專利名稱：一種鋁合金的潤滑方法
技術領域：
本發(fā)明涉及潤滑工藝領域，更具體地說，涉及一種鋁合金的潤滑方法。
背景技術：
冷鍛是對物料再結晶溫度以下的成型加工，是在回復溫度以下進行的鍛造。生產(chǎn)中習慣把不加熱毛坯進行的鍛造稱為冷鍛。冷鍛材料大都是室溫下塑性較好的金屬材料 ，例如鋁及其合金。冷鍛件表面質量好，尺寸精度高，能代替一些切削加工。冷鍛能使金屬強化，提高零件的強度。本領域的技術人員知道，冷鍛前需要對待加工工件進行潤滑，以便于待加工工件的成型和脫模。通常金屬成型脫模工藝可采用液態(tài)潤滑、固態(tài)潤滑和化學潤滑工藝進行潤滑。液態(tài)潤滑工藝一般采用油脂和稀釋劑混合有機物作為潤滑劑，此潤滑劑制備簡單，但是由于鋁合金精密冷鍛技術的特殊性，液態(tài)潤滑劑存在大量的局限性，具體來說1、由于精密冷鍛技術的產(chǎn)品尺寸小，特征多，液態(tài)潤滑劑容易占據(jù)模具型腔造成產(chǎn)品特征成型不完全，引起產(chǎn)品缺陷；2、金屬材料，例如鋁合金在冷鍛的過程中產(chǎn)生大量的熱量使得產(chǎn)品表面的局部溫度很高，使得一些具有揮發(fā)性的稀釋劑和低沸點的有機物受熱汽化造成模具局部受力大而易產(chǎn)生裂紋，大大縮短了模具的壽命。固態(tài)潤滑工藝是機械式的處理方法，采用一種起潤滑作用的滑石粉并利用機械外力作用附著于工件表面，這種潤滑工藝會在成型前破壞工件本身，導致產(chǎn)品外觀面缺陷，使得外觀件的產(chǎn)品良率很低而且潤滑效果一般。目前，本領域常采用化學潤滑工藝對冷鍛成型的待加工工件進行潤滑，化學潤滑工藝通常對金屬工件表面進行磷化處理后再進行皂化處理，即先在工件表面附著一層磷化膜，使工件表面粗糙，然后進行皂化處理，此種潤滑工藝很好的解決了上述兩種潤滑的缺點，而且潤滑效果較好。然而，由于工件表面附著的磷化膜的組織疏松、附著力差，在工件成型過程中，磷化膜容易脫落，堵塞模具引起產(chǎn)品缺陷；并且，在上述現(xiàn)有的化學潤滑工藝中，磷化處理一般要求在85°C高溫下進行，在操作過程中較為繁瑣且危險系數(shù)較高，并且處理時間長(一般在3-5min以上)，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要旨在解決現(xiàn)有的化學潤滑工藝形成的磷化膜的組織疏松、附著力差，不具有良好的潤滑效果的技術問題。本發(fā)明提供了一種鋁合金的潤滑方法，包括以下步驟磷化處理將鋁合金放置于磷化液中進行浸泡，所述磷化液中含有Zn (H2PO4)2和硬脂酸，其中，所述Zn (H2PO4)2的濃度為35-45g/L，硬脂酸的濃度為O. 5-1 g/L ；
改性處理將磷化處理后的鋁合金放置于脂肪鈉中進行浸泡。在本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法中，所述磷化液中還含有氟化鈉，所述氟化鈉的濃度為 2-4g/L。在本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法中，所述磷化液中還含有添加劑，所述添加劑選自硫酸銅、硫酸鈣、硝酸錳中的一種或幾種。在本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法中，所述添加劑包含硫酸銅、硫酸鈣以及硝酸錳。在本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法中，在所述磷化液中，硫酸銅的濃度為O. 5-1 g/L,硫酸鈣的濃度為1-2 g/L，硝酸錳的濃度為6-8 g/L。在本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法中，所述磷化液的總酸度為40-45，游離酸度為2_4。在本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法中，在磷化處理步驟中，所述磷化液的工作溫度為50-85 °C，浸泡時間為30-60秒。 在本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法中，在潤滑處理步驟中，所述脂肪酸鈉的工作溫度為常溫，浸泡時間為15-75秒。