大型鑄鍛件液壓管路中的金屬離子對水-乙二醇性能的影響硏究白敏中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司大鍛所,四川618013)摘要:介紹了用于抗火災(zāi)設(shè)備液壓系統(tǒng)的水-乙二醇液壓液在鐵、鎂、鈣離子及酸性條件下潤滑性能的變化,提出了把脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅狨０泛笤偌拥揭簤阂褐幸约霸谝簤阂褐屑尤際APP助劑的解決方案。該方案可阻止有害變化,并提高了液壓液的潤滑性能和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞:水一乙二醇液壓液;潤滑性;防銹劑;四球試驗;脂肪酸中圖分類號:TH137文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AThe Research for the performance of the waterEthanediol Affected by the Metallic Ion in the Hydraulic Pipe LiInesBai MinAbstract: The water/ethanediol hydraulic liquid used for the hydraulic system of the anti -fire equipment hasbeen described in this article, as well as the variation of the lubrication performance under the situation of ferric ion,magnesium ion, calcium ion and the acidic conditions, it is set forth that after converting the fatty acid into the fattyacid amid, it will be added into the hydraulic liquid and the HAPPT accessory ingredient shall be added into the hy-draulic liquid as well, which forms the solution scheme. This scheme may prevent the harmful variation and also improve the lubrication performance of the hydraulic liquid as well as the stabilityKey words: water/ethanediol hydraulic liquid; lubricity; antirusting agent; four ball test; fatty acid1概述時留下的水、水中的鈣、鎂、鐵離子及無機(jī)酸根;管道使用一段時間后,由于種種原因,也會有鐵屑等隨著時間的推移,20世紀(jì)80年代進(jìn)入我國進(jìn)入液壓液。盡管液壓油生產(chǎn)廠家推薦有專用的的水-乙二醇液壓液的性能越來越為人們所了沖洗液但仍然不能消除上述成分對液壓液的影解,在一些極易發(fā)生火災(zāi)的場所,如金屬冶煉、熱響。如二重集團(tuán)公司的80t電弧爐投入使用時,處理、硅酸鹽工業(yè)的窯爐操作系統(tǒng),包括其中的半對液壓管道進(jìn)行沖洗就出現(xiàn)了水-乙二醇液壓液成品轉(zhuǎn)運(yùn)傳遞機(jī)械鍛造熱加工設(shè)備等,因為常處產(chǎn)生大量沉淀,系統(tǒng)清潔度長久達(dá)不到要求指標(biāo)于高溫甚至有的還處于與明火接觸狀態(tài),水-乙的問題。針對這些問題我們進(jìn)行了如下研究。二醇液壓液成了這些設(shè)備潤滑系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)首2水-乙二醇液壓液組成及性能選的潤滑介質(zhì)。近幾年來二重集團(tuán)公司隨著重大技改工程的實施以及對安全生產(chǎn)的加強(qiáng),水-乙前水-乙二醇液壓液的組成大同小異。其二醇液壓液也得到了進(jìn)一步的推廣使用。如80t中含乙二醇20%-40%、水20%~40%,增粘劑電弧爐,20t真空精煉爐、40t電弧爐等的液壓系10%~20%以及10%左右的潤滑、防腐、防銹、消統(tǒng)中均使用了水-乙二醇液壓液。本文不打算在泡添加劑。