吳郡

（天津歐陸寶新材料科技有限公司，天津300000）

近年來(lái)，中國(guó)發(fā)電企業(yè)在國(guó)家和政府的大力支持下，不斷推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)民生活提供可靠的保障。發(fā)電及供電事業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了新型線纜行業(yè)的不斷興起和進(jìn)步，既然“電”在傳輸?shù)倪^(guò)程中，線纜起著“承載”“搭橋”的關(guān)鍵作用，那么線纜的質(zhì)量就尤為重要和關(guān)鍵，其中影響線纜質(zhì)量的關(guān)鍵因素——拉拔工藝及拉拔潤(rùn)滑劑的革新與進(jìn)步成為一項(xiàng)重要的課題。

1　新型鋁質(zhì)線纜拉拔工藝

金屬拉拔工藝是將圓柱形毛坯在潤(rùn)滑劑存在情況下拉過(guò)錐形?？自诶巫饔孟率蛊浣孛娣e縮小和長(zhǎng)度增加形成線材和管材的加工方法。拉拔通常是一種冷加工過(guò)程，是一種連續(xù)和穩(wěn)定的工藝，獲得高精度、高表面光潔度線材和管材的一種塑性加工工藝?，F(xiàn)代拉拔設(shè)備，諸如合肥神馬科技、四川德陽(yáng)東佳港機(jī)電、柳工集團(tuán)上海鴻得利、西北機(jī)器、廣意永雄等拉拔設(shè)備，不但速度高，而且變形大，這就對(duì)拉拔潤(rùn)滑劑提出了很高的要求。

2　拉拔工藝的潤(rùn)滑特點(diǎn)

對(duì)于鋁拉絲的機(jī)理問(wèn)題，參照線材的滑動(dòng)拉拔過(guò)程，明確鋁桿塑性變形一般是通過(guò)位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，多晶體變形時(shí)還要通過(guò)各晶粒的協(xié)調(diào)來(lái)進(jìn)行。由于材質(zhì)的復(fù)雜性和不均勻性，塑性變形在金屬內(nèi)部也不會(huì)絕對(duì)均勻，這種變形的不均勻性對(duì)鋁桿的后續(xù)變形產(chǎn)生影響。

通常拉拔加工所消耗的能量，一大部分消耗在模具和拉拔材料的摩擦上，造成界面溫度升高，容易發(fā)生潤(rùn)滑油膜破裂甚至燒結(jié)。在此加工過(guò)程中，良好的潤(rùn)滑狀態(tài)能減少拉拔時(shí)摩擦所產(chǎn)生的熱量，從而減少拉拔材料和模具界面的溫升，有助于延長(zhǎng)模具壽命，提高拉拔速度，改善拉拔材料表面質(zhì)量和機(jī)械性能。欲維持或確保良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，當(dāng)然要涉及模具形狀、材質(zhì)以及潤(rùn)滑劑供給方式，但主要還是取決于潤(rùn)滑劑本身的性能。鋁合金線纜所具有的輕量化的特點(diǎn)是今后發(fā)展的趨勢(shì)，同時(shí)，對(duì)拉拔潤(rùn)滑劑提出了更高的要求[1，2]。

3　金屬鋁及其合金拉拔的潤(rùn)滑過(guò)程

鋁屬于兩性金屬，表面有一層易破壞的氧化膜，拉拔過(guò)程使用的潤(rùn)滑劑也有其特殊之處。

3.1　潤(rùn)滑作用

拉拔設(shè)備的?？讓儆谌嗽煦@石或鎢鋼，鋁導(dǎo)輪屬于合金鋼，在變形金屬和?？字g，屬于流體潤(rùn)滑，潤(rùn)滑劑保持一層潤(rùn)滑油膜；在鋁導(dǎo)輪和鋁線之間，存在著多種潤(rùn)滑方式，潤(rùn)滑劑具備油性和極壓特性，避免模具與鋁桿（鋁線）直接接觸及黏結(jié)，減少摩擦，使鋁桿（鋁線）沿受力方向均勻變形，并可增加鋁桿的變形程度，減少能量消耗和加工道數(shù)，延長(zhǎng)模具的使用壽命。

3.2　冷卻作用

鋁拉拔潤(rùn)滑劑可以迅速帶走拉拔變形產(chǎn)生的熱量，保證連續(xù)退火過(guò)程，降低鋁線與?？椎臏囟?，防止鋁線溫度過(guò)高氧化變色，降低鋁線與?？住X線與鋁導(dǎo)輪之間的摩擦系數(shù)，提高拉拔速度和消除黏結(jié)現(xiàn)象。過(guò)多的熱量導(dǎo)致潤(rùn)滑劑的長(zhǎng)時(shí)間高溫氧化變質(zhì)，性能衰減。

3.3　清洗作用

拉拔過(guò)程中會(huì)不斷產(chǎn)生細(xì)微的鋁粒子，拉拔潤(rùn)滑劑具有不斷沖洗?？?，清除鋁粒子的作用。

3.4　防銹作用

潤(rùn)滑劑需對(duì)拉拔過(guò)程中的鋁桿和鋁線起到保護(hù)作用，保護(hù)鋁線新舊表面不受氧化和銹蝕；潤(rùn)滑劑在鋁線上的殘留不應(yīng)對(duì)后續(xù)加工和操作造成不良影響，不應(yīng)使鋁線發(fā)生化學(xué)的或冶金學(xué)的變化。