在本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法中，所述磷化處理之前，還包括前處理步驟，所述前處理包括對鋁合金進行除油，然后對除油后的鋁合金進行清洗。本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法的磷化處理步驟將鋁合金基材浸泡于本發(fā)明的磷化液中，在鋁合金基材的表面形成磷化膜，所述磷化膜的組織致密、膜厚均勻，與基材的結合力好；在潤滑處理步驟，將形成有磷化膜的基材在脂肪鈉中浸泡后，基材的磷化膜的表面又形成一層硬脂酸鈉，該硬脂酸鈉層在鋁合金基材的成型和鋁合金制品的脫模過程中能夠起到較好的潤滑作用，能夠有效提高鍛造后的產(chǎn)品的良率和生產(chǎn)效率。


圖I是本發(fā)明對比例I制備的具有磷化膜的鋁合金基體的SEM圖。圖2是本發(fā)明實施例I制備的具有磷化膜的鋁合金基體的SEM圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。本發(fā)明提供了一種鋁合金的潤滑方法，包括以下步驟
步驟I、除油所述除油的目的是除去鋁合金基材表面的油脂及其氧化物，并且使鋁合金表面活化。除油的方法為本領域技術人員所公知。在本發(fā)明中，可將鋁合金基材浸入酸洗液中浸洗10-50S，所述酸洗液選自總酸度為40-50，游離酸度(PH值)為1_2的酸性溶液，例如可采用磷酸含量為8wt%的酸性溶液；采用所述酸洗液除油的工作溫度為常溫至60°C，即酸洗液的溫度為常溫至60°C，時間為3-6分鐘。步驟2、清洗所述清洗工序所用的水為現(xiàn)有技術中的各種水，如市政自來水、去離子水、蒸餾水、純凈水等，本發(fā)明優(yōu)選為去離子水，PH值為7±0.5。水洗次數(shù)沒有特別限制，只要將鋁合金表面的酸洗液充分去除洗凈即可，優(yōu)選情況下，在保障洗凈的基礎上，為了提高效率，所述清洗優(yōu)選溢流漂洗，時間一般為5-30s。上述步驟1、2為前處理步驟，其作用是使鋁合金的表面清潔、適合進行后續(xù)的磷化處理。
步驟3、磷化處理將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，在鋁合金基材的表面形成皮膜(即磷化膜)；所述磷化液中含有Zn (H2PO4) 2和硬脂酸，并且選擇性地含有氟化鈉以及添加劑，所述添加劑選自硫酸銅、硫酸鈣、硝酸錳中的一種或幾種，磷化液的溶劑可以為現(xiàn)有的能夠將上述原料溶解的各種溶劑，優(yōu)選去離子水。優(yōu)選地，所述磷化液同時含有Zn(H2PO4)2、硬脂酸、氟化鈉以及添加劑，并且所述添加劑選自硫酸銅、硫酸鈣以及硝酸錳中的一種或幾種。具體來說，所述Zn(H2PO4)2為白色結晶或粘稠狀液體，溶于水和酸，水溶液呈酸性，為磷化液的主要成分，用于生成磷化膜的主要成分，包括含結晶水的磷化鋅和磷化鋁，在本發(fā)明的磷化液中，所述Zn (H2PO4) 2的濃度為35-45g/L。所述硬脂酸由油脂水解制備，主要用于提升磷化膜的潤滑效果，并且用于與脂肪鈉生成硬脂酸鈉，在本發(fā)明的磷化液中，所述硬脂酸的濃度為O. 5-1 g/L。所述的氟化鈉(NaF)能夠作磷化促進劑，使磷化液穩(wěn)定，磷化細化，改良磷化膜性能；并且，氟化鈉能夠與鋁合金基材反應生成Na3AlF6，使得磷化膜的表面獲得一定的粗糙 度，便于后續(xù)生成的硬脂酸鈉的附著；同時，所述氟化鈉在酸性環(huán)境下與氧化鋁反應加快了磷化速度，使得采用本發(fā)明的磷化液對鋁合金基材進行處理的時間縮短為30-60S。所述的添加劑用于改善磷化膜的性能，硫酸銅和硫酸鈣可擇一使用，其主要作用是改變鋁合金基材表面的磷化層的晶粒結構、膜層質量和附著力，硝酸錳的主要作用是提高磷化層的抗腐蝕性能。具體來說，硫酸銅中的銅離子可以使磷化膜光滑致密、顏色變深、膜厚增加，提高磷化膜的覆蓋率；硫酸鈣中的鈣離子能夠形成非結晶性的、致密并且結合力強的鈣磷化膜；硝酸錳中的錳離子能夠細化磷化膜的晶粒，使得磷化膜致密；硫酸銅、硫酸鈣、硝酸錳中的硫酸根離子、硝酸根離子則可以降低腐蝕電流，提高磷化膜的厚度和防護性。