专利名称：一种铝合金的润滑方法
技术领域：
本发明涉及润滑工艺领域，更具体地说，涉及一种铝合金的润滑方法。
背景技术：
冷锻是对物料再结晶温度以下的成型加工，是在回复温度以下进行的锻造。生产中习惯把不加热毛坯进行的锻造称为冷锻。冷锻材料大都是室温下塑性较好的金属材料 ，例如铝及其合金。冷锻件表面质量好，尺寸精度高，能代替一些切削加工。冷锻能使金属强化，提高零件的强度。本领域的技术人员知道，冷锻前需要对待加工工件进行润滑，以便于待加工工件的成型和脱模。通常金属成型脱模工艺可采用液态润滑、固态润滑和化学润滑工艺进行润滑。液态润滑工艺一般采用油脂和稀释剂混合有机物作为润滑剂，此润滑剂制备简单，但是由于铝合金精密冷锻技术的特殊性，液态润滑剂存在大量的局限性，具体来说1、由于精密冷锻技术的产品尺寸小，特征多，液态润滑剂容易占据模具型腔造成产品特征成型不完全，引起产品缺陷；2、金属材料，例如铝合金在冷锻的过程中产生大量的热量使得产品表面的局部温度很高，使得一些具有挥发性的稀释剂和低沸点的有机物受热汽化造成模具局部受力大而易产生裂纹，大大缩短了模具的寿命。固态润滑工艺是机械式的处理方法，采用一种起润滑作用的滑石粉并利用机械外力作用附着于工件表面，这种润滑工艺会在成型前破坏工件本身，导致产品外观面缺陷，使得外观件的产品良率很低而且润滑效果一般。目前，本领域常采用化学润滑工艺对冷锻成型的待加工工件进行润滑，化学润滑工艺通常对金属工件表面进行磷化处理后再进行皂化处理，即先在工件表面附着一层磷化膜，使工件表面粗糙，然后进行皂化处理，此种润滑工艺很好的解决了上述两种润滑的缺点，而且润滑效果较好。然而，由于工件表面附着的磷化膜的组织疏松、附着力差，在工件成型过程中，磷化膜容易脱落，堵塞模具引起产品缺陷；并且，在上述现有的化学润滑工艺中，磷化处理一般要求在85°C高温下进行，在操作过程中较为繁琐且危险系数较高，并且处理时间长(一般在3-5min以上)，效率低。
发明内容
本发明要旨在解决现有的化学润滑工艺形成的磷化膜的组织疏松、附着力差，不具有良好的润滑效果的技术问题。本发明提供了一种铝合金的润滑方法，包括以下步骤磷化处理将铝合金放置于磷化液中进行浸泡，所述磷化液中含有Zn (H2PO4)2和硬脂酸，其中，所述Zn (H2PO4)2的浓度为35-45g/L，硬脂酸的浓度为O. 5-1 g/L ；
改性处理将磷化处理后的铝合金放置于脂肪钠中进行浸泡。在本发明的铝合金的润滑方法中，所述磷化液中还含有氟化钠，所述氟化钠的浓度为 2-4g/L。在本发明的铝合金的润滑方法中，所述磷化液中还含有添加剂，所述添加剂选自硫酸铜、硫酸钙、硝酸锰中的一种或几种。在本发明的铝合金的润滑方法中，所述添加剂包含硫酸铜、硫酸钙以及硝酸锰。在本发明的铝合金的润滑方法中，在所述磷化液中，硫酸铜的浓度为O. 5-1 g/L,硫酸钙的浓度为1-2 g/L，硝酸锰的浓度为6-8 g/L。在本发明的铝合金的润滑方法中，所述磷化液的总酸度为40-45，游离酸度为2_4。在本发明的铝合金的润滑方法中，在磷化处理步骤中，所述磷化液的工作温度为50-85 °C，浸泡时间为30-60秒。 在本发明的铝合金的润滑方法中，在润滑处理步骤中，所述脂肪酸钠的工作温度为常温，浸泡时间为15-75秒。在本发明的铝合金的润滑方法中，所述磷化处理之前，还包括前处理步骤，所述前处理包括对铝合金进行除油，然后对除油后的铝合金进行清洗。本发明的铝合金的润滑方法的磷化处理步骤将铝合金基材浸泡于本发明的磷化液中，在铝合金基材的表面形成磷化膜，所述磷化膜的组织致密、膜厚均匀，与基材的结合力好；在润滑处理步骤，将形成有磷化膜的基材在脂肪钠中浸泡后，基材的磷化膜的表面又形成一层硬脂酸钠，该硬脂酸钠层在铝合金基材的成型和铝合金制品的脱模过程中能够起到较好的润滑作用，能够有效提高锻造后的产品的良率和生产效率。
图I是本发明对比例I制备的具有磷化膜的铝合金基体的SEM图。图2是本发明实施例I制备的具有磷化膜的铝合金基体的SEM图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明提供了一种铝合金的润滑方法，包括以下步骤