3.5　安全環(huán)保

安全無(wú)毒，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，不刺激皮膚，不致癌，不易燃，根據(jù)原料選擇可部分生物降解。

4　鋁及其合金拉拔潤(rùn)滑劑的研制[3～5]

4.1　載體原料（基礎(chǔ)油）的選擇

考慮到基礎(chǔ)油和添加劑的配伍問(wèn)題（相容性）的情況下，適宜選擇高粘度組分的石蠟基基礎(chǔ)油，其中以光亮油為主要組成部分，保證拉拔潤(rùn)滑劑有足夠的油膜厚度。從環(huán)保和生物降解的角度出發(fā)，可選擇一些可生物降解的酯類基礎(chǔ)油和植物油或改性植物油（降解率達(dá)90%以上）[4,6]?；A(chǔ)油高、中、低粘度搭配，來(lái)滿足處于不同氣候條件、不同區(qū)域設(shè)備的要求。

4.2　基礎(chǔ)油是基礎(chǔ)、添加劑才是關(guān)鍵

作為一個(gè)特種工藝用油，配方師對(duì)添加劑的篩選應(yīng)該準(zhǔn)確和敏銳。同時(shí)，利用不同類型添加劑復(fù)配以取得增效性能，滿足特定工況的性能要求。從環(huán)境友好的角度出發(fā)，選擇環(huán)境友好添加劑。

4.2.1　摩擦改進(jìn)劑（FM）和油性劑的選擇

摩擦改進(jìn)劑都含有極性基，含有極性基團(tuán)的物質(zhì)對(duì)金屬表面有很強(qiáng)的親和力，極性基團(tuán)強(qiáng)有力的吸附在金屬表面，形成一種類似緩沖墊的保護(hù)膜把金屬分開(kāi)，從而減少摩擦及磨損。

FM的效果受吸附力的強(qiáng)度與吸附力分子間的附著能的大小支配。希望FM具有-COOH、-NH2等。吸附力大的極性基，F(xiàn)M的碳鏈為直鏈的好。對(duì)相同系列的FM，隨碳鏈的增長(zhǎng)，摩擦系數(shù)減小。從FM吸附熱與磨損性能的關(guān)系可以看出，吸附能高的，磨損量少（見(jiàn)表1、表2）。FM的減摩效果與極性基在烷基上的位置有關(guān)，極性基最適合的位置是在長(zhǎng)鏈的最末端，這樣長(zhǎng)鏈狀的FM分子的極性基端就會(huì)垂直地吸附在金屬表面，碳?xì)洳糠止P直地直立于油中，類似于風(fēng)景畫(huà)中的樹(shù)。如果極性基向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，F(xiàn)M分子就不是垂直地吸附，極端的場(chǎng)合下就平行吸附于金屬表面，阻礙了密集吸附。

表1　FM的吸附熱與磨損性能的關(guān)系

表2　現(xiàn)代摩擦改進(jìn)劑技術(shù)

4.2.2　極壓（EP）和惰性極壓（PEP）抗磨添加劑的選擇

大部分油性劑一般只能在載荷和沖擊振動(dòng)不是非常大、溫度不是很高的條件下有效果，而當(dāng)摩擦部位的溫度達(dá)到150℃、載荷接近25MPa時(shí)脫附而失去油性作用（表3、表4），有特定工況要求的，這時(shí)就要采用EP添加劑或PEP添加劑來(lái)解決問(wèn)題。

表3　常用摩擦改進(jìn)劑

表4　不同F(xiàn)M的脫附溫度

在鋁的拉拔潤(rùn)滑劑中，考慮到鋁本身的特性，應(yīng)該選擇一些非活性的極壓抗磨添加劑和PEP添加劑，這樣既滿足了特定的工況要求，又不會(huì)對(duì)鋁造成化學(xué)腐蝕，同時(shí)也不會(huì)在拉拔潤(rùn)滑劑溫度升高時(shí)產(chǎn)生刺激性氣味。

總而言之，選擇適當(dāng)?shù)挠托蕴砑觿﹣?lái)調(diào)配鋁拉拔潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑中的極性分子會(huì)牢固地吸附于鋁桿、鋁線及鋁導(dǎo)輪表面形成潤(rùn)滑良好的油膜，就可以承受很大的壓力，而不會(huì)從摩擦界面的間隙中擠出。此外，極性分子能沿著被加工鋁桿和鋁線內(nèi)的微觀裂縫由表及里地滲入到某一深度，使塑性變形時(shí)鋁桿和鋁線內(nèi)的滑動(dòng)容易進(jìn)行。正是由于極性分子不斷滲入到鋁桿和鋁線的微觀裂縫，從而減少了加工道數(shù)，提高了拉拔效率。

