ZYS-T20脱水防锈油的研制及应用

王灿辉，侯万果，田前进，杨益农

(1.洛阳轴研科技股份有限公司 化工材料开发部，河南 洛阳 471039；2.常熟长城轴承有限公司，江苏 常熟 215500)

为提高轴承质量、节约能源和减少对人体的伤害，普遍采用水基清洗液代替汽油、煤油等清洗轴承零件[1]。但美中不足的是，水基清洗液清洗后的轴承零件表面会残留一层水膜。此外，轴承零件在车削和磨削过程中不可避免地会接触到水或水溶液，这将在零件的表面形成一层乳化液水膜，如不及时去除或去除工艺不合理都会使轴承零件产生锈蚀。

传统去除轴承零件表面水分的方法是烘箱烤或热风吹，需加热设备，耗电耗时，且只适合于带镀层的金属零件，对于裸露的轴承零件不适用。因为在烘烤和吹干过程中，随着水膜的蒸发和金属表面温度的升高，会产生锈蚀[2]。因此，研究一种工艺简单，操作方便、脱水速度快和有一定防锈能力的脱水防锈油成为一种必然的趋势。

1 脱水防锈机理

脱水防锈油由脱水剂、防锈剂及中轻质石油馏分配制而成。金属表面水膜的脱除主要靠基础油中脱水剂的作用实现。其机理是脱水剂与金属表面的界面张力比自来水或清洗剂水溶液与金属的界面张力要小，也就是说前者与金属的亲和力要比后者与金属的亲和力强。故脱水防锈油与金属接触后，首先从金属表面上的水膜薄弱处突破，渗透到金属表面，然后贴着金属面向原金属-水界面间扩散，将水膜挤压，卷缩成水珠使其离开金属表面附在油膜上而脱落，脱落的水沉入脱水槽底部排出；到达金属表面的这层油膜中含有缓蚀剂，缓蚀剂又是基础油的表面活性剂，缓蚀剂分子的极性集团有吸附到金属表面的趋势，使得缓蚀剂分子在基础油/金属界面上定向吸附，其极性头牢固吸附在金属表面上，而非极性尾垂直向外，形成一层排列的单分子憎水吸附膜，并对极性分子有较强的包溶作用，从而阻碍腐蚀介质的渗入，起到缓蚀作用。

脱水防锈油是传统防锈油(机油加热脱水)的最佳替代品。同时由于其水乳化能力较弱，使油水混合后很快产生分层，水沉积在油层的底部，因此，只要能排出积水，不影响脱水油的使用效果。

2 配方设计及选择依据

2.1 基础油的选择

基础油是防锈油的主要成分，是防锈剂的载体，可使防锈剂在油中均匀分散。同时，基础油的烃基深入到定向吸附的防锈剂分子之间，借助范德华吸引力与防锈剂分子共同堵塞孔隙，使金属表面上的吸附膜更加紧密完整，使吸附不牢的极性分子不易脱落，从而更有效地保护金属[3]。此外，基础油还可以在极性分子吸附少的金属表面进行物理吸附，发挥组合效应。作为脱水性防锈油的基础油，黏度较低为好，以便有良好的渗透性和清洗性。为降低基础油的黏度，改善低温下的流动性，故选用流动性好、黏度低及渗透性强的煤油作为基础油。

2.2 防锈剂的选择

防锈剂有一个较强的极性基团，作用机理是吸附。防锈剂最大的优点是抗盐水和盐雾，抗潮湿，酸中和及水置换性能好。对多种金属有较好的防锈性能，兼有水膜和汗液置换功能，随着其浓度增大作用增强。其可溶解于热的基础油中，不能单独使用，必须与其他缓蚀剂复合使用。十二烯丁二酸为橙黄色黏稠液体，有较好的油溶性和抗乳化性，具有极强的吸附能力，加入油中可在金属表面形成牢固的油膜，从而保护金属表面不被锈蚀和腐蚀；对抗氧化剂无抑制作用，能延长油品的抗氧寿命[4]，所以选择十二烯丁二酸作为防锈剂。