步骤I、除油所述除油的目的是除去铝合金基材表面的油脂及其氧化物，并且使铝合金表面活化。除油的方法为本领域技术人员所公知。在本发明中，可将铝合金基材浸入酸洗液中浸洗10-50S，所述酸洗液选自总酸度为40-50，游离酸度(PH值)为1_2的酸性溶液，例如可采用磷酸含量为8wt%的酸性溶液；采用所述酸洗液除油的工作温度为常温至60°C，即酸洗液的温度为常温至60°C，时间为3-6分钟。步骤2、清洗所述清洗工序所用的水为现有技术中的各种水，如市政自来水、去离子水、蒸馏水、纯净水等，本发明优选为去离子水，PH值为7±0.5。水洗次数没有特别限制，只要将铝合金表面的酸洗液充分去除洗净即可，优选情况下，在保障洗净的基础上，为了提高效率，所述清洗优选溢流漂洗，时间一般为5-30s。上述步骤1、2为前处理步骤，其作用是使铝合金的表面清洁、适合进行后续的磷化处理。
步骤3、磷化处理将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，在铝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，并且选择性地含有氟化钠以及添加剂，所述添加剂选自硫酸铜、硫酸钙、硝酸锰中的一种或几种，磷化液的溶剂可以为现有的能够将上述原料溶解的各种溶剂，优选去离子水。优选地，所述磷化液同时含有Zn(H2PO4)2、硬脂酸、氟化钠以及添加剂，并且所述添加剂选自硫酸铜、硫酸钙以及硝酸锰中的一种或几种。具体来说，所述Zn(H2PO4)2为白色结晶或粘稠状液体，溶于水和酸，水溶液呈酸性，为磷化液的主要成分，用于生成磷化膜的主要成分，包括含结晶水的磷化锌和磷化铝，在本发明的磷化液中，所述Zn (H2PO4) 2的浓度为35-45g/L。所述硬脂酸由油脂水解制备，主要用于提升磷化膜的润滑效果，并且用于与脂肪钠生成硬脂酸钠，在本发明的磷化液中，所述硬脂酸的浓度为O. 5-1 g/L。所述的氟化钠(NaF)能够作磷化促进剂，使磷化液稳定，磷化细化，改良磷化膜性能；并且，氟化钠能够与铝合金基材反应生成Na3AlF6，使得磷化膜的表面获得一定的粗糙 度，便于后续生成的硬脂酸钠的附着；同时，所述氟化钠在酸性环境下与氧化铝反应加快了磷化速度，使得采用本发明的磷化液对铝合金基材进行处理的时间缩短为30-60S。所述的添加剂用于改善磷化膜的性能，硫酸铜和硫酸钙可择一使用，其主要作用是改变铝合金基材表面的磷化层的晶粒结构、膜层质量和附着力，硝酸锰的主要作用是提高磷化层的抗腐蚀性能。具体来说，硫酸铜中的铜离子可以使磷化膜光滑致密、颜色变深、膜厚增加，提高磷化膜的覆盖率；硫酸钙中的钙离子能够形成非结晶性的、致密并且结合力强的钙磷化膜；硝酸锰中的锰离子能够细化磷化膜的晶粒，使得磷化膜致密；硫酸铜、硫酸钙、硝酸锰中的硫酸根离子、硝酸根离子则可以降低腐蚀电流，提高磷化膜的厚度和防护性。在本发明的磷化液中，硝酸锰的浓度为6-8 g/L，硫酸铜的浓度为O. 5-1 g/L，硫酸钙的浓度为1-2 g/L。优选地，本发明的磷化液中同时添加有硫酸铜、硫酸钙中的一种、以及硝酸锰，更优选地，本发明的磷化液中同时添加有硫酸铜、硫酸钙以及硝酸锰，能够使得磷化膜组织均匀、致密，与铝合金基材的附着力良好，并且抗腐蚀性能佳。控制本发明的磷化液的总酸度为40-45，游离酸度为2-4，磷化液的工作温度为50-85°C，为中温磷化处理，采用上述配方和温度的磷化液对铝合金基材进行处理，即可在铝合金基材的表面形成一层磷化膜，该磷化膜组织均匀、致密，与基材的结合力好，相对于现有的磷化液的工作温度较低，并且成膜速度较快，工艺易于操作。并且，在本发明中，所述磷化膜中含有硬脂酸，可以提高材料流动性，润滑模具，润滑效果较佳。步骤4、润滑处理将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡；所述脂肪钠是由脂肪酸和NaOH反应生成的一种油性润滑物质。在磷化处理后，无需清洗可直接将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡，所述磷化膜中的硬脂酸与脂肪钠反应，在铝合金基材的磷化膜表面又形成一层硬脂酸钠，该硬脂酸钠层可以提高材料流动性，润滑模具，在铝合金基材的成型和铝合金制品的脱模过程中能够起到较好的润滑作用。所述润滑处理的时间没有特别限制，只要能在铝合金基材的表面附着一层均匀的硬脂酸钠层即可，为了使铝合金表面均匀附着一层硬脂酸钠层并且节约时间，优选地，所述浸泡时间为15-75s。值得一提的是，由于铝合金的冷锻需要材料的流动性好，而且在粗锻和精锻过程中都比较剧烈。