大型鑄鍛件液壓管路中的金屬離子對(duì)水-乙二醇性能的影響研究白敏(中國(guó)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(rùn)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(rùn)滑性能和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞:水-乙二醇液壓液;潤(rùn)滑性;防銹劑;四球試驗(yàn);脂肪酸中圖分類號(hào):TH137文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A The Research for the Performance of the Water/ Ethanediol Affected by the Metallic Ion in the Hydraulic Pipe Lines Bai Min Abstract: The water/ethanediol hydraulic liquid used for the hydraulic system of the anti -fire equipment has been 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 fatty acid 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 im- prove the lubrication performance of the hydraulic liquid as well as the stability Key words: water/ ethanediol hydraulic liquid lubricity antirusting agent; four ball test fatty acid時(shí)留下的水、水中的鈣、鎂、鐵離子及無(wú)機(jī)酸根;管1概述道使用一段時(shí)間后,由于種種原因,也會(huì)有鐵屑等隨著時(shí)間的推移,20世紀(jì)80年代進(jìn)入我國(guó)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(lái)越為人們所了沖洗液但仍然不能消除上述成分對(duì)液壓液的影解,在一些極易發(fā)生火災(zāi)的場(chǎng)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(shí),處理、硅酸鹽工業(yè)的窯爐操作系統(tǒng),包括其中的半對(duì)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?yàn)槌Ｌ幃a(chǎn)生大量沉淀,系統(tǒng)清潔度長(zhǎng)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(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題,我們進(jìn)行了如下研究。二醇液壓液成了這些設(shè)備潤(rùn)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(rùn)滑介質(zhì)。近幾年來(lái)二重集團(tuán)公司隨著重大技改工程的實(shí)施以及對(duì)安全生產(chǎn)的加強(qiáng),水-乙目前水-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(rùn)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(diǎn)在此對(duì)它的優(yōu)點(diǎn)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(shí)可能出比例可調(diào)制成不同的粘度級(jí)別。這些液體都具有現(xiàn)的問(wèn)題,以及如何克服及解決這些問(wèn)題提出的潤(rùn)滑性好凝點(diǎn)低、耐水性極佳,具有吸收和溶解辦法進(jìn)行闡述。水分的優(yōu)點(diǎn),可以在葉片泵、柱塞泵、齒輪泵的液液壓系統(tǒng)初次使用時(shí),在管道中難免有清洗壓系統(tǒng)中使用。它受熱或在氧化條件下不形成油泥,因此愈來(lái)愈受到人們的親睞。但在較高溫度收稿日期:2005-06-0下水分大量蒸發(fā),增粘劑、防銹劑、潤(rùn)滑劑等添加作者簡(jiǎn)介:白敏(1962-),高級(jí)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(guò)10MPa和溫度不能因此微量的金屬離子不僅對(duì)潤(rùn)滑性能產(chǎn)生不高于65℃的液壓系統(tǒng)。良影響,也對(duì)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(duì)液壓液產(chǎn)生3現(xiàn)象分析及實(shí)驗(yàn)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(wú)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(rùn)滑、防腐、防銹、消泡度不合格,而且還會(huì)惡化液壓液的性能。在上述作用的添加劑。從對(duì)液壓液潤(rùn)滑性能影響檢測(cè)中有害組分濃度較低時(shí),因?yàn)椴灰诪槭褂谜甙l(fā)現(xiàn)其發(fā)現(xiàn),這些離子對(duì)潤(rùn)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(yàn)的磨斑直徑變大很多。我們知道,只有液壓壓潤(rùn)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(duì)液壓液潤(rùn)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(cè)試,測(cè)試結(jié)果見表1。潤(rùn)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(rùn)滑添加劑或油性劑,在一般潤(rùn)滑油中作為水乙二醇液壓液的潤(rùn)滑性能油性劑使用的有油酸、硫化油、氯化油、各種動(dòng)植 Table. 