ZYS-T20脫水防銹油的研制及應(yīng)用

王燦輝，侯萬果，田前進，楊益農(nóng)

(1.洛陽軸研科技股份有限公司 化工材料開發(fā)部，河南 洛陽 471039；2.常熟長城軸承有限公司，江蘇 常熟 215500)

為提高軸承質(zhì)量、節(jié)約能源和減少對人體的傷害，普遍采用水基清洗液代替汽油、煤油等清洗軸承零件[1]。但美中不足的是，水基清洗液清洗后的軸承零件表面會殘留一層水膜。此外，軸承零件在車削和磨削過程中不可避免地會接觸到水或水溶液，這將在零件的表面形成一層乳化液水膜，如不及時去除或去除工藝不合理都會使軸承零件產(chǎn)生銹蝕。

傳統(tǒng)去除軸承零件表面水分的方法是烘箱烤或熱風(fēng)吹，需加熱設(shè)備，耗電耗時，且只適合于帶鍍層的金屬零件，對于裸露的軸承零件不適用。因為在烘烤和吹干過程中，隨著水膜的蒸發(fā)和金屬表面溫度的升高，會產(chǎn)生銹蝕[2]。因此，研究一種工藝簡單，操作方便、脫水速度快和有一定防銹能力的脫水防銹油成為一種必然的趨勢。

1 脫水防銹機理

脫水防銹油由脫水劑、防銹劑及中輕質(zhì)石油餾分配制而成。金屬表面水膜的脫除主要靠基礎(chǔ)油中脫水劑的作用實現(xiàn)。其機理是脫水劑與金屬表面的界面張力比自來水或清洗劑水溶液與金屬的界面張力要小，也就是說前者與金屬的親和力要比后者與金屬的親和力強。故脫水防銹油與金屬接觸后，首先從金屬表面上的水膜薄弱處突破，滲透到金屬表面，然后貼著金屬面向原金屬-水界面間擴散，將水膜擠壓，卷縮成水珠使其離開金屬表面附在油膜上而脫落，脫落的水沉入脫水槽底部排出；到達金屬表面的這層油膜中含有緩蝕劑，緩蝕劑又是基礎(chǔ)油的表面活性劑，緩蝕劑分子的極性集團有吸附到金屬表面的趨勢，使得緩蝕劑分子在基礎(chǔ)油/金屬界面上定向吸附，其極性頭牢固吸附在金屬表面上，而非極性尾垂直向外，形成一層排列的單分子憎水吸附膜，并對極性分子有較強的包溶作用，從而阻礙腐蝕介質(zhì)的滲入，起到緩蝕作用。

脫水防銹油是傳統(tǒng)防銹油(機油加熱脫水)的最佳替代品。同時由于其水乳化能力較弱，使油水混合后很快產(chǎn)生分層，水沉積在油層的底部，因此，只要能排出積水，不影響脫水油的使用效果。

2 配方設(shè)計及選擇依據(jù)

2.1 基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油是防銹油的主要成分，是防銹劑的載體，可使防銹劑在油中均勻分散。同時，基礎(chǔ)油的烴基深入到定向吸附的防銹劑分子之間，借助范德華吸引力與防銹劑分子共同堵塞孔隙，使金屬表面上的吸附膜更加緊密完整，使吸附不牢的極性分子不易脫落，從而更有效地保護金屬[3]。此外，基礎(chǔ)油還可以在極性分子吸附少的金屬表面進行物理吸附，發(fā)揮組合效應(yīng)。作為脫水性防銹油的基礎(chǔ)油，黏度較低為好，以便有良好的滲透性和清洗性。為降低基礎(chǔ)油的黏度，改善低溫下的流動性，故選用流動性好、黏度低及滲透性強的煤油作為基礎(chǔ)油。

2.2 防銹劑的選擇

防銹劑有一個較強的極性基團，作用機理是吸附。防銹劑最大的優(yōu)點是抗鹽水和鹽霧，抗潮濕，酸中和及水置換性能好。對多種金屬有較好的防銹性能，兼有水膜和汗液置換功能，隨著其濃度增大作用增強。其可溶解于熱的基礎(chǔ)油中，不能單獨使用，必須與其他緩蝕劑復(fù)合使用。十二烯丁二酸為橙黃色黏稠液體，有較好的油溶性和抗乳化性，具有極強的吸附能力，加入油中可在金屬表面形成牢固的油膜，從而保護金屬表面不被銹蝕和腐蝕；對抗氧化劑無抑制作用，能延長油品的抗氧壽命[4]，所以選擇十二烯丁二酸作為防銹劑。

