精锻脱模剂及其制备方法
阅读说明：本技术 精锻脱模剂及其制备方法 (Precision forging release agent and preparation method thereof ) 是由 丁文涛 丁晓慧 丁凯云 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种精锻脱模剂及其制备方法,其技术方案要点是一种精锻脱模剂,包括如下组分：润滑剂、分散剂、极压脱氧剂、稳定剂、碱性调节剂、络合剂以及水；所述润滑剂包含重量比为10:(1-1.1)的石墨以及无定形二氧化硅粉；所述分散剂包含重量比为1:1.5:5的聚丙烯酸钠、亚甲基双萘磺酸钠以及羧甲基纤维素钠。本发明通过润滑剂、分散剂以及极压脱氧剂的配合,使制得的脱模剂具有很好的脱模效果,并且通过极压脱氧剂的作用,在模具对金属坯件加工时,极压脱氧剂可以在金属坯件之前先与氧气反应,从而减少金属坯件表面氧化皮的生成,降低模具的磨损,延长模具的使用寿命。(The invention discloses a precision forging release agent and a preparation method thereof, and the key point of the technical scheme is that the precision forging release agent comprises the following components: lubricant, dispersant, extreme pressure deoxidizer, stabilizer, alkaline regulator, complexing agent and water; the lubricant comprises graphite and amorphous silica powder in a weight ratio of 10 (1-1.1); the dispersing agent comprises sodium polyacrylate, sodium methylene dinaphthalene sulfonate and sodium carboxymethyl cellulose in a weight ratio of 1:1.5: 5. The invention ensures that the prepared release agent has good demoulding effect through the matching of the lubricant, the dispersant and the extreme pressure deoxidizer, and the extreme pressure deoxidizer can react with oxygen before a metal blank is processed by a mould under the action of the extreme pressure deoxidizer, thereby reducing the generation of oxide skin on the surface of the metal blank, reducing the abrasion of the mould and prolonging the service life of the mould.)
技术领域
本发明涉及脱模剂技术领域，更具体的说，它涉及一种精锻脱模剂及其制备方法。
背景技术
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法；根据锻造温度，可以分为热锻、温锻和冷锻，其中热锻是指高于800℃的金属锻造；在对坯件进行锻造时，需要将金属坯件置于模具中，在热模锻造时，其锻造的温度高于800℃，在这种温度下，金属坯件很容易与模具产生粘连的现象，难以将金属坯件从模具中取出；为了解决这一问题，通常会在模具的内部喷涂一层具有润滑作用的脱模剂。
