水分对铝轧制油性能影响的研究

姜 宁，李亚运，赵云辉

（上海瑞轻润滑科技有限公司，上海 嘉定 201802）

水分对铝轧制油性能影响的研究

姜 宁，李亚运，赵云辉

（上海瑞轻润滑科技有限公司，上海 嘉定 201802）

通过摩擦学试验、油斑特性、添加剂影响、退火性能、铝腐蚀性能等试验，研究了水分对铝轧制油的影响。结果表明，铝轧制油中水分的增多，对轧制油各性能均有明显影响。

铝轧制油；水分；摩擦学；添加剂；退火清洁；腐蚀

0 前言

铝板带箔的加工需要大量使用轧制油，轧制油在铝产品加工的过程中起着冷却、清洗和润滑的作用[1]，铝板带箔的板型、表面状态等均取决于铝轧制油的性能及其使用情况。因为铝轧制是一个开放的场合，空气中的水分、冷凝水或多或少都会进入到轧制油中，轧制油的水分又影响着油品的质量、润滑能力和金属腐蚀。在我国，尤其是长江以南地区空气相对湿度较大，春夏季往往会出现轧制油中水分含量激增的现象，这时水分对轧制油和产品质量的影响值得高度关注。本文对不同含量的水分对铝轧制油摩擦学性能、油斑特性、添加剂影响、退火性能以及对铝腐蚀性能等方面的影响进行了研究分析。

1 研究内容

采用我司冷轧基础油FS07、箔轧基础油FS05和添加剂分别与蒸馏水配成不同比例的油水混合样，进行分析测试，测试项目如下：

（1）运用EXXON退火盒法对各组试样进行退火分析；（2）运用四球摩擦试验机对每组试样进行摩擦性能测试，对比摩擦性能；（3）运用傅里叶红外光谱仪FT-IR检测水分对铝轧制油中添加剂的影响；（4）运用热重分析仪TG分析试样中残留量；（5）运用潮湿箱维持恒温恒湿观察铝产品的抗腐蚀性能。

2 实验方法与设备

2.1 实验原料

瑞轻FS05、FS07基础油，其基本理化指标如表1所示；瑞轻超级添加剂R21H（浓缩醇类）、R31H（浓缩醇类）、R41H（复合添加剂）；蒸馏水；上海钢球厂生产的一级GCr15标准钢球，直径为12.7mm，硬度为61～65HRC。

表1 FS05与FS07基本理化指标

2.2 实验仪器

梅特勒-托利多AL104电子天平（分度值0.0001g）；超声波清洗仪；旋涡混合器XW-80A；潮湿箱；上海博珍仪器设备制造厂生产的2510箱式电阻炉；厦门天机自动化有限公司生产的MS-10A 四球摩擦试验机；安捷伦公司Agilent FTIR 傅里叶红外光谱仪；德国耐驰公司NETZSCH热重分析仪。

2.3 样品制备

以我司FS05、FS07基础油及添加剂，配制冷、箔轧制油，以此作为基础再加入不同质量比例（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）的蒸馏水配成样品。将各样品（0%水、0.5%水、1.0%水、1.5%水、2.0%水）用超声波震荡5min充分混合。但由于油水不互溶，水分还是会沉积在油的下部聚集成小水珠，轧制油部分乳化，水以油包水的形态分散存在整个体系中。

3 实验结果与分析

3.1 退火分析

本文中采用EXXON退火盒法对样品进行退火分析[2]，所用到的仪器为上海博珍仪器设备制造厂生产的2510箱式电阻炉。具体步骤：取0.125ml试样油液滴在铝箔表面，铺展均匀，把退火盒放入退火炉中，300℃保温1h，随炉冷却，观察铝箔表面污染情况。退火油斑图片见图1，油斑等级见表2。

图1 油斑对比

表2 油斑等级

油斑等级是退火清洁性的数据反映，退火清洁性是铝轧产品表面质量最重要指标之一，从试验结果来看，铝轧油中混入少量水分对油斑的产生基本没有负面影响。

3.2 摩擦学分析对比

该实验根据SH/T 0189，D值（长时间磨损的磨斑直径）对样品进行摩擦学分析[3]。根据SH/T 0189测定各样品的长时间磨损的磨斑直径（即D值）。所使用的仪器为厦门天机自动化有限公司生产的MS-10A四球摩擦试验机，采用上海钢球厂生产的一级GCr15标准钢球，其直径为12.7mm，硬度为61～65HRC。所有样品均在相同条件下进行测试（30kg、1200r/min、10min、75℃），其摩擦曲线如图2、图3所示，磨斑直径与摩擦系数如表3所示。

图2 箔轧5组试验摩擦曲线

图3 冷轧5组试验摩擦曲线

从图2与图3可得知，在相同的试验条件下，未加水的试样摩擦曲线平稳而且最低。随着水分的增多，摩擦曲线急剧抬升，后趋于平稳。2%水试样在3min处摩擦曲线波动幅度较大，发生卡咬现象。