這種液壓液的低溫性能好,傾點在此對它的優(yōu)點進(jìn)行詳述,只準(zhǔn)備就其使用中存在40℃以下,粘度指數(shù)140以上,根據(jù)其使用的的不足,特別是新的液壓系統(tǒng)初次使用時可能出比例可調(diào)制成不同的粘度級別。這些液體都具有現(xiàn)的問題,以及如何克服及解決這些問題提出的潤滑性好凝點低、耐水性極佳,具有吸收和溶解辦法進(jìn)行闡述。水分液壓系統(tǒng)初次使用時在管道中難免有清洗壓系中國煤化半泵齒輪泵的液條件下不形成油泥,因CNMHG。但在較高溫度收稿日期:2005-06-08下水分大量蒸發(fā),增粘劑、防銹劑、潤滑劑等添加作者簡介:白敏(1962-),高級工程師,主要從事材料保護(hù)研究劑析出或分層,且它的耐高壓、高負(fù)荷的性能不理2005年第3期(總109期)想。因此不能用于壓力超過10MPa和溫度不能因此微量的金屬離子不僅對潤滑性能產(chǎn)生不高于65℃的液壓系統(tǒng)。良影響,也對抗泡、防銹、防腐、清潔度等指標(biāo)產(chǎn)生不良影響。那么,金屬離子是怎樣對液壓液產(chǎn)生3現(xiàn)象分析及實驗研究不良影響的呢?如前所述,水-乙二醇液壓液中水-乙二醇液壓液遇到鈣鎂鐵離子及無機(jī)的主要成份為水和乙二醇,和鈣鎂、鐵離子發(fā)生酸根生成沉淀及出現(xiàn)分層,不光造成系統(tǒng)的清潔作用的只能是增粘劑和起潤滑防腐、防銹、消泡度不合格,而且還會惡化液壓液的性能。在上述作用的添加劑。從對液壓液潤滑性能影響檢測中有害組分濃度較低時,因為不易為使用者發(fā)現(xiàn)其發(fā)現(xiàn)這些離子對潤滑性能影響非常明顯,即四球引起的后果更為嚴(yán)重。為了解這些組分?jǐn)?shù)量與液試驗的磨斑直徑變大很多。我們知道,只有液壓壓潤滑性能變化的關(guān)系,在液壓液中加入不同數(shù)液中存在的極性大的物質(zhì)被較牢固地吸附在金屬量的鈣、鎂鐵離子后,我們對液壓液潤滑性能的表面上形成緊密的油膜后液壓液才具有較好的變化進(jìn)行了測試,測試結(jié)果見表1。潤滑性即小的磨斑直徑。具有這種性質(zhì)的化合物表1不同金屬離子濃度下稱為潤滑添加劑或油性劑,在一般潤滑油中作為水一乙二醇液壓液的潤滑性能油性劑使用的有油酸、硫化油、氯化油、各種動植Table 1 The lubrication performanceof the water/ethanediol hydraulic liquid物油脂、硫化硬脂酸、各種高級醇、高級酯、胺類with different metallic ion concentration等。在水一乙二醇液壓液中除由環(huán)氧乙烷或環(huán)氧鐵離子濃度/鈣離子濃度/鎂離子濃度磨斑直徑丙烷聚合制得的聚醇起潤滑作用外,還使用上述x 10-mol礦物潤滑油中使用的潤滑添加劑,如各種脂肪酸等。脂肪酸中的羥基、羧基與金屬表面有較強(qiáng)親3.2和性的組分,牢固地吸附在金屬表面上,形成比較7.3緊固而極薄的單分子或幾個分子的薄層,其最底注:磨斑直徑的測定條件為20℃下,30mn、294N、1200m/min部的一層的極性端,實質(zhì)上和金屬表面的氧化層從表1可知,當(dāng)液壓液中進(jìn)入極少量鈣、鎂、發(fā)生了半化學(xué)和半物理的吸附。那么,引起液壓鐵離子后,液壓液的潤滑性能就會變得很差。另液潤滑性能下降的原因是否就是那些金屬離子與外還對鐵離子濃度為12x105mol鈣離子濃度潤滑添加劑發(fā)生了反應(yīng)呢?為了驗證這一想法就為2.7×10mol鎂離子濃度為14×10-6ml的必須對它進(jìn)行試驗分析。液壓液的其它指標(biāo)進(jìn)行了檢測,檢測結(jié)果及檢測為此我們對表3所示的四種水-乙二醇液壓方法標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。液進(jìn)行了分析試驗。其過程大致是取一定數(shù)量的表2金屬離子對液壓液其它性能的影響液壓液加入規(guī)定數(shù)量的自來水,對生成的沉淀分Table 2 The influence to the other performance離過濾然后烘干得到的沉淀將其制樣壓片并作of the hydraulic liquid by the metallic ion紅外光譜分析即得知其成分。分析發(fā)現(xiàn)生成的沉T檢測結(jié)果檢測方法標(biāo)準(zhǔn)淀物為飽和脂肪酸的鈣鎂鐵皂。