新型鋁質電線電纜拉拔潤滑劑的研究

吳郡

（天津歐陸寶新材料科技有限公司，天津300000）

近年來，中國發電企業在國家和政府的大力支持下，不斷推動行業的發展和進步，為國民經濟發展和國民生活提供可靠的保障。發電及供電事業的發展推動了新型線纜行業的不斷興起和進步，既然“電”在傳輸的過程中，線纜起著“承載”“搭橋”的關鍵作用，那么線纜的質量就尤為重要和關鍵，其中影響線纜質量的關鍵因素——拉拔工藝及拉拔潤滑劑的革新與進步成為一項重要的課題。

1　新型鋁質線纜拉拔工藝

金屬拉拔工藝是將圓柱形毛坯在潤滑劑存在情況下拉過錐形模孔在拉拔作用下使其截面積縮小和長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程，是一種連續和穩定的工藝，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。現代拉拔設備，諸如合肥神馬科技、四川德陽東佳港機電、柳工集團上海鴻得利、西北機器、廣意永雄等拉拔設備，不但速度高，而且變形大，這就對拉拔潤滑劑提出了很高的要求。

2　拉拔工藝的潤滑特點

對于鋁拉絲的機理問題，參照線材的滑動拉拔過程，明確鋁桿塑性變形一般是通過位錯在滑移面上的運動來實現的，多晶體變形時還要通過各晶粒的協調來進行。由于材質的復雜性和不均勻性，塑性變形在金屬內部也不會絕對均勻，這種變形的不均勻性對鋁桿的后續變形產生影響。

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，容易發生潤滑油膜破裂甚至燒結。在此加工過程中，良好的潤滑狀態能減少拉拔時摩擦所產生的熱量，從而減少拉拔材料和模具界面的溫升，有助于延長模具壽命，提高拉拔速度，改善拉拔材料表面質量和機械性能。欲維持或確保良好的潤滑狀態，當然要涉及模具形狀、材質以及潤滑劑供給方式，但主要還是取決于潤滑劑本身的性能。鋁合金線纜所具有的輕量化的特點是今后發展的趨勢，同時，對拉拔潤滑劑提出了更高的要求[1，2]。

3　金屬鋁及其合金拉拔的潤滑過程

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

3.1　潤滑作用

拉拔設備的模孔屬于人造鉆石或鎢鋼，鋁導輪屬于合金鋼，在變形金屬和模孔之間，屬于流體潤滑，潤滑劑保持一層潤滑油膜；在鋁導輪和鋁線之間，存在著多種潤滑方式，潤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，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，延長模具的使用壽命。

3.2　冷卻作用

鋁拉拔潤滑劑可以迅速帶走拉拔變形產生的熱量，保證連續退火過程，降低鋁線與模孔的溫度，防止鋁線溫度過高氧化變色，降低鋁線與模孔、鋁線與鋁導輪之間的摩擦系數，提高拉拔速度和消除黏結現象。過多的熱量導致潤滑劑的長時間高溫氧化變質，性能衰減。

3.3　清洗作用

拉拔過程中會不斷產生細微的鋁粒子，拉拔潤滑劑具有不斷沖洗模孔，清除鋁粒子的作用。

3.4　防銹作用

潤滑劑需對拉拔過程中的鋁桿和鋁線起到保護作用，保護鋁線新舊表面不受氧化和銹蝕；潤滑劑在鋁線上的殘留不應對后續加工和操作造成不良影響，不應使鋁線發生化學的或冶金學的變化。

3.5　安全環保

安全無毒，儲存時間長，不刺激皮膚，不致癌，不易燃，根據原料選擇可部分生物降解。

4　鋁及其合金拉拔潤滑劑的研制[3～5]

4.1　載體原料（基礎油）的選擇

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

4.2　基礎油是基礎、添加劑才是關鍵

作為一個特種工藝用油，配方師對添加劑的篩選應該準確和敏銳。同時，利用不同類型添加劑復配以取得增效性能，滿足特定工況的性能要求。從環境友好的角度出發，選擇環境友好添加劑。

