保護(hù)金屬熱加工時不產(chǎn)生銹皮并用作金屬熱加工的潤滑劑的組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于保護(hù)金屬熱加工時不產(chǎn)生銹皮（scale)并用作金屬熱加工的潤 滑劑的組合物。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 在金屬特別是鋼材的500-1300°C的溫度范圍的熱加工中，例如在乳制或落錘鍛造 中，在環(huán)境空氣下在加熱的金屬表面處發(fā)生銹皮的形成，且取決于到下一加工步驟的轉(zhuǎn)移 時間，銹皮形成的顯著程度不同。在生產(chǎn)無縫管的鋼的熱乳工藝過程中，固體材料被穿孔， 形成空心塊，然后在之后的乳制步驟中伸長。在此，在轉(zhuǎn)移到伸長工藝的過程中在空心塊的 熱金屬表面上形成銹皮的風(fēng)險(xiǎn)非常高。在后續(xù)的乳制步驟中，銹皮形成可在無縫管中導(dǎo)致 形成內(nèi)部瑕疵。為此，例如使用壓縮空氣或惰性氣體將出現(xiàn)的銹皮吹掉。此外，將大量粉末 形式的不同物質(zhì)施加到空心塊的內(nèi)表面，作為潤滑劑或蝕刻劑或銹皮溶解劑。這種試劑的 示例包括石墨、氮化硼、硫化鉬、硅酸鹽、鈉鹽、堿金屬硫酸鹽、皂化脂肪酸或堿土金屬磷酸 鹽及其混合物。常常使用具有不同結(jié)晶水的堿金屬硼酸鹽或者硼酸。
[0004] 在其它應(yīng)用領(lǐng)域，在鍛造過程特別是用于大和重的零件例如火車車輪的鍛造中， 在進(jìn)行輪廓鍛造、車輪乳制和精磨鍛造的主要成形步驟之前，將預(yù)熱到高于1200°C的圓柱 金屬塊在預(yù)成形壓制機(jī)中進(jìn)行縮鍛（upset)，即大致將其預(yù)成形為盤狀形式。因?yàn)榧訜崃慵?的停留時間較長，和因?yàn)樗婕暗募庸l件，在表面處發(fā)生次級銹皮現(xiàn)象，它們對成形操作 以及零件表面的質(zhì)量都具有不利影響。如果在加熱步驟或第一成形步驟之前，用如上所述 的那些潤滑劑、蝕刻劑和銹皮溶解劑涂覆這種金屬零件，可顯著降低那些不利的影響。
[0005] 為了保證快速形成熔體用于潤滑和保護(hù)免于形成銹皮，通過噴霧以粉末或顆粒材 料的形式，將如上所述的試劑施加到灼熱的表面。這樣的結(jié)果是因?yàn)樵谝阎噭┲械呐鸹?合物水溶性好且難以阻止其在空間上擴(kuò)散，在已知試劑中的硼化合物進(jìn)入廢水中并對水源 存在潛在的危險(xiǎn)。此外，當(dāng)以如上所述的粉末或顆粒材料形式施加使用硼鹽和硼酸時，有吸 入的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于這方面的研究表明會導(dǎo)致生育障礙和危害胚胎中的胎兒，導(dǎo)致在將硼化合 物和由其組成的混合物被分類為有繁殖毒性。因此，這些性質(zhì)對人類和環(huán)境具有顯著的危 險(xiǎn)，因此就粉末混合物的制備、儲存、運(yùn)輸、加工、處理以及那些材料在金屬加工中的實(shí)際應(yīng) 用和目的而言是相關(guān)的。許多用于金屬熱加工的潤滑劑包含石墨，因?yàn)槭哂辛己玫腻?造性質(zhì)和溫度穩(wěn)定性。但是，應(yīng)注意，石墨具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，例如石墨碳吸收到加工的金屬 的表面中，從而改變金屬表面的組成和性質(zhì)。另外，石墨不受歡迎的原因還在于工作衛(wèi)生方 面，因?yàn)槭勰┤菀嘴F化到大氣中且意味著在附近工作的人有吸入石墨粉末的風(fēng)險(xiǎn)。此 外，石墨粉塵可給電子設(shè)備在操作時的操作能力帶來風(fēng)險(xiǎn)。因此，希望提供沒有石墨或石墨 比例盡可能低且同時具有良好潤滑作用的潤滑劑。