目前常用的脱模剂为石墨类脱模剂，由于石墨脱模剂具有耐高温、润滑性高的优点，因此被广泛使用。通常水基石墨脱模剂包括基础材料、分散剂以及水；基础材料一般为油、脂、蜡、聚合物以及硅酮类等物质，可以起到脱模润滑的作用；分散剂的作用是将基础材料以极细致的颗粒状均匀分散在连续的水相中，形成稳定的悬浮液；水是作为分散剂以及基础材料的载体。现有技术中，申请公布号为CN107952932A的专利申请文件，公开了一种石墨脱模剂及其制备方法，一种石墨脱模剂包括微晶石墨、高岭土、石英砂、乙酸钠、羧甲基纤维素钠。
虽然石墨脱模剂对金属坯件可以起到脱模的作用，但是目前的石墨脱模剂主要是利用其润滑作用实现脱模的，当模具连续高频率使用时，模具仍然易被损坏，导致模具的使用寿命较低，因此如何能够提高脱模剂的脱模效果，延长模具的使用寿命，是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种精锻脱模剂，其通过润滑剂、分散剂以及极压脱氧剂的配合，具有很好的脱模效果，并且通过极压脱氧剂的作用，在模具对金属坯件加工时，极压脱氧剂可以在金属坯件之前先与氧气反应，从而减少金属坯件表面氧化皮的生成，降低模具的磨损，延长模具的使用寿命。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种精锻脱模剂，以重量份数计，包括如下组分：润滑剂1100-1198.8份、分散剂67.5-82.5份、极压脱氧剂12-18份、稳定剂8-12份、碱性调节剂29.4-40.6份、络合剂8-12份以及水3600-3700份；所述润滑剂包含重量比为10:(1-1.1)的石墨以及无定形二氧化硅粉；所述分散剂包含重量比为1:1.5:5的聚丙烯酸钠、亚甲基双萘磺酸钠以及羧甲基纤维素钠。
通过采用上述技术方案，石墨以及无定形二氧化硅粉作为石墨脱模剂的基础材料，具有很好的耐高温、耐磨性以及润滑作用；无定形二氧化硅粉与分散剂、极压脱氧剂以及络合剂并用时，可以提高石墨的分散性以及悬浮性，使其形成的脱模剂可以均匀附着在模具的表面，提高模具的耐磨性、耐高温性能以及润滑性，降低金属坯件与模具之间的磨损，使加工后的金属坯件更容易从模具上取出；而碱性调节剂使得整个体系呈现为碱性，在碱性介质中，分散剂中的聚丙烯酸钠的黏度会增大，可以提高润滑剂对模具的附着力，使其能在模具的内腔形成均匀的润滑薄膜；通过极压脱氧剂的作用，在模具对金属坯件冲压时，极压脱氧剂可以在金属坯件之前先与氧气反应，减少金属坯件表面氧化皮的生成，从而降低模具的磨损，延长其使用寿命。
进一步地，所述络合剂由重量比为1:1的氨基羧酸盐类络合剂以及醇胺类络合剂混合而成。
通过采用上述技术方案，氨基羧酸盐类络合剂的络合能力强，但分散性较差，稳定常数高，具有一定的耐碱性；醇胺类络合剂的络合能力较差，在碱性环境中比较稳定，作为氨基羧酸盐类络合剂的络合辅助剂使用；通过氨基羧酸盐类络合剂与醇胺类络合剂的复配，具有很好的阻垢作用，可以保持模具的清洁，减少污垢的产生；络合剂与分散剂以及极压脱氧剂配合时，可以使石墨均匀分散，提高脱模剂的稳定性。
进一步地，所述氨基羧酸盐类络合剂为氮川三乙酸三钠。
通过采用上述技术方案，氨基羧酸盐类络合剂主要有氮川三乙酸三钠、乙二胺四乙酸盐以及二乙烯三胺五羧酸盐，但是由于乙二胺四乙酸盐、二乙烯三胺五羧酸盐不易被生物降解，因此本发明选用对环境更加友好的氮川三乙酸三钠；并且氮川三乙酸三钠更适合于碱性介质，具有非常强的络合能力，能与多种金属离子形成络合物，提高石墨在脱模剂中悬浮性，提高产品的稳定性；此外氮川三乙酸三钠具有一定的抗菌作用，可以提高脱模剂的保存期，进一步提高产品质量的稳定性。
进一步地，所述醇胺类络合剂为单乙醇胺以及二乙醇胺中的一种或它们的复合。
通过采用上述技术方案，醇胺类络合剂主要有单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺，由于三乙醇胺对铜、铝及其合金具有较大的腐蚀性，其用作脱模剂的适用范围较小，因此本发明选用适应于碱性介质、对金属腐蚀性小、使用范围更加广泛的单乙醇胺以及二乙醇胺；单乙醇胺以及二乙醇胺除了对氨基羧酸盐类络合剂具有增益效果外，还具有一定的防腐抗菌的作用，其与氨基羧酸盐类络合剂配合可以提高脱模剂的保存期，其他产生质量的稳定性。
进一步地，所述极压脱氧剂为碳化硅、氮化硅、氮化硼中的一种或它们的复合。