4.2.1　摩擦改進劑（FM）和油性劑的選擇

摩擦改進劑都含有極性基，含有極性基團的物質對金屬表面有很強的親和力，極性基團強有力的吸附在金屬表面，形成一種類似緩沖墊的保護膜把金屬分開，從而減少摩擦及磨損。

FM的效果受吸附力的強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，FM的碳鏈為直鏈的好。對相同系列的FM，隨碳鏈的增長，摩擦系數減小。從FM吸附熱與磨損性能的關系可以看出，吸附能高的，磨損量少（見表1、表2）。FM的減摩效果與極性基在烷基上的位置有關，極性基最適合的位置是在長鏈的最末端，這樣長鏈狀的FM分子的極性基端就會垂直地吸附在金屬表面，碳氫部分筆直地直立于油中，類似于風景畫中的樹。如果極性基向內側移動，FM分子就不是垂直地吸附，極端的場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系

表2　現代摩擦改進劑技術

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不是非常大、溫度不是很高的條件下有效果，而當摩擦部位的溫度達到150℃、載荷接近25MPa時脫附而失去油性作用（表3、表4），有特定工況要求的，這時就要采用EP添加劑或PEP添加劑來解決問題。

表3　常用摩擦改進劑

表4　不同FM的脫附溫度

在鋁的拉拔潤滑劑中，考慮到鋁本身的特性，應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，又不會對鋁造成化學腐蝕，同時也不會在拉拔潤滑劑溫度升高時產生刺激性氣味。

總而言之，選擇適當的油性添加劑來調配鋁拉拔潤滑劑，潤滑劑中的極性分子會牢固地吸附于鋁桿、鋁線及鋁導輪表面形成潤滑良好的油膜，就可以承受很大的壓力，而不會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的微觀裂縫由表及里地滲入到某一深度，使塑性變形時鋁桿和鋁線內的滑動容易進行。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，提高了拉拔效率。

4.2.3　防銹組分的選擇

針對鋁線在拉拔過程中會因為高溫氧化導致的變色及氧化膜脫落問題，選擇鋁的防銹劑時，應結合鋁的化學特性，作出經濟科學合理的判斷和選擇使用。油性的鋁緩蝕劑價格都比較昂貴，選擇主要以磷酸酯為主。

4.2.4　抗氧添加劑的選擇

拉拔潤滑劑在使用過程中會逐漸的氧化變質，使用壽命縮減，進而影響拉線質量，增大設備部件磨損，增加生產成本。因此選擇抗氧劑的加入來抑制油品的氧化變質，延長油品的使用壽命。抗氧劑的選擇應該結合基礎油的情況，進行高低溫型抗氧劑搭配使用。

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

4.3　鋁及其合金拉拔潤滑劑（TL-KT-3986）的性能和技術參數

本產品采用上述基礎油和各功能添加組分，經過特殊加工工藝調制而成，產品在潤滑性方面具有新型獨特的潤滑結構。潤滑機理通過化學吸附膜、特種元素滲透層、共晶滾動潤滑層的多元潤滑模式，成倍提高極壓抗磨減摩性能，極大降低摩擦系數，明顯抑制潤滑劑溫度升高，具有長期持續的潤滑功效和突出的高溫抗氧化功能。可生物降解組分的加入，可在一定程度上突出良好的環境友好表現。本品具備良好的潤滑性能，拉制線材時能大幅降低鋼與鋁及鋁合金之間的摩擦系數，降低設備能耗，有效延長模具的使用壽命，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，拉出的線材無白斑痕跡，減少磨具磨損，延長模具使用壽命；良好的抗氧化安定性和熱穩定性，使油品耐老化能力強，在熱的壓力沖擊下不易分解，換油周期長。其優異的冷卻能力和潤濕能力，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，增加拉絲數量；環保型配方，安全衛生，無刺激性氣味，對皮膚無刺激作用，正常使用對人體無不良影響。（表5）

表5TL-KT-3986高速鋁拉絲油

4.4　產品應用

本產品適用于電線、電纜行業拉拔鋁的潤滑劑和冷卻劑，適用于集中供液或單機供液的各種過濾系統。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、電纜及漆包線行業的高速拉拔。控制潤滑油的工作溫度在40～60℃之間，以保證拉絲油的最佳使用效果。在使用過程中應定期清除沉積的鋁粉和雜物。使用周期：使用時間10～12個月。拉拔產量：6～8kt線材。

4.5　產品儲存與使用事項

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

參考資料：

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

[2]趙振鐸編著.金屬塑性成形中的摩擦與潤滑[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3]T.曼格，W.德雷澤爾編著.潤滑劑與潤滑技術.趙旭濤，王建明譯[M]. 北京：化學工業出版社，2003.

[4]顏志光主編.新型潤滑材料與潤滑技術實用手冊[M].北京：國防工業 出版社，1999.

[5]黃文軒編著.潤滑劑添加劑性質及應用[M].北京：中國石化出版社，2012.

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