在本發(fā)明的磷化液中，硝酸錳的濃度為6-8 g/L，硫酸銅的濃度為O. 5-1 g/L，硫酸鈣的濃度為1-2 g/L。優(yōu)選地，本發(fā)明的磷化液中同時添加有硫酸銅、硫酸鈣中的一種、以及硝酸錳，更優(yōu)選地，本發(fā)明的磷化液中同時添加有硫酸銅、硫酸鈣以及硝酸錳，能夠使得磷化膜組織均勻、致密，與鋁合金基材的附著力良好，并且抗腐蝕性能佳?？刂票景l(fā)明的磷化液的總酸度為40-45，游離酸度為2-4，磷化液的工作溫度為50-85°C，為中溫磷化處理，采用上述配方和溫度的磷化液對鋁合金基材進行處理，即可在鋁合金基材的表面形成一層磷化膜，該磷化膜組織均勻、致密，與基材的結合力好，相對于現(xiàn)有的磷化液的工作溫度較低，并且成膜速度較快，工藝易于操作。并且，在本發(fā)明中，所述磷化膜中含有硬脂酸，可以提高材料流動性，潤滑模具，潤滑效果較佳。步驟4、潤滑處理將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡；所述脂肪鈉是由脂肪酸和NaOH反應生成的一種油性潤滑物質。在磷化處理后，無需清洗可直接將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡，所述磷化膜中的硬脂酸與脂肪鈉反應，在鋁合金基材的磷化膜表面又形成一層硬脂酸鈉，該硬脂酸鈉層可以提高材料流動性，潤滑模具，在鋁合金基材的成型和鋁合金制品的脫模過程中能夠起到較好的潤滑作用。所述潤滑處理的時間沒有特別限制，只要能在鋁合金基材的表面附著一層均勻的硬脂酸鈉層即可，為了使鋁合金表面均勻附著一層硬脂酸鈉層并且節(jié)約時間，優(yōu)選地，所述浸泡時間為15-75s。值得一提的是，由于鋁合金的冷鍛需要材料的流動性好，而且在粗鍛和精鍛過程中都比較劇烈。如果單獨選用磷化處理，則由于在冷鍛過程中的劇烈流動性，會導致鋁合金表面的磷化膜很快脫落或堆積在一起，起不到潤滑的目的。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在磷化處理之后再進行潤滑處理，由于采用本發(fā)明的磷化液浸泡后在鋁合金基材上生成的磷化膜的厚度均勻、致密，與鋁合金基材的附著力良好，并且在所述潤滑處理過程中，脂肪鈉與磷化膜中的硬脂酸反應生成硬脂酸鈉層，該硬脂酸鈉層與磷化層具有較好的結合力，同時，硬質酸鈉層比較光滑，摩擦力較小，在與磷化膜結合的情況下，可以長久的起到潤滑的作用。經(jīng)過上述潤滑處理后的鋁合金基材即可置于鍛壓模具內(nèi)進行鍛壓成型鋁合金制品，由于所述鋁合金基材表面具有與基材附著力良好的磷化膜以及形成于磷化膜上的具有較好的潤滑作用的硬脂酸鈉層，因而，在鍛壓過程和脫模過程中，不會影響鋁合金制品的成型和脫I旲，從而大大提聞制品的生廣效率和良率。下面通過具體的實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
實施例I
該實施例用來說明本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法；
步驟I、前處理1)除油將磷酸含量為8wt%的酸性溶液IOOOmL加熱到40°C。將鋁合金基材在上述溶液中用清洗5分鐘，取出，降溫至室溫；3)水洗再將鋁合金基材在純水中漂洗I分鐘；
步驟2、磷化處理
1)、配制磷化液以去離子水為溶劑配制IL磷化液，所述磷化液的總酸度調節(jié)為40，游離酸度調節(jié)為3，在磷化液中，各組分的含量為
Zn (H2PO4)2 :40g/L、硬脂酸:lg/L、氟化鈉2g/L、硫酸銅lg/L、硫酸鈣2g/L、硝酸錳8g/L ；
2)磷化處理將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為65°C，浸泡時間為30s，得到表面具有磷化膜的鋁合金基材Al ；
步驟3、潤滑處理將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為常溫，浸泡時間為70s，得到表面具有硬脂酸鈉層和磷化膜的鋁合金基材BI。實施例2