粘度(40℃)/mm2·s-1GB/T265表3分析檢測與金屬離子反應(yīng)的組分粘度指數(shù)GB/T1995Table 3 The constitutions between thenalysis detecting and metallic ion reaction空氣釋放值(50℃)/minSH/T 0308樣品編號/樣品中脂肪酸脂肪酸的含量(%)碳鏈長度脂肪酸種類液相銹蝕(蒸餾水)試棒出現(xiàn)銹點cBT143腐蝕(50℃×3h)銅片片輕度變色GB/096泡沫性升溫至24℃150/14C10升溫至93.5℃150/20cB/T12579降溫至24℃1509閃點和燃點無4V凵中國煤化工傾點/℃GB/13535CNMH脂肪酸與金屬離子無法評級S0402發(fā)生作用之后,兩個金屬表面相互摩擦運(yùn)動時,如果承受較大的或帶沖擊、振動性的負(fù)荷,則不能再大型鑄鍛件保持流體潤滑狀態(tài),而呈邊界潤滑或更糟糕的干表4加入 HAPPT助劑后摩擦潤滑狀態(tài)。據(jù)介紹當(dāng)油膜厚度降低到2金屬離子存在狀態(tài)的變化10-mm以下,或油膜出現(xiàn)破損時,潤滑油的性能Table 4 The variation of the metallic ion existing afterthe HAPPt accessory ingredient added幾乎完全與粘度無關(guān),而主要取決于潤滑油中的APr濃鐵離子濃度/鈣離子濃度/鎂離子濃度潤滑添加劑的性能。在水-乙二醇液壓液中則取x 10 -mol10°mol決于所加入的脂肪酸的性能。因此,避免脂肪酸0無游離態(tài)鐵離子無游離態(tài)鈣離子無游離態(tài)鎂離子與金屬離子的相互作用是保證液壓液性能的關(guān)15無游離態(tài)鐵離子無游離態(tài)鈣離子無游離態(tài)鎂離子30無游離態(tài)鐵離子無游離態(tài)鈣離子無游離態(tài)鎂離子要避免或消除這些金屬離子對液壓液的不良影響,可選用的方法有:①從液壓液中將這些離子表5HAPT助劑不同濃度下的分離除去;②加入能和鈣、鎂鐵離子作用且生成液壓液的主要性能Table 5 The main performance of the物不產(chǎn)生有害影響,又不和液壓液中的其它成分hydraulic liquid under the different concentration作用的合適的成分。of the HAPPT accessory ingredient如前所述液壓液中的潤滑添加劑為碳鏈長HP防銹性貯藏定性滑泡性m直徑度在10以內(nèi)的飽和脂肪酸,它們的加入量也較合格無沉淀無分層0.0低,但它作為提高潤滑劑潤滑性能的添加劑,是液合格無沉淀無分層00.38壓液中摩擦付產(chǎn)生邊界潤滑時保持最小油膜必不合格無沉淀、無分層0.00.38可少的組分。根據(jù)已有的研究知道,脂肪酸的潤40合格無沉淀、無分層0.00.38滑強(qiáng)弱關(guān)鍵取決于它和金屬離子生成的皂。當(dāng)潤注:磨斑直徑的測定條件是60min、392N、1200v/min;防銹滑劑附著在摩擦付表面生成皂后,就產(chǎn)生出加強(qiáng)性試驗按GB1120檢測,貯藏穩(wěn)定性和消泡性均采用GB6144中推薦的方法進(jìn)行檢測。潤滑膜及減小磨損的效果;短碳鏈的脂肪酸的化學(xué)活性強(qiáng),可能造成金屬表面的腐蝕,同時這些短據(jù)資料介紹,通常使用的C8脂肪酸作水碳鏈脂肪酸也會引起金屬表面的聚乙二醇潤滑膜乙二醇液壓液的潤滑劑,是在50-60℃的溫度下破裂?？紤]到直接加入的脂肪酸會同系統(tǒng)中的金將其加到水中,為改善其潤滑性能我們將C8脂屬離子發(fā)生反應(yīng)碳鏈在一定范圍內(nèi)越長減摩作肪酸和14氧氮雜環(huán)己烷在催化劑作用下預(yù)先反用越好等特點我們打算改變加入的脂肪酸種類應(yīng)制得脂肪酸酰胺然后按一定比例將它溶解于及形態(tài)以及加入能夠阻止金屬離子產(chǎn)生有害影響水即得所用的液壓液。為了得到理想的酰胺,我的助劑。們對C8脂肪酸和1,4氧氮雜環(huán)己烷在不同反應(yīng)l) HAPPT助劑的使用濃度對性能的影響條件下所得產(chǎn)物的性能進(jìn)行了實驗,實驗結(jié)果見我們選用HAP助劑來阻止金屬離子對液表6。壓液的有害影響。該助劑在水溶液中能夠和鈣、表6不同反應(yīng)條件下產(chǎn)物的性能鎂、鐵離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物,25℃下它們的絡(luò)合Table 6 The performance of the fruitage underthe different reaction condition常數(shù)均大于102,大大高于鈣、鎂鐵等金屬與脂C8氧氮雜環(huán)反應(yīng)溫度/反應(yīng)時間/磨斑直徑/肪酸生成皂的反應(yīng)常數(shù)。 