通过采用上述技术方案，碳化硅、氮化硅、氮化硼均属于硬质、耐热、耐磨性能优异的无机材料，可以提高脱模剂的耐高温性能；而氮化硅以及氮化硼还具有润滑性，可以提高脱模剂的润滑性，提高脱模的效果；并且极压脱氧剂在脱模的过程中可以吸收氧气，减少金属坯件高温下生成的氧化皮，降低金属坯件的损耗。
进一步地，所述极压脱氧剂为氮化硼，所述精锻脱模剂还包括活化剂，所述活化剂为氟硼酸钾、氟铝酸钠、氟化钙、氯化镁中的一种或它们的复合。
通过采用上述技术方案，为了提高金属表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，可以对金属的表面进行渗硼处理，常见的渗硼处理方法是固体渗硼，固体渗硼是将工件置于含硼的粉末或膏剂中，将其加热到一定温度，保温一段时间，通过化学或电化学反应，使硼原子渗入工件表层形成一层坚硬的硼化物渗层，以达到提高金属表面耐磨性以及抗氧化能力的目的。虽然这种处理方法简单，但是其劳动强度大，成本高，降低生产效率。而本发明以氮化硼作为精锻脱模剂中的极压抗氧剂，在冲压的过程中，一方面氮化硼可以消耗氧气，减少金属坯件高温下生成的氧化皮，从而可以降低金属坯件表面的粗糙度，降低金属坯件表面的氧化皮对模具的磨损；另一方面氮化硼与活化剂配合后，在锻造的高温环境下，可以形成气态硼化物，通过模具与金属坯件的反复摩擦、冲压，它在模具表面不断化合与分解，释放出活性硼原子不断被模具表面吸附并向模具内扩散，形成稳定的硼化物层，从而可以提高模具的耐磨性能，延长模具的使用寿命，从而大大地降低了生产成本。
进一步地，所述氮化硼与活化剂的重量比为(1-2.5):1。
进一步地，所述碱性调节剂由重量比为1:13的碳酸钠以及氢氧化钠混合而成；所述稳定剂为乙酸钠。
通过采用上述技术方案，碳酸钠以及氢氧化钠使得整个体系呈现碱性，可以使润滑剂、分散剂、极压脱氧剂、稳定剂以及络合剂稳定地分散，并且在碱性介质的环境中，可以提高脱模剂的去污能力，提高金属坯件的表面洁净度以及光泽度；乙酸钠作为脱模剂的稳定剂，可以提高络合剂的稳定性，乙酸钠可以调节体系的pH。
进一步地，所述石墨为鳞片石墨、土状石墨、人造石墨中的一种。
通过采用上述技术方案，鳞片石墨为天然显晶质石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能；土状石墨又称微晶石墨，具有很好的耐高温以及润滑性能；人造石墨是指通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料，具有很好的耐腐蚀以及润滑性。
本发明的目的之二在于提供一种精锻脱模剂的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种精锻脱模剂的制备方法，以重量份数计，包括如下步骤：
S1：取600-615份水，向其中加入100-118.8份无定形二氧化硅粉、8-12份稳定剂、12-18份极压脱氧剂、13.5-16.5份亚甲基双萘磺酸钠、9-11份聚丙烯酸钠以及29.4-40.6份碱性调节剂，搅拌均匀，得到第一悬浮液；
S2：取3000-3085份水，向其中加入45-55份羧甲基纤维素钠、1000-1080份石墨以及8-12份络合剂，搅拌均匀，得到第二悬浮液；
S3：将第二悬浮液加入到第一悬浮液中，搅拌均匀，得到精锻脱模剂。
通过采用上述技术方案，以无定形二氧化硅粉为基础材料得到第一悬浮液，以石墨为基础原料得到第二悬浮液，通过将第一悬浮液以及第二悬浮液混合均匀得到的精锻脱模剂的产品性能稳定，具有很好的润滑性、耐磨性、耐高温性、化学稳定性以及较长的保存期。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.通过无定形二氧化硅粉与分散剂、极压脱氧剂以及络合剂并用，可以提高石墨的分散性以及悬浮性，使其形成的脱模剂可以均匀附着在模具的表面，提高模具的耐磨性、耐高温性能以及润滑性，降低金属坯件与模具之间的磨损，使加工后的金属坯件更容易从模具上取出；通过极压脱氧剂的作用，在模具对金属坯件冲压时，极压脱氧剂可以在金属坯件之前先与氧气反应，从而减少金属坯件表面氧化皮的生成，从而降低模具的磨损，延长其使用寿命；