[0006] 此外，許多已知潤滑劑因?yàn)槠湮锢硇再|(zhì)和晶粒尺寸而沒有良好的自由流動或流動 性能。大粒度的粗材料通常導(dǎo)致金屬表面不充分和無規(guī)律的覆蓋，因而導(dǎo)致銹皮減少的情 況較差。因此，更細(xì)的晶粒尺寸優(yōu)勢在于可實(shí)現(xiàn)更好的形成。但是，尤其是在儲存時，已知 的小晶粒尺寸（例如小于50微米）的細(xì)晶粒材料常常趨于形成團(tuán)塊，因此難以將它們以粉 末形式噴到金屬表面上，這使得已知組合物的細(xì)晶粒尺寸的優(yōu)勢消失。
[0007] 發(fā)明目的
[0008] 因此，本發(fā)明的目的是提供用于金屬熱加工的組合物，該組合物用于保護(hù)免于形 成銹皮并用作潤滑劑，其中與現(xiàn)有技術(shù)相比降低了到目前為止因使用硼化合物作為成分造 成的潛在風(fēng)險(xiǎn)，該組合物具有良好的自由流動和流動性能，就在加熱的金屬表面上銹皮溶 解和潤滑而言該組合物具有良好的性質(zhì)，當(dāng)以粉末形式施加時該組合物使得在金屬表面上 形成良好的涂層，以及該組合物需要盡可能少的石墨或完全不需要石墨。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 依據(jù)本發(fā)明，通過保護(hù)金屬熱加工時不產(chǎn)生銹皮并用作金屬熱加工的潤滑劑的組 合物來實(shí)現(xiàn)所述目的，該組合物包括細(xì)粉末材料的混合物，其中所述混合物至少包含以下 組分：
[0010] (a)0重量％ -15重量％的磷酸氫鈣或正磷酸鈣化合物、羥磷灰石或其混合物，
[0011] (b)0. 1重量％ -35重量％的脂肪酸、脂肪酸鹽或其混合物，
[0012] (c) 1重量％ -90重量％的研磨的硼硅酸鹽玻璃，相對于該硼硅酸鹽玻璃，該硼硅 酸鹽玻璃分別包括下述比例的Na、B、Si和A1，所述比例以它們各自的氧化物的重量為基準(zhǔn) 計(jì)：
[0013] 1 重量 ％ -30 重量 ％ 的 Na20，
[0014] 2 重量 ％ -70 重量 ％ 的 B203,
[0015] 10 重量％ -70 重量％的 Si02,，和
[0016] 0 重量 ％-10 重量 ％的 A1203，
[0017] (d) 9重量％ -85重量％的縮合的堿金屬磷酸鹽，
[0018] (e)硼酸、硼酸鹽或其混合物，其用量對應(yīng)于以氧化物表示的0重量％ -3. 2重量％ 的B203的硼含量，和
[0019] (f)0重量％-10重量％的石墨，
[0020] 其中所述化合物的平均粒度D50 < 300微米。
[0021] 應(yīng)理解，本發(fā)明的潤滑劑可包含其它組分，只要它們對所需的有利性質(zhì)不會造成 明顯的負(fù)面影響。
[0022] 令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，盡管根據(jù)本發(fā)明的組合物不包括任何比例的硼酸鹽或硼酸，或 者任選的與基于硼酸鹽的已知潤滑劑相比該硼酸鹽或硼酸的比例只是非常小的，但根據(jù)本 發(fā)明的組合物非常適于用作保護(hù)金屬熱加工時不產(chǎn)生銹皮并用作金屬熱加工的潤滑劑的 組合物。與已知試劑相比，根據(jù)本發(fā)明的組合物顯著降低了易溶于水的硼酸鹽比例給人類 和環(huán)境帶來的潛在的高風(fēng)險(xiǎn)，在最佳情況下，甚至完全消除了這種風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)施加到熱的金屬 表面時，根據(jù)本發(fā)明的組合物比使用已知潤滑劑時更快地形成所需的熔體，并提供良好的 潤滑和良好的免于形成銹皮的保護(hù)。這通過根據(jù)本發(fā)明組合成分來實(shí)現(xiàn)，就這方面而言，不 管研磨的硼硅酸鹽玻璃的比例和小比例的硼酸或硼酸鹽，可實(shí)現(xiàn)組合物的潤滑和保護(hù)免于 形成銹皮的要求。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的組合物的特別優(yōu)勢在于與現(xiàn)有技術(shù)相比，顯著降低了硼酸鹽組分的 溶解度，并具有相當(dāng)?shù)幕蛏踔粮玫男屎凸δ?。