在微观上就将接触面之间的滑动 摩擦变为了滚动摩擦，从而降低了接触面之间的摩擦系数，减小了磨损，起到了 "滚珠轴承" 作用；纳米粒子的比表面积很大，极易吸附在金属接触面之间的凹坑处，在重载或高温条件 下，两摩擦表面间的球形颗粒被压扁形成金属一金属滑动系，从而具有优异的极压和抗磨 性能，即起到薄膜润滑作用；较大的纳米粒子活性，在载荷和摩擦场作用下，使纳米颗粒渗 入到材料晶格内部，其中活性元素同金属摩擦发生摩擦化学反应，生成一层高硬度、低摩擦 系数的反应膜，起到减摩抗磨的作用；纳米微粒可以填充摩擦表面的微坑和损伤部位，起到 自修复作用，而且根据渗透机制，纳米颗粒吸附在摩擦表面形成物理吸附膜，在摩擦过程中 通过扩散、渗透作用在金属表面形成具有良好摩擦学性能的渗透层和扩散层，纳米微粒中 元素渗透到金属表面或亚表面与基体组分形成固溶体，起到减磨和抗磨的作用。
[0005] 石墨是一种具有优异润滑性能的常用润滑物质，石墨润滑剂又具有较大的应用前 景，因此将纳米石墨颗粒运用于石墨润滑剂具有较大的优势，不仅具有传统的石墨润滑剂 的优良性能，又可以发挥纳米材料在润滑领域的优越性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冷挤压用纳米 石墨复合润滑剂及其制备方法与应用。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] 一种冷挤压用纳米石墨复合润滑剂，在普通冷挤压用石墨润滑剂中，按重量比加 入了 0. 6% -1. 5%的纳米石墨，以及3% -9%的化学分散剂。
[0009] 所述纳米石墨颗粒粒径为40~100nm，纯度为98%以上。
[0010] 所述化学分散剂为二辛基磺基琥珀酸钠和亚甲基双荼磺酸钠组成的复合分散剂， 其中二辛基磺基琥珀酸钠和亚甲基双荼磺酸钠的重量比为1:2~2:1。
[0011] 所述普通冷挤压用石墨润滑剂按重量百分比包括以下成分：
[0012] 普通石墨粉20~30，
[0013] 二硫化钼 20~40， 增粘剂 0.1~1， 氧化镁 5~15， 水 余量。
[0014] 所述增粘剂为羟己基纤维素钠盐。
[0015] -种冷挤压用纳米石墨复合润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
[0016] (1)在普通冷挤压用石墨润滑剂中，按普通冷挤压用石墨润滑剂重量的 0.6% -L 5%加入纳米石墨；
[0017] (2)按普通冷挤压用石墨润滑剂重量的3% -9%加入化学分散剂；
[0018] (3)对步骤⑵所得混合物进行电磁搅拌20~30min，再进行超声分散15~ 30min，并连续超声2~3次，得到冷挤压用纳米石墨复合润滑剂。
[0019] 所述冷挤压用纳米石墨复合润滑剂用于钢质零件冷挤压成形的润滑。
[0020] 所述冷挤压用纳米石墨复合润滑剂使用时，涂覆形成厚度为1mm的润滑层。
[0021] 纳米材料在润滑领域的优异性能是因为其尺寸进入了纳米量级，将会具有一些与 常态下不同的物理效应而导致的。但是正因为其尺寸进入了纳米量级，导致纳米粒子的表 面活性极高，容易发生团聚现象，原本细小的微粒团聚后变成了较大的粒子。在金属材料塑 性成形加工过程中，在坯料和模具的接触表面上出现较大的颗粒，不仅不能起到润滑作用， 反而会影响到成形零件的表面质量。
[0022] 本发明提供的制备方法结合了物理分散方法和化学分散方法，其中二辛基磺基琥 珀酸钠具有优异的润湿能力，可以将石墨颗粒较好的润湿并溶入水中，亚甲基双荼磺酸钠 具有非常优异的扩散和保护胶体的能力，耐酸、耐碱、耐热、耐硬水、耐无机盐，可以使石墨 颗粒稳定地分散在水中，二者配合之后再加上电磁搅拌和超生分散的物理分散方法可以在 一定的时间内避免纳米石墨颗粒的在石墨润滑剂中的团聚，起到较好的分散效果。
[0023] 与现有技术相比，本发明中由于纳米石墨颗粒的加入，该润滑剂的润滑性能较传 统的冷挤压润滑剂有进一步的提升，不仅耐高温，化学性质稳定，不易分解，无毒无臭，而且 由于纳米石墨粒子的特殊性质，使得挤压成形过程中的摩擦系数进一步降低，且成形零件 的表面质量进一步提高，可以满足对尺寸精度和表面质量有更高要求的零件的生产。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025] 实施例1
[0026] 在普通冷挤压用石墨润滑剂中加入了 0. 6%% (按重比）的纳米石墨，其中纳米石 墨颗粒的纯度为99%以上，粒径为40nm，并采用如下的制备方案：
[0027] (1)取纳米石墨颗粒加入到普通石墨润滑剂中。
[0028] (2)向润滑剂中加入化学分散剂，其成分为2. 6% (按重量比）二辛基磺基琥珀酸 钠和1. 5% (按重量比）亚甲基双荼磺酸钠。
[0029] (3)对润滑剂进行电磁搅拌25min，再进行超声分散20min，并连续超声3次，得到 冷挤压用纳米石墨复合润滑剂。
[0030] 这种制造技术和工艺对于本行业的人员来说是容易实施的，本领域的技术人员能 按照以上所述来实施本发明即可。
[0031] 将上述比例配制的润滑剂涂覆在20号钢薄片中，利用HT-500高温摩擦磨损仪测 试摩擦系数，采用的对磨副为GCrl5的滚珠，摩擦时间为lh，将载荷设定为690g，得到的平 均摩擦系数为0. 121 (用传统润滑剂磷皂化在同等条件下得到的平均摩擦系数为0. 140)。
[0032] 实施例2
[0033] 采用以下配方的纳米石墨复合润滑剂
[0034] 纳米石墨：0.6%，石墨粉：20%，二硫化钼：26%，增粘剂：0.4%，分散剂：3%，氧 化镁：10%，水：余量。
[0035] 然后采用以下方法制备：
[0036] (1)取纳米石墨颗粒加入到普通石墨润滑剂中。
[0037] (2)向润滑剂中加入化学分散剂，其成分为1. 6% (按重量比）二辛基磺基琥珀酸 钠和1. 4% (按重量比）亚甲基双荼磺酸钠。
[0038] (3)对润滑剂进行电磁搅拌25min，再进行超声分散20min，并连续超声3次，得到 冷挤压用纳米石墨复合润滑剂。
[0039] 将上述比例配制的润滑剂涂覆在5