該實施例用來說明本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法；
步驟I、前處理1)除油將磷酸含量為8wt%的酸性溶液IOOOmL加熱到40°C。將鋁合金基材在上述溶液中用清洗5分鐘，取出，降溫至室溫；3)水洗再將鋁合金基材在純水中漂洗I分鐘；
步驟2、磷化處理
1)、配制磷化液以去離子水為溶劑配制IL磷化液，所述磷化液的總酸度調節(jié)為45，游離酸度調節(jié)為4，在磷化液中，各組分的含量為
Zn (H2PO4) 2 :40g/L、硬脂酸lg/L、硫酸銅lg/L、硫酸鈣2g/L、硝酸錳8g/L ；
2)磷化處理將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為75°C，浸泡時間為70s，得到表面具有磷化膜的鋁合金基材A2 ；
步驟3、潤滑處理將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為常溫，浸泡時間為70s，得到表面具有硬脂酸鈉層和磷化膜的鋁合金基材B2。實施例3
該實施例用來說明本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法；
步驟I、前處理1)除油將磷酸含量為8wt%的酸性溶液IOOOmL加熱到40°C。將鋁合金基材在上述溶液中用清洗5分鐘，取出，降溫至室溫；3)水洗再將鋁合金基材在純水中漂洗I分鐘；
步驟2、磷化處理
1)、配制磷化液以去離子水為溶劑配制IL磷化液，所述磷化液的總酸度調節(jié)為45，游離酸度調節(jié)為4，在磷化液中，各組分的含量為Zn (H2PO4) 2 :45g/L、硬脂酸0. 5g/L、氟化鈉4g/L、硫酸鈣2g/L、硝酸錳7g/L ；
2)磷化處理將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為55°C，浸泡時間為30s，得到表面具有磷化膜的鋁合金基材A3 ；
步驟3、潤滑處理將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為常溫，浸泡時間為50s，得到表面具有硬脂酸鈉層和磷化膜的鋁合金基材B3。實施例4
該實施例用來說明本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法；
步驟I、前處理1)除油將磷酸含量為8wt%的酸性溶液IOOOmL加熱到40°C。將鋁合金基材在上述溶液中用清洗5分鐘，取出，降溫至室溫；3)水洗再將鋁合金基材在純水中漂洗I分鐘；
步驟2、磷化處理
1)、配制磷化液以去離子水為溶劑配制IL磷化液，所述磷化液的總酸度調節(jié)為40，游離酸度調節(jié)為2，在磷化液中，各組分的含量為
Zn (H2PO4) 2 :45g/L、硬脂酸0. 5g/L、氟化鈉3g/L、硫酸銅0. 5g/L、硝酸錳6g/L ；
2)磷化處理將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為65°C，浸泡時間為40s，得到表面具有磷化膜的鋁合金基材A3 ；
步驟3、潤滑處理將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為常溫，浸泡時間為70s，得到表面具有硬脂酸鈉層和磷化膜的鋁合金基材B3。實施例5
該實施例用來說明本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法；
步驟I、前處理1)除油將磷酸含量為8wt%的酸性溶液IOOOmL加熱到40°C。將鋁合金基材在上述溶液中用清洗5分鐘，取出，降溫至室溫；3)水洗再將鋁合金基材在純水中漂洗I分鐘；
步驟2、磷化處理
1)、配制磷化液以去離子水為溶劑配制IL磷化液，所述磷化液的總酸度調節(jié)為40，游離酸度調節(jié)為3，在磷化液中，各組分的含量為
Zn (H2PO4) 2 :45g/L、硬脂酸0. 5g/L、氟化鈉2g/L、硫酸銅0. 5g/L、硫酸鈣lg/L ；