降低硼酸鹽組分的溶解度通過低比例或 者零比例的如成分（e)所述的硼酸和/或硼酸鹽來實(shí)現(xiàn)，以及可進(jìn)一步通過改變?nèi)绯煞郑╞) 所述的脂肪酸和/或脂肪酸鹽與如成分（e)所述的硼酸和/或硼酸鹽的比例來影響。在研 磨的硼硅酸鹽玻璃中的硼酸鹽比例就水溶性來說是極端低劣的。因此，根據(jù)本發(fā)明的組合 物的優(yōu)勢是，因?yàn)榈退降呐鹚猁}溶解度，使用者可更容易地符合通常適用于廢水規(guī)定的 高要求，例如如ENIS011885:2007的規(guī)定。
[0024] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，組合物的半球溫度>400°C。在加熱顯微鏡中， 當(dāng)測試中的測試主體的灰熔化大致接近半球形狀時，到達(dá)半球溫度。根據(jù)本發(fā)明的組合物 的半球溫度>400°C的優(yōu)勢在于不會過早地到達(dá)組合物的熔點(diǎn)，并保留適于施用的粘度。如 果組合物的半球溫度低于400°C，那么在600 - 1300°C使用范圍的熔體的粘度過低，不能實(shí) 現(xiàn)充分的熔體膜。
[0025] 令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，在根據(jù)本發(fā)明的用于金屬熱加工的組合物中，磷酸氫鈣和/或 正磷酸鈣化合物是特別合適的自由流動輔助添加劑。磷酸二氫鈣是不合適的，因?yàn)榭諝庵?的濕氣會導(dǎo)致其形成團(tuán)塊。
[0026] 在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，磷酸鈣化合物（a)選自羥磷灰石[Ca5(P0 4)30H]和 磷酸三鈣[Ca3(P04)2]，且羥磷灰石是特別優(yōu)選的。
[0027] 在本發(fā)明的其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，組合物中包含的磷酸鈣化合物（a)的量是 0. 5重量％ -10重量％，特別優(yōu)選地是1重量％ -5重量％。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的組合物還包括脂肪酸、脂肪酸鹽或其混合物，以及其它成分。令人驚 訝地發(fā)現(xiàn)，就細(xì)顆粒粉末而言，使用脂肪酸或脂肪酸鹽顯著降低團(tuán)塊形成，并可改善儲存耐 受性。雖然無意受限于理論，但申請人猜想脂肪酸或脂肪酸鹽沉積在混合物的一種或多種 其它成分的晶粒上，這樣阻止或減少晶粒團(tuán)塊形成，并使水分遠(yuǎn)離晶粒，結(jié)果改善了潤滑劑 的儲存耐受性以及自由流動或流動性能。還假設(shè)脂肪酸或脂肪酸鹽通過在600 - 1300Γ的 使用范圍分解和形成氣體緩沖墊，改善潤滑效果。
[0029] 在本發(fā)明的其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，脂肪酸或脂肪酸鹽（b)選自下組：具有 6-26個碳原子的飽和以及不飽和脂肪酸，或者它們的鹽，優(yōu)選地選自癸酸、辛酸、正亮氨酸 (caprinic acid)、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、十七酸、硬脂酸、花生酸、二十二烷酸、二十四 燒酸、錯酸、棕櫚油酸、油酸、反油酸、11-十八碳稀酸（vaccenic acid)、二十稀酸（icosenic acid)、芥酸、神經(jīng)酸、亞油酸、亞麻酸、花生四稀酸、二十碳五稀酸（timnodonic acid)、鰷魚 酸（clupanodonic acid)以及它們的鹽，前提是脂肪酸或脂肪酸鹽在>30°C的溫度下是固 體形式。特別優(yōu)選地，脂肪酸或脂肪酸鹽是硬脂酸和它們的鹽。
[0030] 在本發(fā)明的