[其他]在冷却润滑剂存在下机械加工铝和铝合金的方法以及冷却润滑剂浓缩物

说明书

本发明涉及在水基冷却润滑剂存在下机械加工铝和铝合金的方法以及用水稀释后可用作为冷却润滑剂的浓缩物。本发明技术特别适用于冷轧。

一般来说，煤油基冷却润滑剂适用于铝的冷轧，但其应用还存在许多不利因素，如烃的排放量大，火灾危险性大且冷却效果有限。冷却效果差又对生产能力产生不利影响。

因此已提出用含特定添加剂的水基乳液代替煤油基冷却润滑剂，其中的添加剂可降低（特别是在高压下）金属表面和加工工具之间的腐蚀和/或摩擦。特别是USP4，243，537和欧洲专利申请115，926提出了这种水基润滑体系，其中包括烷醇胺，羧酸和聚氧化烯的混合物作为润滑剂和防腐剂。USP3，374，171也公开了用于金属加工，如用于机械加工铁的类似润滑剂组合物。

尽管水基冷却润滑体系具有尽人皆知的优点，但还不能广泛用于轧制铝和铝合金，因为其中的润滑剂和防腐剂含量低，致使水锈蚀金属表面且对加工工具的润滑和/或防腐效果差。引起金属铝表面的水锈（即所谓的百锈）的主要原因是冷却润滑剂中添加的有关成分对铝的防腐效果差。尽管增加润滑剂和防腐剂的含量无疑会改善润滑和防腐效果，但在后续的热处理过程中又会有不希望出现的锈蚀问题，这是因为所用冷却润滑剂各成分的残余物已进行了转化，并会烧蚀金属表面。

轧制加工中难于解决的另一问题是在轧制金属表面上会出现轧痕和其它机械损伤，因为金属会从正在轧制的金属坯段上撒裂下来并焊接在轧辊上。在进一步轧制过程中这种不规则轧辊构型会损伤金属表面。

现已发现对铝或铝合金进行有效的冷轧或热轧加工，其中可得到令人满意的润滑和防腐效果，并且在后续的热处理中金属表面不会出现不希望有的锈蚀。本发明中这一效果是这样达到的，即在稳定溶液形态的水基冷却润滑剂存在下于至少20～70℃进行机械加工，润滑剂中含（a）通式为R₁COOH的羧基化合物，其中R₁为具有7～22个碳原子的疏水基团和（b）分子量低于300的烷基烷醇叔胺以及（c）分子量低于400并具有最高为6个碳原子的烃基的水溶性有机增溶剂且胺和羧基化合物之间的碱/酸当量比小于1.0。所谓的“稳定溶液”在本发明中是指在可预见的一段时间即至少1个月内不会分成两相或多相的溶液。

为获得上述优点，首要的是碱/酸当量比小于1.0最好小于0.9，优选为0.5～0.8以获得良好的润滑特性。EP-A-115，926和USP3，374，171公开的仅是当量比大大高于1.0的实施方案。在USP3，374，171中，水溶性烷醇胺诸如三乙醇胺在金属加工流体中用作防腐剂，羧酸可溶于其中且形成相应的盐。除作为防腐剂之外，烷醇胺还于机械零件上形成残余物。这意味着烷醇胺的摩尔用量须比羧酸更大。本发明中，为了避免形成退火残余物，铝表面上的所有残余物都必须降到最低限度。这是使用其用量使碱/酸当量比小于1.0的烷基烷醇叔胺来达到的。本发明的这一当量比一般可形成pH小于8的冷却润滑剂。在空气中，铝表面受到氧化且这一表面在pH＝约8.5～9时一般有一等电位点。本发明方法在等电位点的酸侧进行。

胺化合物的选择也是至关重要的。本发明的烷基烷醇叔胺既有助于形成溶液，又有利于获得防腐性能，同时还不会形成退火残余物。当将USP4，243，537公开的组合物用于铝轧制试验时，所得铝薄板呈现出机械损伤且其退火残余物量不合要求，板面颜色变暗。已发现这些结果至少是部分取决于三乙醇胺的使用。

实际试验表明，冷却润滑剂以稳定溶液形态而不是以乳液存在对轧制特性来说是非常重要的。可推测的是，本发明稳态溶液的动力学特性会得到提高，致使金属表面迅速形成均匀且覆盖良好的羧基和烷基烷醇叔胺保护层，从而阻碍了局部沉淀以及在后续热处理过程中会引起锈蚀的过量残余物的形成。另一重要优点是可避免轧制表面上出现机械损伤。

本发明冷却润滑剂的再一重要优点是易于进行过滤以除去加工过程中形成的杂质。因此本发明冷却润滑剂可重复使用，同时又不会有任何明显的污染，金属催化氧化降解或微生物降解等危险。

本发明的冷却润滑剂除含有羧基化合物（a），烷基烷醇叔胺（b）和增溶剂（c）而外，为了进一步提高润滑效果，还可含有（d）极性且主要为疏水性的非离子化合物。

作为羧基化合物中疏水基团R₁，尽管也可为支化不饱和脂肪基，但优选的是衍生自直链饱和脂肪化合物，特别优选的是含8～17个碳原子的烷基。适宜羧酸的具体例子为壬酸，癸酸，月桂酸，棕榈酸，硬脂酸，油酸，椰子脂酸及其混合物。