2)磷化處理將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為65°C，浸泡時間為50s，得到表面具有磷化膜的鋁合金基材A3 ；
步驟3、潤滑處理將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡，浸泡條件為工作溫度為常溫，浸泡時間為70s，得到表面具有硬脂酸鈉層和磷化膜的鋁合金基材B3。對比例I
將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，所述磷化液為石英粉、氧化鋯、氧化鋅和磷酸的混合物。所述石英粉、氧化鋯、氧化鋅和磷酸的重量百分比為I :1-2 :5-7 :5-7，處理溫度為85V，處理時間為5min，得到表面具有磷化膜的鋁合金基材Cl ；
將磷化處理后的鋁合金基材放置于皂化液中進行皂化處理，所述皂化液為硬脂酸鈉和磷酸三鈉的混合物，所述硬脂酸鈉和磷酸三鈉的重量百分比為I :1-1. 5。所述皂化處理的作用是在鋁合金表面形成固體潤滑層，處理溫度為85°C，處理時間為2min，得到表面具有 磷化膜和潤滑層的鋁合金基材D1。測試方法
I、外觀用肉眼觀察鋁合金結構件的外觀，對實施例1-5的具有磷化膜的鋁合金基材A1-A5，以及對比例I的具有磷化膜的鋁合金基材Cl進行表面觀察，結果見表I。表 I
權利要求
1.一種鋁合金的潤滑方法，其特征在于包括以下步驟 磷化處理將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，所述磷化液中含有Zn (H2PO4)2和硬脂酸，其中，所述Zn (H2PO4) 2的濃度為35-45g/L，硬脂酸的濃度為O. 5-1 g/L ； 潤滑處理將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡。
2.如權利要求I所述的鋁合金的潤滑方法，其特征在于所述磷化液中還含有氟化鈉，所述氟化鈉的濃度為2-4g/L。
3.如權利要求I所述的鋁合金的潤滑方法，其特征在于所述磷化液中還含有添加劑，所述添加劑選自硫酸銅、硫酸鈣、硝酸錳中的一種或幾種。
4.如權利要求3所述的鋁合金的潤滑方法，其特征在于所述添加劑包含硫酸銅、硫酸鈣以及硝酸錳。
5.如權利要求3所述的鋁合金的潤滑方法，其特征在于在所述磷化液中，硫酸銅的濃度為O. 5-1 g/L，硫酸鈣的濃度為1-2 g/L，硝酸錳的濃度為6-8 g/L。
6.如權利要求1-5任意一項所述的鋁合金的潤滑方法，其特征在于所述磷化液的總酸度為40-45，游離酸度為2-4。
7.如權利要求1-5任意一項所述的鋁合金的潤滑方法，其特征在于在磷化處理步驟中，所述磷化液的工作溫度為50-85°C，浸泡時間為30-60秒。
8.如權利要求I所述的鋁合金的潤滑方法，其特征在于在潤滑處理步驟中，所述脂肪酸鈉的工作溫度為常溫，浸泡時間為15-75秒。
9.如權利要求I所述的鋁合金的潤滑方法，其特征在于所述磷化處理之前，還包括前處理步驟，所述前處理包括對鋁合金進行除油，然后對除油后的鋁合金進行清洗。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋁合金的潤滑方法，包括以下步驟磷化處理將鋁合金基材放置于磷化液中進行浸泡，所述磷化液中含有Zn(H2PO4)2和硬脂酸，其中，所述Zn(H2PO4)2的濃度為35-45g/L，硬脂酸的濃度為0.5-1g/L；潤滑處理將磷化處理后的鋁合金基材放置于脂肪鈉中進行浸泡。本發(fā)明的鋁合金的潤滑方法將鋁合金基材浸泡于本發(fā)明的磷化液中，在鋁合金基材的表面形成磷化膜，磷化膜的組織致密、膜厚均勻，與基材的結合力好；然后將形成有磷化膜的基材在脂肪鈉中浸泡后，基材的表面又形成一層硬脂酸鈉，硬脂酸鈉層在鋁合金基材的成型和鋁合金制品的脫模過程中能夠起到較好的潤滑作用，提高鋁合金制品的良率。
文檔編號C23C22/07GK102808169SQ20111014379
公開日2012年12月5日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權日2011年5月31日
發(fā)明者段水亮, 劉爭勝, 秦鋒, 郭強 申請人:比亞迪股份有限公司