1 The lubrication performance物油脂、硫化硬脂酸、各種高級(jí)醇、高級(jí)酯、胺類 of the water/ethanediol hydraulie liquid with different metallic ion concentration等。在水-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(rùn)滑作用外,還使用上述 x10-5mol x10-5mol x10-mol mm礦物潤(rùn)滑油中使用的潤(rùn)滑添加劑,如各種脂肪酸1.22.71.4141.7等。脂肪酸中的羥基、羧基與金屬表面有較強(qiáng)親4.65.11.97.38.1和性的組分,牢固地吸附在金屬表面上,形成比較6.32.2緊固而極薄的單分子或幾個(gè)分子的薄層,其最底注:磨斑直徑的測(cè)定條件為20℃下30min24、1200ming部的一層的極性端,實(shí)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(rùn)滑性能就會(huì)變得很差。另液潤(rùn)滑性能下降的原因是否就是那些金屬離子與外還對(duì)鐵離子濃度為1.2×10-mol鈣離子濃度潤(rùn)滑添加劑發(fā)生了反應(yīng)呢?為了驗(yàn)證這一想法就為2.7×10-mol鎂離子濃度為1.4×10-6mol必須對(duì)它進(jìn)行試驗(yàn)分析。液壓液的其它指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果及檢測(cè)為此我們對(duì)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(yàn)。其過(guò)程大致是取一定數(shù)量的表2金屬離子對(duì)液壓液其它性能的影響液壓液加入規(guī)定數(shù)量的自來(lái)水,對(duì)生成的沉淀分 Table.2 The influence to the other performance離過(guò)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)生成的沉檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)淀物為飽和脂肪酸的鈣、鎂、鐵皂。粘度(40℃)/mm2·s-149 GB/T265表3分析檢測(cè)與金屬離子反應(yīng)的組分粘度指數(shù)178GB/T1995 Table. 3 The constitutions between the pH8.0酸度計(jì)測(cè) analysis detecting and metallic ion reaction空氣釋放值(50℃)/min118SH/t0308樣品編號(hào)樣品中脂肪酸脂肪酸的脂肪酸種類液相銹蝕(蒸餾水)含量(%)碳鏈長(zhǎng)度試棒出現(xiàn)銹點(diǎn)CB/T11143<3 C8腐蝕(50℃×3h)銅片銅片輕度變色GB/T5096泡沫性:1234<3 C8<3升溫至24℃150/14<3C101升溫至93.5℃150/20B/T12579降溫至24℃150/9閃點(diǎn)和燃點(diǎn)無(wú)GB/T35364減小及消除影響的措施傾點(diǎn)/℃-25GB/T3535當(dāng)液壓液中起潤(rùn)滑作用的脂肪酸與金屬離子清潔度無(wú)法評(píng)級(jí)1S04021發(fā)生作用之后,兩個(gè)金屬表面相互摩擦運(yùn)動(dòng)時(shí),如果承受較大的或帶沖擊、振動(dòng)性的負(fù)荷,則不能再28大型鑄鍛件保持流體潤(rùn)滑狀態(tài),而呈邊界潤(rùn)滑或更糟糕的干表4加入 HAPPT助劑后摩擦潤(rùn)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 Table.4 The variation of the metallic ion existing after10-mm以下,或油膜出現(xiàn)破損時(shí),潤(rùn)滑油的性能 the HAPPT accessory ingredient added幾乎完全與粘度無(wú)關(guān),而主要取決于潤(rùn)滑油中的AP濃鐵離子濃度鈣離子濃度鎂離子濃度潤(rùn)滑添加劑的性能。在水-乙二醇液壓液中則取度/×10-×10-5mol×10-5mol×10-mol決于所加入的脂肪酸的性能。因此,避免脂肪酸07.3816.3與金屬離子的相互作用是保證液壓液性能的關(guān)15無(wú)游離態(tài)鐵離子無(wú)游離態(tài)鈣離子無(wú)游離態(tài)鎂離子鍵。30無(wú)游離態(tài)鐵離子無(wú)游離態(tài)鈣離子無(wú)游離態(tài)鎂離子要避免或消除這些金屬離子對(duì)液壓液的不良影響,可選用的方法有:①?gòu)囊簤阂褐袑⑦@些離子表5 HAPPT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度在10以內(nèi)的飽和脂肪酸,它們的加入量也較度/10銹性貯藏穩(wěn)定性消泡性斑直徑如前所述,液壓液中的潤(rùn)滑添加劑為碳鏈長(zhǎng) HAPPT濃 mm10合格無(wú)沉淀、無(wú)分層0.00.38低,但它作為提高潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑性能的添加劑,是液15合格無(wú)沉淀、無(wú)分層0.00.38壓液中摩擦付產(chǎn)生邊界潤(rùn)滑時(shí)保持最小油膜必不可少的組分。根據(jù)已有的研究知道,脂肪酸的潤(rùn)40合格無(wú)沉淀、無(wú)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(rùn)注:磨斑直徑的測(cè)定條件是60min、392N、1200/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(yàn)按GB11120檢測(cè),貯藏穩(wěn)定性和消泡性均采用GB6144中潤(rùn)滑膜及減小磨損的效果;短碳鏈的脂肪酸的化推薦的方法進(jìn)行檢測(cè)。學(xué)活性強(qiáng),可能造成金屬表面的腐蝕,同時(shí)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(huì)引起金屬表面的聚乙二醇潤(rùn)滑膜乙二醇液壓液的潤(rùn)滑劑,是在50~60℃的溫度下破裂?？