新型铝质电线电缆拉拔润滑剂的研究

吴郡

（天津欧陆宝新材料科技有限公司，天津300000）

近年来，中国发电企业在国家和政府的大力支持下，不断推动行业的发展和进步，为国民经济发展和国民生活提供可靠的保障。发电及供电事业的发展推动了新型线缆行业的不断兴起和进步，既然“电”在传输的过程中，线缆起着“承载”“搭桥”的关键作用，那么线缆的质量就尤为重要和关键，其中影响线缆质量的关键因素——拉拔工艺及拉拔润滑剂的革新与进步成为一项重要的课题。

1　新型铝质线缆拉拔工艺

金属拉拔工艺是将圆柱形毛坯在润滑剂存在情况下拉过锥形模孔在拉拔作用下使其截面积缩小和长度增加形成线材和管材的加工方法。拉拔通常是一种冷加工过程，是一种连续和稳定的工艺，获得高精度、高表面光洁度线材和管材的一种塑性加工工艺。现代拉拔设备，诸如合肥神马科技、四川德阳东佳港机电、柳工集团上海鸿得利、西北机器、广意永雄等拉拔设备，不但速度高，而且变形大，这就对拉拔润滑剂提出了很高的要求。

2　拉拔工艺的润滑特点

对于铝拉丝的机理问题，参照线材的滑动拉拔过程，明确铝杆塑性变形一般是通过位错在滑移面上的运动来实现的，多晶体变形时还要通过各晶粒的协调来进行。由于材质的复杂性和不均匀性，塑性变形在金属内部也不会绝对均匀，这种变形的不均匀性对铝杆的后续变形产生影响。

通常拉拔加工所消耗的能量，一大部分消耗在模具和拉拔材料的摩擦上，造成界面温度升高，容易发生润滑油膜破裂甚至烧结。在此加工过程中，良好的润滑状态能减少拉拔时摩擦所产生的热量，从而减少拉拔材料和模具界面的温升，有助于延长模具寿命，提高拉拔速度，改善拉拔材料表面质量和机械性能。欲维持或确保良好的润滑状态，当然要涉及模具形状、材质以及润滑剂供给方式，但主要还是取决于润滑剂本身的性能。铝合金线缆所具有的轻量化的特点是今后发展的趋势，同时，对拉拔润滑剂提出了更高的要求[1，2]。

3　金属铝及其合金拉拔的润滑过程

铝属于两性金属，表面有一层易破坏的氧化膜，拉拔过程使用的润滑剂也有其特殊之处。

3.1　润滑作用

拉拔设备的模孔属于人造钻石或钨钢，铝导轮属于合金钢，在变形金属和模孔之间，属于流体润滑，润滑剂保持一层润滑油膜；在铝导轮和铝线之间，存在着多种润滑方式，润滑剂具备油性和极压特性，避免模具与铝杆（铝线）直接接触及黏结，减少摩擦，使铝杆（铝线）沿受力方向均匀变形，并可增加铝杆的变形程度，减少能量消耗和加工道数，延长模具的使用寿命。

3.2　冷却作用

铝拉拔润滑剂可以迅速带走拉拔变形产生的热量，保证连续退火过程，降低铝线与模孔的温度，防止铝线温度过高氧化变色，降低铝线与模孔、铝线与铝导轮之间的摩擦系数，提高拉拔速度和消除黏结现象。过多的热量导致润滑剂的长时间高温氧化变质，性能衰减。

3.3　清洗作用

拉拔过程中会不断产生细微的铝粒子，拉拔润滑剂具有不断冲洗模孔，清除铝粒子的作用。

3.4　防锈作用

润滑剂需对拉拔过程中的铝杆和铝线起到保护作用，保护铝线新旧表面不受氧化和锈蚀；润滑剂在铝线上的残留不应对后续加工和操作造成不良影响，不应使铝线发生化学的或冶金学的变化。

3.5　安全环保

安全无毒，储存时间长，不刺激皮肤，不致癌，不易燃，根据原料选择可部分生物降解。

4　铝及其合金拉拔润滑剂的研制[3～5]

4.1　载体原料（基础油）的选择

考虑到基础油和添加剂的配伍问题（相容性）的情况下，适宜选择高粘度组分的石蜡基基础油，其中以光亮油为主要组成部分，保证拉拔润滑剂有足够的油膜厚度。从环保和生物降解的角度出发，可选择一些可生物降解的酯类基础油和植物油或改性植物油（降解率达90%以上）[4,6]。基础油高、中、低粘度搭配，来满足处于不同气候条件、不同区域设备的要求。

4.2　基础油是基础、添加剂才是关键

作为一个特种工艺用油，配方师对添加剂的筛选应该准确和敏锐。同时，利用不同类型添加剂复配以取得增效性能，满足特定工况的性能要求。从环境友好的角度出发，选择环境友好添加剂。

4.2.1　摩擦改进剂（FM）和油性剂的选择

摩擦改进剂都含有极性基，含有极性基团的物质对金属表面有很强的亲和力，极性基团强有力的吸附在金属表面，形成一种类似缓冲垫的保护膜把金属分开，从而减少摩擦及磨损。

FM的效果受吸附力的强度与吸附力分子间的附着能的大小支配。希望FM具有-COOH、-NH2等。吸附力大的极性基，FM的碳链为直链的好。对相同系列的FM，随碳链的增长，摩擦系数减小。从FM吸附热与磨损性能的关系可以看出，吸附能高的，磨损量少（见表1、表2）。FM的减摩效果与极性基在烷基上的位置有关，极性基最适合的位置是在长链的最末端，这样长链状的FM分子的极性基端就会垂直地吸附在金属表面，碳氢部分笔直地直立于油中，类似于风景画中的树。如果极性基向内侧移动，FM分子就不是垂直地吸附，极端的场合下就平行吸附于金属表面，阻碍了密集吸附。