2.3 緩蝕劑的選擇

緩蝕劑對金屬的吸附能力遠遠高于水分對金屬的吸附力，選用合適的緩蝕劑能夠把水分從金屬表面置換出來，并在重力作用下，沉積在脫水油的底部。采用多種緩蝕劑，利用緩蝕劑之間的加合效應(yīng)，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，形成多層次分子吸附膜，共同堵塞相互之間的空隙，使吸附膜更加完整，水置換能力更強，起到更好的防銹效果。

緩蝕劑因與油共存，對防銹和脫水作用影響極大。若緩蝕劑分子的親油基與基油分子的長度相同，可顯著提高防銹和脫水作用。石油磺酸鋇是具有極性基團及較長碳鏈的有機化合物，一端是極性基團，一端是憎水的碳鏈，其中碳鏈和油類分子相似，易溶于油，極性基團通過化學(xué)鍵緊密地吸附在金屬表面，使緩蝕劑分子定向排列在金屬表面形成疏水致密層，所形成的吸附保護膜可阻止水、氧和腐蝕性物質(zhì)穿透到金屬表面。

一般極性分子對金屬的吸附力大于水對金屬的吸附力，當金屬表面有水時，極性愈強的緩蝕劑置換水的能力也愈強，其抗水特性隨著濃度的增大而加強。只用石油磺酸鋇一種緩蝕劑，因其濃度較低，在金屬表面不能形成稠密的排列膜，分子間空隙較大，水分子較易侵入到金屬表面。因此，需要加入油溶性較強的氧化石油脂鋇皂作為另一種緩蝕劑，通過兩者的協(xié)同作用，形成多層分子吸附膜，共同堵塞孔隙，使吸附膜更加完整，并且吸附物相互作用還能提高吸附層的穩(wěn)定性。石油磺酸鋇與氧化石油脂鋇皂在其協(xié)同作用機理中還存在下述情況：若金屬表面存在微量水，石油磺酸鋇雖有能力置換水分子，但油膜中還會有水存在，這必定會嚴重破壞單分子吸附層的保護作用。氧化石油脂鋇皂在油中可形成膠束，若在油中有水存在，則氧化石油脂鋇皂可將水包在中間形成膠束，從而有效地防止了水的侵入。石油磺酸鋇和氧化石油脂鋇皂組合使用，緩蝕劑具有更強的抗水性，用少量的緩蝕劑即可獲得較好的保護效果。

2.4 復(fù)合配方的確定

通過一系列配方調(diào)配和性能試驗，最終確定的脫水防銹油配方的基本組成見表1。

表1 脫水防銹油的配方

3 性能檢測

3.1 水膜置換性試驗

參照企業(yè)標準，將試片垂直浸入0.05%的NaCl水溶液中1 s,取出檢查試片的工作面是否全部浸濕或有無銹點(如未完全浸潤或有銹點，棄之不用)。用濾紙吸取試片上部和下部余液(不得超過5 s)，將試片浸入脫水防銹油中15 s，取出瀝干15 min后，放入20～30 ℃的濕潤槽中1 h，取出檢驗試片工作面有無銹蝕，若3片工作面均無銹，判定為合格。

3.2 濕熱性能試驗

參照標準GB/T 2361，將涂有脫水防銹油的銅片、鋼片及鋁片各3個試片置于溫度(49±1)℃、相對濕度95%以上的濕熱試驗箱內(nèi)，經(jīng)5天后，若3個試片均沒有銹蝕，則為合格。

3.3 腐蝕性能試驗

參照標準SH/T 0080，將符合規(guī)格要求的銅片、鋼片及鋁片各3個試片浸入脫水防銹油中，在(55±2) ℃下保持5天，若3個試片顏色沒有變化，則為合格。

3.4 重疊性能試驗

參照標準SH/T 0692，將5個同種金屬的鋼片和銅片重疊，置于溫度(49±1)℃、相對濕度95%以上的濕熱試驗箱內(nèi)，5天后取出觀察試片，若5片都無銹蝕或無明顯疊印，判定為合格。

3.5 性能試驗結(jié)果

表2是研制的脫水防銹油的各項指標，從表2中可以看出，研制的脫水防銹油各項性能良好。

表2 產(chǎn)品性能指標

4 結(jié)束語

研制的脫水防銹油ZYS-T20是一種棕褐色的透明液體，具有良好的脫水和防銹性能，在使用過程中，軸承表面的水進入脫水防銹油之后，分層速度快，對脫水防銹油無不良影響。在軸承加工的工序間防銹穩(wěn)定可靠，尤其是用水及清洗劑清洗后的零件或成品，經(jīng)脫水后可去除表面水膜，清理出溝槽內(nèi)殘留的水分，為零件短期防銹和成品封存防銹創(chuàng)造了有利條件。該脫水防銹油在軸承行業(yè)有廣泛的推廣應(yīng)用前景。