HAPPT助劑的分子結(jié)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)℃mi構(gòu)為高分子聚合磷酸鹽,在液壓系統(tǒng)使用條件下0.770.0.710.62它不能和水-乙二醇液壓液中的其它組分發(fā)生反0.451700.38應(yīng)。我們就HAP助劑的使用濃度及其對液壓1850.68液的影響進(jìn)行了實驗,實驗結(jié)果見表4由實驗可知極微量的 HAPPT助劑即可掩蔽因而選用C8脂肪酸摩爾分?jǐn)?shù)為0.45,1,4氧液壓液中足量的鈣、鎂、鐵離子氮雜環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)為0.49在130℃下反應(yīng)80確定了 HAPPT助劑對金屬離子的掩蔽作用min,將中國煤化工到水中,其液壓之后,加入不同濃度的HAPT助劑后液壓液的各液的NMHG、392N、1200項性能指標(biāo)發(fā)生了以下變化(見表5)。H(2)脂肪酸加入方式的影響(3)效果在使用的水-乙二醇液壓液中加入適量的2005年第3期(總109期)HAPT助劑及脂肪酸酰胺后,鈣鎂、鐵離子對液表7各項目的檢測方法與本文第三部分的相壓液的性能有何影響?為了評價上述措施的效應(yīng)項目的檢測方法相同;液壓液中加入的脂肪酸果,我們在含有HAPT助劑脂肪酸酰胺的水-酰胺濃度為1.5%,HAP助劑濃度為10×10°。乙二醇液壓液中加入不同濃度的鈣、鎂鐵離子這種調(diào)整后的水-乙二醇液壓液使新的液壓管路后檢測了它們潤滑性能、抗泡、防銹、防腐清潔清潔度達(dá)到SSA7的用量是通常水-乙二醇液壓度幾項指標(biāo),其結(jié)果見表7。液的1/3,液壓液實際使用壽命也有所延長,液壓表7加入 HAPPT助劑、脂肪酸酰胺后系統(tǒng)的性能無異常變化。在金屬離子存在下液壓液性能Table 7 The hydraulic liquid performance under the 5 eicondition of metallic ion existing after the haPPtaccessory ingredient and fatty acid amid added從以上研究,得出如下結(jié)論:金屬離子金屬離子金屬離子①金屬離子進(jìn)入使用中的水-乙二醇液壓液性能指標(biāo)濃度1濃度2濃度3將對其潤滑性能抗泡防銹、防腐、清潔度等指標(biāo)造成有害影響鈣離子濃度/×10-3md②對以脂肪酸為潤滑添加劑的水-乙二醇液鐵離子濃度/x10-5mol5.1壓液,本文根據(jù)所作的實驗研究提出采用先將脂鎂離子濃度/x10-6mo肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅狨０泛笤偌拥揭簤阂褐?同時粘度(40℃)/m2·…145.242在液壓液中加入微量的 HAPPT助劑的方法改善粘度指數(shù)其使用性能。9,3③微量的 HAPPT助劑和低濃度的脂肪酸?？諝忉尫胖?50℃)/min胺即可抑制大濃度的金屬離子對液壓液的有害影液相銹蝕(蒸餾合格合格響。實驗得出的 HAPPT助劑及脂肪酸酰胺使用腐蝕(50℃x3h)/銅片合格合格合格量對水-乙二醇液壓液的其它性能無不利影響。泡沫性升溫至24℃150/0150/0150/0④實驗選擇的HAPP助劑加入濃度合理,脂升溫至93.5℃15001500肪酸酰胺的合成參數(shù)恰當(dāng),加入到液壓液中起潤降溫至24℃滑作用的組分形態(tài)就能有效避免金屬離子對液壓閃點和燃點液的有害影響傾點/℃25責(zé)任編輯龍禮建清潔度66磨斑直徑/m0.380.38(上接第26頁)參考文獻(xiàn)在凝固過程和高溫下能否充分和同時起到下列作1李秋書等.Re-K-zn復(fù)合變質(zhì)劑在高鉻白口鑄鐵中的作用用[刀].鑄造設(shè)備研究,2001(2)16-181)起變質(zhì)劑作用:細(xì)化奧氏體晶粒;控制奧2王仲玨稀土高鉻磨球的穩(wěn)定化生產(chǎn)[鑄造設(shè)備研究,01氏體、碳化物結(jié)晶;減少非金屬夾雜、改變夾雜形3李榮德等.鑄鐵質(zhì)量及其控制技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社態(tài)998:1~192)起脫氧劑、脫硫劑和去氣劑作用:凈化鐵4肖柯則鑄件質(zhì)量控制及缺陷分析[M].兵器工業(yè)出版社,液,凈化晶界,增強(qiáng)抗“衰退”能力。19933)起還原劑作用:在凝固過程和高溫下還原責(zé)任編輯龍禮建被氧化、硫化的合金元素,保證變質(zhì)和其它處理過中國煤化工程冶金質(zhì)量以及凝固組織及形態(tài)的穩(wěn)定性。CNMHG