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产品知识
铝轧制润滑基础、铝轧制润滑的特点
日期：2016-03-23 人气：
内容提示： 轧制是铝加工的最重要手段之一。现代铝合金轧材包括板带材，型线材以及管材等，品种规格有数千种，并且还在不断扩大，在宽度方面有3米以上的板材，在厚度方面有0.01mm…
轧制是铝加工的最重要手段之一。现代铝合金轧材包括板带材，型线材以及管材等，品种规格有数千种，并且还在不断扩大，在宽度方面有3米以上的板材，在厚度方面有0.01mm一下的箔材等。在轧制尤其是板带轧制时需要良好的润滑以便能够降低摩擦力功率消耗，减少轧辊磨损和提高板面质量。要实现良好的润滑，首先需要分析润滑状态，进而可结合铝轧制特点，来确定润滑要实现的手段，以达到需要润滑的目的。
1，润滑状态
图1是斯特贝克（Stribeck）在1900年提出的润滑状态曲线
图1：斯特贝克（Stribeck）曲线
图中的三个区域对应着三种主要润滑状态。在I区，摩擦表面被连续的润滑油所隔开，油膜厚度远大于两表面的粗糙度之和，摩擦阻力由润滑油的内摩擦来决定，即由润滑剂的黏度决定。还可细分为流体动压润滑或者弹性流体动压润滑状态。油品黏度越高，相对速度越快，载荷越低和表面粗糙度越低，越容易出现动力润滑。
随着压力增加，油膜变薄到与表面粗糙度在相同数量级时，进入料边界润滑，摩擦副表面微凸体间处于接触状态，是由极性分子形成的边界膜将摩擦副（轧辊和轧板）分开，II和III的区别是，在II区仍然由润滑剂的（有机）分子将摩擦副分开，而在III区接触副表面距离非常近，温度很高，是有润滑剂中的组分与金属反应形成的无机膜，将摩擦副隔开，也称为极压润滑。对于铝轧制润滑，其润滑通常处于动力润滑和边界润滑的混合润滑状体，其摩擦系数在0.03-0.10之间，薄膜厚度在0.1-1.0微米之间。
2，动力润滑实现
如上所提在I区的动力润滑主要是依靠润滑油的黏度。润滑油的黏度主要与基础油有关，所以动力润滑在很大程度上取决于基础油。通常将基础油分为石蜡基，环烷基和芳香基，其性能比较如表1所示。
芳香烃相关的许多物质都是致癌物质，已经有很多资料来报道。所以，基础油的选择其实主要是在环烷基和石蜡基中来选择。石蜡基基础油黏度指数高，稳定性好，为绝大多数油品所选用，因为不希望在温度变化时黏度变化太大，如液压油，淬火油等。致癌物质，但在作为轧制油的基础油上，有不同的考虑。轧制油组分多，环烷基基础油溶解性好，有利于保持平衡，故希望使用环烷基基础油，更重要的，温度升高，环烷基油黏度降低地更多，这对轧制而言，能够降低咬入困难。但也有选用石蜡基的基础油，因为在动力润滑阶段，由于轧制压力非常大，以至于轧辊都产生了弹性变形，因此实际上是处于弹性动力润滑状态，而石蜡基的黏压特性更适合这种状态下的润滑。
在所谓老三套的炼油技术（溶剂脱蜡，溶剂精制和白土补充精制）中，环烷基和石蜡基油源有关，目前广泛应用的加氢炼油技术已经摆脱了对油源质量的依靠，并使基础油的质量有了明显地提高，如表2所示，加氢处理的基础油的质量得到显著提高，对轧制油的基础油而言，应该优先选用加氢精制的基础油。
3，边界润滑和实现
边界润滑是靠极性分子吸附在表面，形成边界润滑膜来实现润滑的，工件在表面的吸附情况取决于分子的极性，吸附机制有物理吸附，化学吸附和极压发应如图2所示。
首先形成的是物理吸附，这主要是依靠分子间力，它是相对的长程吸附，动力是分子间力，物理吸附与分子的极性有关，但吸附分子尚未与金属形成化学键，所以，如图2所示，吸附并不需要活化能，因此很容易实现，但形成物理吸附后，能量降低甚微，说明吸附膜的润滑强度不高。
如果吸附和基体金属形成化学键，则会形成化学吸附，如图2所示，化学吸附需要克服活化能ΔEact1，该活化能值不很大，故在温度适当情况下即可以进行。经过化学吸附后，有较大的能量降低，吸附膜强度比较大，国内资料上大都称其润滑剂为抗磨剂或者油性剂。
如果温度更高，吸附就有可能克服如图2所示的较大活化能ΔEact2，润滑剂中的组分和金属实现化学反应，形成润滑膜，该润滑膜来自于润滑剂的分子和金属的共同作用，是一个无机膜，能量降低很多，所以润滑膜强度较高，该膜的形成是基于化学反应形成的，所以，极压润滑也是一种控制性的腐蚀过程。图3是含S润滑剂在润滑过程中所形成的的这物理吸附，化学吸附和化学反应示意图，可以看出物理吸附是极性吸附，但未形成化学键（虚线）；化学吸附则形成了化学键，而化学反应是形成一层无机膜，该润滑膜中不再有有机的润滑剂分子。
3，铝轧制润滑的特点
铝的轧制润滑，同样遵循上述润滑机制。但铝的轧制润滑有其不同于黑色金属轧制的特点。
（1）铝是面心立方金属，4个111密排面，3个110滑移方向，共3x4=12个滑移系，容易产生变形和粘铝;铝是两性金属，反应性强，与酸碱都可反应；铝的强度较低，外来杂质容易压入表面。综合这些因素，铝在轧制过程中表面容易出现缺陷，所以表面质量将成为铝轧制润滑最重要目标之一。
（2）轧制过程中因为摩擦特别是在前滑区产生的铝粉较多，而铝没有磁性，难以通过磁过滤去除，但铝粉必须及时去除，否则这些铝粉可能又会压回到表面。所以如何有效去除轧制过程中产生的铝粉将是轧制润滑中的关键技术。
（3）S是非常有效的润滑材料。硫化物有较大极性首先在表面形成物理吸附和化学吸附，起到油性剂或抗磨剂作用。局部温度高时，和铁反应形成具有层状结构的FeS无机润滑膜，起到极压润滑作用。但因硫铝反应在铝轧制润滑中一般不使用含S的润滑成分，只能转而次之使用P，如磷酸酯。磷酸酯的吸附机理一般认为可以通过亲核加成形成如图4所示，或者通过酸碱反应，如图5所示。
铝轧制润滑的这些特点，需要在轧制油配方设计中给予充分考虑。
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