表1　FM的吸附热与磨损性能的关系

表2　现代摩擦改进剂技术

4.2.2　极压（EP）和惰性极压（PEP）抗磨添加剂的选择

大部分油性剂一般只能在载荷和冲击振动不是非常大、温度不是很高的条件下有效果，而当摩擦部位的温度达到150℃、载荷接近25MPa时脱附而失去油性作用（表3、表4），有特定工况要求的，这时就要采用EP添加剂或PEP添加剂来解决问题。

表3　常用摩擦改进剂

表4　不同FM的脱附温度

在铝的拉拔润滑剂中，考虑到铝本身的特性，应该选择一些非活性的极压抗磨添加剂和PEP添加剂，这样既满足了特定的工况要求，又不会对铝造成化学腐蚀，同时也不会在拉拔润滑剂温度升高时产生刺激性气味。

总而言之，选择适当的油性添加剂来调配铝拉拔润滑剂，润滑剂中的极性分子会牢固地吸附于铝杆、铝线及铝导轮表面形成润滑良好的油膜，就可以承受很大的压力，而不会从摩擦界面的间隙中挤出。此外，极性分子能沿着被加工铝杆和铝线内的微观裂缝由表及里地渗入到某一深度，使塑性变形时铝杆和铝线内的滑动容易进行。正是由于极性分子不断渗入到铝杆和铝线的微观裂缝，从而减少了加工道数，提高了拉拔效率。

4.2.3　防锈组分的选择

针对铝线在拉拔过程中会因为高温氧化导致的变色及氧化膜脱落问题，选择铝的防锈剂时，应结合铝的化学特性，作出经济科学合理的判断和选择使用。油性的铝缓蚀剂价格都比较昂贵，选择主要以磷酸酯为主。

4.2.4　抗氧添加剂的选择

拉拔润滑剂在使用过程中会逐渐的氧化变质，使用寿命缩减，进而影响拉线质量，增大设备部件磨损，增加生产成本。因此选择抗氧剂的加入来抑制油品的氧化变质，延长油品的使用寿命。抗氧剂的选择应该结合基础油的情况，进行高低温型抗氧剂搭配使用。

除了以上各组分，还应添加一些性能稳定的表面活性剂，此类添加剂不仅能起到良好的润湿、成膜、润滑作用，还具备一定的清洗冷却作用，同时也可降低拉拔润滑剂的表面张力，有助于泡沫的消除。

4.3　铝及其合金拉拔润滑剂（TL-KT-3986）的性能和技术参数

本产品采用上述基础油和各功能添加组分，经过特殊加工工艺调制而成，产品在润滑性方面具有新型独特的润滑结构。润滑机理通过化学吸附膜、特种元素渗透层、共晶滚动润滑层的多元润滑模式，成倍提高极压抗磨减摩性能，极大降低摩擦系数，明显抑制润滑剂温度升高，具有长期持续的润滑功效和突出的高温抗氧化功能。可生物降解组分的加入，可在一定程度上突出良好的环境友好表现。本品具备良好的润滑性能，拉制线材时能大幅降低钢与铝及铝合金之间的摩擦系数，降低设备能耗，有效延长模具的使用寿命，显著加快拉拔速度；卓越的抗磨性能，可提高铝线表面光洁度，拉出的线材无白斑痕迹，减少磨具磨损，延长模具使用寿命；良好的抗氧化安定性和热稳定性，使油品耐老化能力强，在热的压力冲击下不易分解，换油周期长。其优异的冷却能力和润湿能力，使油品在极高的拉丝速度下显示出极佳的工作特性，降本增效，增加拉丝数量；环保型配方，安全卫生，无刺激性气味，对皮肤无刺激作用，正常使用对人体无不良影响。（表5）

表5TL-KT-3986高速铝拉丝油

4.4　产品应用

本产品适用于电线、电缆行业拉拔铝的润滑剂和冷却剂，适用于集中供液或单机供液的各种过滤系统。适用于铝、铝合金及铝镁合金高速大拉拉伸拉拔工艺。适用于电线、电缆及漆包线行业的高速拉拔。控制润滑油的工作温度在40～60℃之间，以保证拉丝油的最佳使用效果。在使用过程中应定期清除沉积的铝粉和杂物。使用周期：使用时间10～12个月。拉拔产量：6～8kt线材。

4.5　产品储存与使用事项

于室温下密封贮存，不允许露天存放，以免影响产品的使用性能和质量。更换旧油时，可保留约5%的旧油与新油混合使用，拉丝效果更好。请勿与其他厂家产品混用。

参考资料：

[1]庞玉华编著.金属塑性加工学[M].西安：西北工业大学出版社，2005.

[2]赵振铎编著.金属塑性成形中的摩擦与润滑[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3]T.曼格，W.德雷泽尔编著.润滑剂与润滑技术.赵旭涛，王建明译[M]. 北京：化学工业出版社，2003.

[4]颜志光主编.新型润滑材料与润滑技术实用手册[M].北京：国防工业 出版社，1999.

[5]黄文轩编著.润滑剂添加剂性质及应用[M].北京：中国石化出版社，2012.

[6]方建华.改性植物油作为可生物降解润滑添加剂的研究：[学位论文].后勤工程学院，2001:7-8.