2.氨基羧酸盐类络合剂与醇胺类络合剂复配，具有很好的阻垢作用，可以保持模具的清洁，减少污垢的产生；络合剂与分散剂以及极压脱氧剂配合时，可以使石墨均匀分散，提高脱模剂的稳定性；
3.氮川三乙酸三钠具有非常强的络合能力，并且属于环境友好型原料，能与多种金属离子形成络合物，提高石墨在脱模剂中悬浮性，提高产品的稳定性；单乙醇胺以及二乙醇胺除了对氨基羧酸盐类络合剂具有增益效果外，还具有一定的防腐抗菌的作用，其与氨基羧酸盐类络合剂配合可以提高脱模剂的保存期，其他产生质量的稳定性。
4.碳化硅、氮化硅、氮化硼均属于硬质、耐热、耐磨性能优异的无机材料，可以提高脱模剂的耐高温性能；而氮化硅以及氮化硼还具有润滑性，可以提高脱模剂的润滑性，提高脱模的效果；并且极压脱氧剂在脱模的过程中可以吸收氧气，减少金属坯件高温下生成的氧化皮，降低金属坯件的损耗；
5.以氮化硼作为精锻脱模剂中的极压抗氧剂，在脱模的过程中，一方面氮化硼可以消耗氧气，减少金属坯件高温下生成的氧化皮，从而可以降低金属坯件表面的粗糙度，降低金属坯件表面的氧化皮对模具的磨损；另一方面氮化硼与活化剂配合后，在锻造的高温环境下，可以形成气体硼化物，通过模具与金属坯件的反复摩擦、冲压，它在模具表面不断化合与分解，释放出活性硼原子不断被模具表面吸附并向模具内扩散，形成稳定的硼化物层，从而可以提高模具的耐磨性能，延长模具的使用寿命，从而大大地降低了生产成本；
6.调节剂中的碳酸钠以及氢氧化钠使得整个体系呈现为碱性，在碱性介质中，分散剂中的聚丙烯酸钠的黏度会增大，可以提高润滑剂对模具的附着力，使其能在模具的内腔形成均匀的润滑薄膜；并且在碱性介质的环境中，可以提高脱模剂的去污能力，提高金属坯件的表面洁净度以及光泽度。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、实施例
以下实施例中的乙酸钠选自苏州顶呈化工科技有限公司生产的密度为1.45g/cm3的工业级醋酸钠；碳化硅选自清河县峰烨金属材料有限公司生产的货号为JN0311的碳化硅；氮化硅选自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司生产的粒度为1-3μm的氮化硅；氮化硼选自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司生产的粒度为1-3μm的氮化硼；亚甲基双萘磺酸钠选自上海云哲新材料科技有限公司生产的分散力≥95％的NN0分散剂；聚丙烯酸钠选自常州市润洋化工有限公司生产的型号为GY-303的聚丙烯酸钠液体；碳酸钠选自山东海化股份有限公司纯碱厂生产的粒度为100目的轻质纯碱，碳酸钠的密度为500-600kg/m3；氢氧化钠选自天津祥沣生产的货号为206-2009的氢氧化钠；羧甲基纤维素钠选自任丘市冉升化工有限公司生产的货号为01的羧甲基纤维素钠；石墨选自青岛久益石墨有限公司生产的型号为95S-0的鳞片石墨；单乙醇胺选自德国巴斯夫生产的单乙醇胺；二乙醇胺选自德国巴斯夫生产的二乙醇胺；氮川三乙酸三钠选自德国巴斯夫生产的型号为Trilon A92R的氮川三乙酸三钠。
实施例1：一种精锻脱模剂采用如下方法制备而得：包括如下步骤：
S1：取600kg水，向其中加入100kg无定形二氧化硅粉、8kg乙酸钠、12kg氮化硼、13.5kg亚甲基双萘磺酸钠、9kg聚丙烯酸钠、2.1kg碳酸钠以及27.3kg氢氧化钠，以600r/min的速度，搅拌30min，搅拌均匀，得到第一悬浮液；
S2：取3000kg水，向其中加入45kg羧甲基纤维素钠、1000kg鳞片石墨、4kg单乙醇胺、4kg氮川三乙酸三钠，以600r/min的速度，搅拌30min，搅拌均匀，得到第二悬浮液；
S3：将第二悬浮液加入到第一悬浮液中，以600r/min的速度，搅拌30min，搅拌均匀，得到精锻脱模剂。
实施例2-5
根据实施例1中的所述的制备方法，不同的是，原料以及用量采用表1所示的参数。
表1
实施例6：一种精锻脱模剂采用如下方法制备而得：包括如下步骤：
S1：取600kg水，向其中加入100kg无定形二氧化硅粉、8kg乙酸钠、12kg氮化硼、12kg氟硼酸钾、13.5kg亚甲基双萘磺酸钠、9kg聚丙烯酸钠、2.1kg碳酸钠以及27.3kg氢氧化钠，以600r/min的速度，搅拌30min，搅拌均匀，得到第一悬浮液；