紤]到直接加入的脂肪酸會(huì)同系統(tǒng)中的金將其加到水中,為改善其潤(rùn)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(zhǎng)減摩作肪酸和1,4氧氮雜環(huán)己烷在催化劑作用下預(yù)先反用越好等特點(diǎn),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(duì)C8脂肪酸和1,4氧氮雜環(huán)己烷在不同反應(yīng)(1)HAPPT助劑的使用濃度對(duì)性能的影響條件下所得產(chǎn)物的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見我們選用 HAPPT助劑來(lái)阻止金屬離子對(duì)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 Table.6 The performance of the fruitage under鎂、鐵離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物,25℃下它們的絡(luò)合 the different reaction condition常數(shù)均大于102,大大高于鈣、鎂、鐵等金屬與脂廠8氧雜環(huán)反應(yīng)溫度反應(yīng)時(shí)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)℃ min mm構(gòu)為高分子聚合磷酸鹽,在液壓系統(tǒng)使用條件下0.670.32145800.770.230.71120800.62它不能和水-乙二醇液壓液中的其它組分發(fā)生反0.450.49170800.38應(yīng)。我們就助劑的使用濃度及其對(duì)液壓0.810.17185800.68液的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。由實(shí)驗(yàn)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(duì)金屬離子的掩蔽作用min,將所得產(chǎn)物按1.5%濃度加到水中,其液壓之后,加入不同濃度的APP助劑后液壓液的各液的潤(rùn)滑性能為:四球試驗(yàn)60min、392N、1200項(xiàng)性能指標(biāo)發(fā)生了以下變化(見表5)。r/min的磨斑直徑是0.38mm(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) HAPPT助劑及脂肪酸酰胺后,鈣、鎂、鐵離子對(duì)液表7各項(xiàng)目的檢測(cè)方法與本文第三部分的相壓液的性能有何影響?為了評(píng)價(jià)上述措施的效應(yīng)項(xiàng)目的檢測(cè)方法相同;液壓液中加入的脂肪酸果,我們?cè)诤?HAPPT助劑、脂肪酸酰胺的水酰胺濃度為1.5%, HAPPT助劑濃度為10×10-6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(cè)了它們潤(rùn)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(xiàng)指標(biāo),其結(jié)果見表7液的1/3,液壓液實(shí)際使用壽命也有所延長(zhǎng),液壓表7加入 HAPPT助劑、脂肪酸酰胺后系統(tǒng)的性能無(wú)異常變化。在金屬離子存在下液壓液性能 Table. The hydraulic liquid performance under the 5 condition of metallic ion existing after the HAPPT accessory 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(duì)其潤(rùn)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-mol1.24.67.3②對(duì)以脂肪酸為潤(rùn)滑添加劑的水-乙二醇液鐵離子濃度/×10-5mol2.75.18.1,十壓液,本文根據(jù)所作的實(shí)驗(yàn)研究提出采用先將脂鎂離子濃度/×10-6mol1.43.26.3肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅狨０泛笤偌拥揭簤阂褐?同時(shí)粘度(40℃)/mm2·s-145.245.245.2在液壓液中加入微量的 HAPPT助劑的方法改善粘度指數(shù)195195195 ph9.39.39.3其使用性能。③微量的 HAPPT助劑和低濃度的脂肪酸?？諝忉尫胖?50℃)/min222胺即可抑制大濃度的金屬離子對(duì)液壓液的有害影液相銹蝕(蒸餾水)合格合格合格響。實(shí)驗(yàn)得出的 HAPPT助劑及脂肪酸酰胺使用腐蝕(50℃×3h)/銅片合格合格合格量對(duì)水-乙二醇液壓液的其它性能無(wú)不利影響。泡沫性升溫至24℃150/0150/0150/0④實(shí)驗(yàn)選擇的 HAPPT助劑加入濃度合理,脂升溫至93.5℃150/0150/0150/0肪酸酰胺的合成參數(shù)恰當(dāng),加入到液壓液中起潤(rùn)降溫至24℃150/0150/0150/0滑作用的組分形態(tài)就能有效避免金屬離子對(duì)液壓閃點(diǎn)和燃點(diǎn)無(wú)無(wú)無(wú)液的有害影響。傾點(diǎn)/℃-25-25-25責(zé)任編輯龍禮建清潔度666磨斑直徑/mm0.380.380.38(上接第26頁(yè))參考文獻(xiàn)在凝固過(guò)程和高溫下能否充分和同時(shí)起到下列作1李秋書等Re-k-n復(fù)合變質(zhì)劑在高鉻白口鑄鐵中的作用用:J]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王仲稀土高鉻磨球的穩(wěn)定化生產(chǎn)[J]鑄造設(shè)備研究,2001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)。1998:1~192)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。1993:47~773)起還原劑作用:在凝固過(guò)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(guò)程冶金質(zhì)量以及凝固組織及形態(tài)的穩(wěn)定性。