4.2.3　防銹組分的選擇

針對(duì)鋁線在拉拔過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦邷匮趸瘜?dǎo)致的變色及氧化膜脫落問(wèn)題，選擇鋁的防銹劑時(shí)，應(yīng)結(jié)合鋁的化學(xué)特性，作出經(jīng)濟(jì)科學(xué)合理的判斷和選擇使用。油性的鋁緩蝕劑價(jià)格都比較昂貴，選擇主要以磷酸酯為主。

4.2.4　抗氧添加劑的選擇

拉拔潤(rùn)滑劑在使用過(guò)程中會(huì)逐漸的氧化變質(zhì)，使用壽命縮減，進(jìn)而影響拉線質(zhì)量，增大設(shè)備部件磨損，增加生產(chǎn)成本。因此選擇抗氧劑的加入來(lái)抑制油品的氧化變質(zhì)，延長(zhǎng)油品的使用壽命?？寡鮿┑倪x擇應(yīng)該結(jié)合基礎(chǔ)油的情況，進(jìn)行高低溫型抗氧劑搭配使用。

除了以上各組分，還應(yīng)添加一些性能穩(wěn)定的表面活性劑，此類添加劑不僅能起到良好的潤(rùn)濕、成膜、潤(rùn)滑作用，還具備一定的清洗冷卻作用，同時(shí)也可降低拉拔潤(rùn)滑劑的表面張力，有助于泡沫的消除。

4.3　鋁及其合金拉拔潤(rùn)滑劑（TL-KT-3986）的性能和技術(shù)參數(shù)

本產(chǎn)品采用上述基礎(chǔ)油和各功能添加組分，經(jīng)過(guò)特殊加工工藝調(diào)制而成，產(chǎn)品在潤(rùn)滑性方面具有新型獨(dú)特的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)。潤(rùn)滑機(jī)理通過(guò)化學(xué)吸附膜、特種元素滲透層、共晶滾動(dòng)潤(rùn)滑層的多元潤(rùn)滑模式，成倍提高極壓抗磨減摩性能，極大降低摩擦系數(shù)，明顯抑制潤(rùn)滑劑溫度升高，具有長(zhǎng)期持續(xù)的潤(rùn)滑功效和突出的高溫抗氧化功能?？缮锝到饨M分的加入，可在一定程度上突出良好的環(huán)境友好表現(xiàn)。本品具備良好的潤(rùn)滑性能，拉制線材時(shí)能大幅降低鋼與鋁及鋁合金之間的摩擦系數(shù)，降低設(shè)備能耗，有效延長(zhǎng)模具的使用壽命，顯著加快拉拔速度；卓越的抗磨性能，可提高鋁線表面光潔度，拉出的線材無(wú)白斑痕跡，減少磨具磨損，延長(zhǎng)模具使用壽命；良好的抗氧化安定性和熱穩(wěn)定性，使油品耐老化能力強(qiáng)，在熱的壓力沖擊下不易分解，換油周期長(zhǎng)。其優(yōu)異的冷卻能力和潤(rùn)濕能力，使油品在極高的拉絲速度下顯示出極佳的工作特性，降本增效，增加拉絲數(shù)量；環(huán)保型配方，安全衛(wèi)生，無(wú)刺激性氣味，對(duì)皮膚無(wú)刺激作用，正常使用對(duì)人體無(wú)不良影響。（表5）

表5TL-KT-3986高速鋁拉絲油

4.4　產(chǎn)品應(yīng)用

本產(chǎn)品適用于電線、電纜行業(yè)拉拔鋁的潤(rùn)滑劑和冷卻劑，適用于集中供液或單機(jī)供液的各種過(guò)濾系統(tǒng)。適用于鋁、鋁合金及鋁鎂合金高速大拉拉伸拉拔工藝。適用于電線、電纜及漆包線行業(yè)的高速拉拔?？刂茲?rùn)滑油的工作溫度在40～60℃之間，以保證拉絲油的最佳使用效果。在使用過(guò)程中應(yīng)定期清除沉積的鋁粉和雜物。使用周期：使用時(shí)間10～12個(gè)月。拉拔產(chǎn)量：6～8kt線材。

4.5　產(chǎn)品儲(chǔ)存與使用事項(xiàng)

于室溫下密封貯存，不允許露天存放，以免影響產(chǎn)品的使用性能和質(zhì)量。更換舊油時(shí)，可保留約5%的舊油與新油混合使用，拉絲效果更好。請(qǐng)勿與其他廠家產(chǎn)品混用。

參考資料：

[1]龐玉華編著.金屬塑性加工學(xué)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[2]趙振鐸編著.金屬塑性成形中的摩擦與潤(rùn)滑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]T.曼格，W.德雷澤爾編著.潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑技術(shù).趙旭濤，王建明譯[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[4]顏志光主編.新型潤(rùn)滑材料與潤(rùn)滑技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè) 出版社，1999.

[5]黃文軒編著.潤(rùn)滑劑添加劑性質(zhì)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2012.

[6]方建華.改性植物油作為可生物降解潤(rùn)滑添加劑的研究：[學(xué)位論文].后勤工程學(xué)院，2001:7-8.