表3 磨斑直径与平均摩擦系数

由表3可知，随着铝轧制油中的水分增多，磨斑直径与摩擦系数均有较大幅度的提高。其中，箔轧油在加入2%水时，发生卡咬，迫使试验提前结束，故无试验数据。

油膜强度（即最大无卡咬负荷）是铝轧制油的主要摩擦学性能的反映。D值反应了轧制油在长时间工作下抗磨损的能力。由于试样体系内存在水分，在进行测试时，铝轧制油的油膜一旦有水分侵入，将不能形成连续的边界润滑状态，导致油膜破裂，钢球与钢球之间润滑不足，摩擦波动幅度加大，而且水分越多，摩擦系数越大，到2%时基本丧失润滑能力。同时，我们注意到，在测试的过程中，可发现水分越多，钢球经过长时间磨损后，摩擦副表面的腐蚀程度也越严重。

3.3 水分对铝轧制油中添加剂的影响

本试验采用美国安捷伦公司Agilent FTIR 傅里叶红外光谱仪对样品中的添加剂种类及含量进行分析[4]，分析图谱见图4、图5，铝轧制油中添加剂含量的变化如表4所示。

图4 冷、箔轧制油FT-IR醇特征图谱

图5 冷、箔轧制油FT-IR酯特征图谱

从图5可明显得出，在加水进入铝轧制油中，图谱曲线波动明显，对添加剂中醇含量的测定影响较大。

表4 铝轧制油中添加剂的含量(质量分数/%)

表4中列举出了各样品中添加剂的含量。由表4可知，在轧制油中加入一定量的水分，经震荡，水分散于油中，部分乳化，使得整个体系不稳定，这对醇含量的测定影响较大[6]，而对酯含量的测定基本无影响。

3.4 残留分析

热重分析法是在升温、恒温或降温过程中,观察样品的质量随温度或时间的函数关系。本文中采用德国耐驰公司的热重分析仪，采用热重分析法（TG）分析样品的热稳定性能。具体的实验步骤为：取定量的样品置于仪器中，设置温度：30～400℃，升温速率20.0℃/min。分析图谱见图6、图7。

图6 箔轧标样TG图谱

图7 冷轧标样TG图谱

在此次试验中，测量标样质量随温度升高的变化曲线。在同样的条件下，不同水分的样品，实验数据如表5所示。

表5 热重分析数据

从试验结果分析可得，随着水分的增多，无论是冷轧油还是铝轧油的起始、终止温度与残留量呈无规律波动。这对退火工艺将会带来非常不稳定的波动因素。

3.5 腐蚀性测试

本试验采用潮湿箱来模拟恒温恒湿的环境，观察铝片的抗腐蚀性。试验步骤：将铝片（1系铝，尺寸：1.5cm×4.0cm）表面氧化层打磨干净，剪取大小一致，将铝片浸没于配制的油样中，取出，置于潮湿箱内。记录不同时间后，铝片表面腐蚀情况。

腐蚀试验是检测金属或其他材料因与环境发生相互作用而引起的化学或物理(或机械)损伤过程的材料试验[5]。将铝片置于潮湿箱内24h后，观察，铝表面出现明显的腐蚀点，随着水分的增多，腐蚀程度加重（轻微＜少量）。结果如表6所示。

表6 铝片24h后腐蚀程度

4 小结

经研究表明：铝轧制油中混入一定量的水分后，对其性能的影响体现为：

（1）水分对油斑产生倾向基本无影响。

（2）随着水分的增多，轧制油油膜强度降低，磨斑、摩擦系数增大，到达2%时，轧制油丧失润滑性能。

（3）水分致使整个油的体系中添加剂分布不均，尤其对醇类添加剂测定有较大影响。

（4）水分含量增加对轧制油的热稳定性能呈无规律影响，会直接影响生产现场的退火工艺把控。

（5）随着水分增多，铝产品表面的腐蚀程度加重。

[1] 孙建林.轧制工艺润滑原理[J].技术与应用，冶金工业出版社，2010

[2] 姜宁，王日侠. 高功效、低油斑轧制油添加剂与润滑油的研制[J].有色金属加工，2014（1）：25-27

[3] 颜志光.润滑剂性能测试技术手册[M].北京：中国石化出版社，1999

[4] 曾安，陈仓，陈闽杰.红外光谱法检测润滑油中水分含量的研究[J].润滑与密封，2009（09）

[5] 高昊鹏，杨宏伟，杨士亮，孙世安.润滑油中水分的危害及其检测研究[J].当代化工，2014（02）

[6] 胡皆汉.实用红外光谱[M].科学出版社，2010

Effect of Water Content on Property of Rolling Oil for Aluminum

JIANG Ning, LI Ya-yun, ZHAO Yun-hui
(Shanghai Ruiqing Lubrication Science and Technology Ltd., Shanghai 201802,China)

Effect of water content on rolling oil for aluminum by aid of tribological test, oil spot characteristics, additive effect, annealing property and aluminum corrosion, etc. The results show that water content increase of rolling oil would affect various properties of rolling oil obviously.

rolling oil for aluminum; water content; tribology; additive; annealing property; corrosion

TG339

A

1005-4898（2017）01-0038-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.01.08

姜宁（1974-），男，上海人，高级工程师。

2016-12-12