汽車鋼簾線用拉絲液耐磨性能的研究

閆思夢，張少丹，周堯，許永清，楊旺，趙雄燕，

(1.河北科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2.河北納泰化工有限公司，河北 石家莊 052160；3.河北省航空輕質(zhì)復(fù)合材料工程實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050018)

近些年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)在我國的迅猛發(fā)展，對于子午線輪胎的骨架鋼簾線的生產(chǎn)提出了更高的要求[1-2]。鋼絲拉拔潤滑劑分為干式拉絲潤滑劑、拉絲油和水基拉絲液。與潤滑能力差的干式潤滑劑和冷卻能力差、油污難以除去的拉絲油相比，水基拉絲液具有良好的潤滑能力與冷卻能力，并且其后處理工藝較簡單，成為目前鋼絲拉拔液發(fā)展的主要方向[3]。

水基拉絲液由基礎(chǔ)油、油性劑、極壓劑、緩蝕劑和固體添加劑等成分構(gòu)成[4-8]。其中油性劑、極壓劑和緩蝕劑對降低鋼絲表面的磨損起主要作用，是提高水基拉絲液性能的關(guān)鍵。

本實(shí)驗(yàn)較系統(tǒng)研究了不同油性劑、極壓劑和緩蝕劑對拉絲液耐磨性能的影響，為開發(fā)耐磨性能優(yōu)異的汽車鋼簾線用拉絲液提供一定的技術(shù)借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

硅油、二乙醇胺、苯并噻唑、乙二胺、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)、甘油、蓖麻油酸、羧酸類油性劑、醇類油性劑、Ⅰ類磷酸酯、Ⅱ類磷酸酯均為工業(yè)品；含氮類極壓劑，自制。

RW 20 D S25高速攪拌機(jī)；MR-S10(G)杠桿四球摩擦試驗(yàn)機(jī)。

1.2 拉絲液制備

將各組分依次加入到三口瓶中，升溫至70 ℃，以200 r/min攪拌1～2 h，使體系變?yōu)榫囿w系，然后再以1 200 r/min攪拌1 h。

1.3 性能檢測

按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12583—98潤滑劑極壓性能測定法進(jìn)行性能檢測。實(shí)驗(yàn)條件為：室溫下分別以長磨時(shí)間10 s，載荷88 kg，轉(zhuǎn)速1 450 r/min；長磨時(shí)間3 600 s，載荷21 kg，轉(zhuǎn)速500 r/min；長磨時(shí)間7 200 s，載荷20.4 kg，轉(zhuǎn)速400 r/min進(jìn)行測試。磨斑直徑為測量三個(gè)鋼球表面磨斑直徑的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同油性劑對拉絲液耐磨性能的影響

脂肪酸、醇和蓖麻油酸是拉絲液中常見的油性劑，其通過各自所具有的極性基團(tuán)吸附于鋼球表面，形成一層定向油狀薄膜，在摩擦中防止鋼球間的直接接觸。因此，油性劑的潤滑性成為影響耐磨性能的關(guān)鍵因素。圖1～圖3分別給出了三種油性劑在不同測試條件下的磨斑直徑。

圖1 油性劑用量對10 s磨斑直徑的影響Fig.1 The influence of the dosage of oiliness agenton the 10 s wear scar diameter

圖2 油性劑用量對3 600 s磨斑直徑的影響Fig.2 The influence of the dosage of oiliness agenton the 3 600 s wear scar diameter

圖3 油性劑用量對7 200 s磨斑直徑的影響Fig.3 The influence of the dosage of oiliness agenton the 7 200 s wear scar diameter

由圖1～圖3可知，隨著油性劑添加量的增多，其對應(yīng)的磨斑直徑降低，拉絲液的耐磨性能提高；三類油性劑中醇類油性劑的整體耐磨性能最好。

2.2 不同極壓劑對拉絲液耐磨性能的影響

相較于油性劑來說，極壓劑所具有的極性基團(tuán)不僅能吸附于金屬表面，而且能在高溫高壓下與金屬反應(yīng)，在表面形成一層極壓膜。極壓膜具有高熔點(diǎn)、性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。極壓膜能承受高壓而不破損，在較高壓力下可防止金屬間的直接接觸，減少金屬的磨耗。圖4～圖6分別給出了不同極壓劑在不同測試條件下的磨斑直徑。

圖4 極壓劑用量對10 s磨斑直徑的影響Fig.4 The influence of the dosage of extreme pressureagents on the 10 s wear scar diameter

圖5 極壓劑用量對3 600 s磨斑直徑的影響Fig.5 The influence of the dosage of extreme pressureagents on the 3 600 s wear scar diameter

圖6 極壓劑用量對7 200 s磨斑直徑的影響Fig.6 The influence of the dosage of extreme pressureagents on the 7 200 s wear scar diameter

由圖4～圖6可知，隨著極壓劑用量的增加，其對應(yīng)的磨斑直徑減少，拉絲液耐磨性能提高。含氮類極壓劑有著更加優(yōu)異的耐磨性能，再加之含氮類極壓劑不含有磷、硫、氯等成分，因此對設(shè)備和環(huán)境沒有腐蝕和污染，是未來的發(fā)展方向。

2.3 不同緩蝕劑對拉絲液耐磨性能的影響

由于拉絲液需要在一段時(shí)間內(nèi)循環(huán)利用，所以溶液中的銅、鋅離子濃度會(huì)隨著拉絲液使用時(shí)間的增加而大幅度提升。因此，拉絲液應(yīng)考慮在銅、鋅離子存在的情況下對鋼絲耐磨性的影響。鐵在弱堿性體系中可穩(wěn)定存在。從電極電勢的角度考慮，由于鐵和水析氫在堿性溶液中的電極電勢相近，因此，當(dāng)銅離子存在時(shí)就會(huì)與鐵和鋅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，增大鋼絲的表面的腐蝕[9]。因此，在拉絲液中添加緩蝕劑可以降低鋼絲表面的磨損程度。表1給出了乙二胺和EDTA-2Na兩種緩蝕劑對拉絲液耐磨性能的影響。

表1 緩蝕劑對磨斑直徑的影響Table 1 Effect of corrosion inhibitor on thewear scar diameter

由表1可知，緩蝕劑EDTA-2Na的耐磨性能明顯高于乙二胺。這可能是由于EDTA-2Na能夠及時(shí)有效地降低拉絲液中銅離子的含量，減少了氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，使鋼絲表面磨損量下降。

3 結(jié)論

(1)脂肪酸、醇和蓖麻油酸三類油性劑中醇類油性劑的耐磨性能最佳。

(2)與磷酸酯類極壓劑相比，含氮類極壓劑有著更加優(yōu)異的耐磨性能。

(3)與乙二胺緩蝕劑相比，EDTA-2Na作為緩蝕劑效果更好，可明顯提高拉絲液的耐磨性能。