2.3 缓蚀剂的选择

缓蚀剂对金属的吸附能力远远高于水分对金属的吸附力，选用合适的缓蚀剂能够把水分从金属表面置换出来，并在重力作用下，沉积在脱水油的底部。采用多种缓蚀剂，利用缓蚀剂之间的加合效应，产生协同效应，形成多层次分子吸附膜，共同堵塞相互之间的空隙，使吸附膜更加完整，水置换能力更强，起到更好的防锈效果。

缓蚀剂因与油共存，对防锈和脱水作用影响极大。若缓蚀剂分子的亲油基与基油分子的长度相同，可显著提高防锈和脱水作用。石油磺酸钡是具有极性基团及较长碳链的有机化合物，一端是极性基团，一端是憎水的碳链，其中碳链和油类分子相似，易溶于油，极性基团通过化学键紧密地吸附在金属表面，使缓蚀剂分子定向排列在金属表面形成疏水致密层，所形成的吸附保护膜可阻止水、氧和腐蚀性物质穿透到金属表面。

一般极性分子对金属的吸附力大于水对金属的吸附力，当金属表面有水时，极性愈强的缓蚀剂置换水的能力也愈强，其抗水特性随着浓度的增大而加强。只用石油磺酸钡一种缓蚀剂，因其浓度较低，在金属表面不能形成稠密的排列膜，分子间空隙较大，水分子较易侵入到金属表面。因此，需要加入油溶性较强的氧化石油脂钡皂作为另一种缓蚀剂，通过两者的协同作用，形成多层分子吸附膜，共同堵塞孔隙，使吸附膜更加完整，并且吸附物相互作用还能提高吸附层的稳定性。石油磺酸钡与氧化石油脂钡皂在其协同作用机理中还存在下述情况：若金属表面存在微量水，石油磺酸钡虽有能力置换水分子，但油膜中还会有水存在，这必定会严重破坏单分子吸附层的保护作用。氧化石油脂钡皂在油中可形成胶束，若在油中有水存在，则氧化石油脂钡皂可将水包在中间形成胶束，从而有效地防止了水的侵入。石油磺酸钡和氧化石油脂钡皂组合使用，缓蚀剂具有更强的抗水性，用少量的缓蚀剂即可获得较好的保护效果。

2.4 复合配方的确定

通过一系列配方调配和性能试验，最终确定的脱水防锈油配方的基本组成见表1。

表1 脱水防锈油的配方

3 性能检测

3.1 水膜置换性试验

参照企业标准，将试片垂直浸入0.05%的NaCl水溶液中1 s,取出检查试片的工作面是否全部浸湿或有无锈点(如未完全浸润或有锈点，弃之不用)。用滤纸吸取试片上部和下部余液(不得超过5 s)，将试片浸入脱水防锈油中15 s，取出沥干15 min后，放入20～30 ℃的湿润槽中1 h，取出检验试片工作面有无锈蚀，若3片工作面均无锈，判定为合格。

3.2 湿热性能试验

参照标准GB/T 2361，将涂有脱水防锈油的铜片、钢片及铝片各3个试片置于温度(49±1)℃、相对湿度95%以上的湿热试验箱内，经5天后，若3个试片均没有锈蚀，则为合格。

3.3 腐蚀性能试验

参照标准SH/T 0080，将符合规格要求的铜片、钢片及铝片各3个试片浸入脱水防锈油中，在(55±2) ℃下保持5天，若3个试片颜色没有变化，则为合格。

3.4 重叠性能试验

参照标准SH/T 0692，将5个同种金属的钢片和铜片重叠，置于温度(49±1)℃、相对湿度95%以上的湿热试验箱内，5天后取出观察试片，若5片都无锈蚀或无明显叠印，判定为合格。

3.5 性能试验结果

表2是研制的脱水防锈油的各项指标，从表2中可以看出，研制的脱水防锈油各项性能良好。

表2 产品性能指标

4 结束语

研制的脱水防锈油ZYS-T20是一种棕褐色的透明液体，具有良好的脱水和防锈性能，在使用过程中，轴承表面的水进入脱水防锈油之后，分层速度快，对脱水防锈油无不良影响。在轴承加工的工序间防锈稳定可靠，尤其是用水及清洗剂清洗后的零件或成品，经脱水后可去除表面水膜，清理出沟槽内残留的水分，为零件短期防锈和成品封存防锈创造了有利条件。该脱水防锈油在轴承行业有广泛的推广应用前景。