S2：取3000kg水，向其中加入45kg羧甲基纤维素钠、1000kg鳞片石墨、4kg单乙醇胺、4kg氮川三乙酸三钠，以600r/min的速度，搅拌30min，搅拌均匀，得到第二悬浮液；
S3：将第二悬浮液加入到第一悬浮液中，以600r/min的速度，搅拌30min，搅拌均匀，得到精锻脱模剂。
实施例7-14
采用实施例6中的原料以及制备方法，不同的是，活化剂的种类以及用量采用表2所示的参数。
表2
二、对比例
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中不包含聚丙烯酸钠。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中不包含极压脱氧剂。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中不包含络合剂。
对比例4：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中不包含氮川三乙酸三钠。
对比例5：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中不包含单乙醇胺。
三、性能测试
按照如下方法，实施例1-14以及对比例1-5制备的脱模剂的性能进行测试，将测试结果示于表3。
将实施例1-14以及对比例1-5制备的脱模剂分别喷涂至热锻模具的内腔中，然后将铁制坯件放在模具中，对铁制坯件进行热锻处理，热锻温度为800℃，加工之后，观察坯件的脱模效果；每个实施例对50个模具进行测试，每个模具均对500个铁制坯件进行加工，统计脱膜时易脱膜、无粘连的坯件占总坯件的比例；表面光滑、无粘渣坯件占总坯件的比例；内腔平整、无污垢的模具占总模具的比例。
每个实施例对50个模具进行测试，每个模具以相同的频率均对铁制坯件进行加工，不限制铁制坯件的数量，对模具的使用寿命进行统计。
在模具连续使用1个月后，观察模具内腔壁硼化物层的厚度进行检测。
将制备的脱模剂在常温下密封静置3个月、6个月、9个月以及12个月，观察脱模剂是否产生分层以及沉淀的情况。
表3
由表3数据可以看出，本发明制备的脱模剂具有优良的脱模效果以及很好的耐高温性能，并且加工后的坯件以及模具均能保持光滑、平整、无垢的状态；石墨以及无定形二氧化硅粉在脱模剂中具有良好的分散性以及悬浮性，在长时间(一年)的保存下，仍能保持不分层、无沉淀以及质量稳定的状态；通过实施例1与实施例6-14可以看出，添加了活化剂之后的脱模剂可以提高脱模效果，模具在对坯件加工的过程中会产生硼化物层，因而可以明显提高模具的使用寿命，减少磨具的更换次数，从而降低生产成本。
对比例1中不包含聚丙烯酸钠，相较于实施例1，坯件脱模情况、坯件表面状态以及模具情况明显下降，由于聚丙烯酸钠可以提高石墨以及无定形二氧化硅粉的分散性，因为未添加聚丙烯酸钠的脱模剂的脱模效果会明显变差。
对比例2中不包含极压脱氧剂，相较于实施例1，坯件脱模情况、坯件表面状态以及模具情况明显下降，并且模具内不产生硼化物层，且模具的使用寿命明显下降，说明极压脱氧剂的加入不仅可以提高脱模剂的脱模效果，而且可以延长模具的使用寿命。
对比例3中不包含络合剂，相较于实施例1，坯件脱模情况、坯件表面状态以及模具情况明显下降，说明络合剂可以显著提高脱模剂的脱模效果；并且在没有添加络合剂时，脱模剂只能维持3个月不分层、无沉淀的状态，脱模剂的稳定性差。
对比例4中不包含氮川三乙酸三钠，相较于实施例1，坯件脱模情况、坯件表面状态以及模具情况明显下降，说明络合剂中的氮川三乙酸三钠可以提高脱模剂的脱模效果；并且在未添加氮川三乙酸三钠时，脱模剂能维持6个月不分层、无沉淀的状态，说明未添加氮川三乙酸三钠的脱模剂的稳定性较差。
对比例5中不包含单乙醇胺，相较于实施例1，坯件脱模情况、坯件表面状态以及模具情况明显下降；在没有添加单乙醇胺时，脱模剂能维持6个月不分层、无沉淀的状态，相较于对比例4，在未添加氮川三乙酸三钠时，脱模剂能维持6个月不分层、无沉淀的状态，说明说明氮川三乙酸三钠以及单乙醇胺并用时，具有协同作用，可以显著提高脱模剂的稳定性，使脱模剂长时间能够保持不分层、无沉淀的状态。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。