如果单独选用磷化处理，则由于在冷锻过程中的剧烈流动性，会导致铝合金表面的磷化膜很快脱落或堆积在一起，起不到润滑的目的。本发明的发明人发现在磷化处理之后再进行润滑处理，由于采用本发明的磷化液浸泡后在铝合金基材上生成的磷化膜的厚度均匀、致密，与铝合金基材的附着力良好，并且在所述润滑处理过程中，脂肪钠与磷化膜中的硬脂酸反应生成硬脂酸钠层，该硬脂酸钠层与磷化层具有较好的结合力，同时，硬质酸钠层比较光滑，摩擦力较小，在与磷化膜结合的情况下，可以长久的起到润滑的作用。经过上述润滑处理后的铝合金基材即可置于锻压模具内进行锻压成型铝合金制品，由于所述铝合金基材表面具有与基材附着力良好的磷化膜以及形成于磷化膜上的具有较好的润滑作用的硬脂酸钠层，因而，在锻压过程和脱模过程中，不会影响铝合金制品的成型和脱I旲，从而大大提闻制品的生广效率和良率。下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例I
该实施例用来说明本发明的铝合金的润滑方法；
步骤I、前处理1)除油将磷酸含量为8wt%的酸性溶液IOOOmL加热到40°C。将铝合金基材在上述溶液中用清洗5分钟，取出，降温至室温；3)水洗再将铝合金基材在纯水中漂洗I分钟；
步骤2、磷化处理
1)、配制磷化液以去离子水为溶剂配制IL磷化液，所述磷化液的总酸度调节为40，游离酸度调节为3，在磷化液中，各组分的含量为
Zn (H2PO4)2 :40g/L、硬脂酸:lg/L、氟化钠2g/L、硫酸铜lg/L、硫酸钙2g/L、硝酸锰8g/L ；
2)磷化处理将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为65°C，浸泡时间为30s，得到表面具有磷化膜的铝合金基材Al ；
步骤3、润滑处理将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为常温，浸泡时间为70s，得到表面具有硬脂酸钠层和磷化膜的铝合金基材BI。实施例2
该实施例用来说明本发明的铝合金的润滑方法；
步骤I、前处理1)除油将磷酸含量为8wt%的酸性溶液IOOOmL加热到40°C。将铝合金基材在上述溶液中用清洗5分钟，取出，降温至室温；3)水洗再将铝合金基材在纯水中漂洗I分钟；
步骤2、磷化处理
1)、配制磷化液以去离子水为溶剂配制IL磷化液，所述磷化液的总酸度调节为45，游离酸度调节为4，在磷化液中，各组分的含量为
Zn (H2PO4) 2 :40g/L、硬脂酸lg/L、硫酸铜lg/L、硫酸钙2g/L、硝酸锰8g/L ；
2)磷化处理将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为75°C，浸泡时间为70s，得到表面具有磷化膜的铝合金基材A2 ；
步骤3、润滑处理将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为常温，浸泡时间为70s，得到表面具有硬脂酸钠层和磷化膜的铝合金基材B2。实施例3
该实施例用来说明本发明的铝合金的润滑方法；
步骤I、前处理1)除油将磷酸含量为8wt%的酸性溶液IOOOmL加热到40°C。将铝合金基材在上述溶液中用清洗5分钟，取出，降温至室温；3)水洗再将铝合金基材在纯水中漂洗I分钟；
步骤2、磷化处理
1)、配制磷化液以去离子水为溶剂配制IL磷化液，所述磷化液的总酸度调节为45，游离酸度调节为4，在磷化液中，各组分的含量为Zn (H2PO4) 2 :45g/L、硬脂酸0. 5g/L、氟化钠4g/L、硫酸钙2g/L、硝酸锰7g/L ；
2)磷化处理将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为55°C，浸泡时间为30s，得到表面具有磷化膜的铝合金基材A3 ；
步骤3、润滑处理将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为常温，浸泡时间为50s，得到表面具有硬脂酸钠层和磷化膜的铝合金基材B3。实施例4
该实施例用来说明本发明的铝合金的润滑方法；
步骤I、前处理1)除油将磷酸含量为8wt%的酸性溶液IOOOmL加热到40°C。将铝合金基材在上述溶液中用清洗5分钟，取出，降温至室温；3)水洗再将铝合金基材在纯水中漂洗I分钟；
步骤2、磷化处理
1)、配制磷化液以去离子水为溶剂配制IL磷化液，所述磷化液的总酸度调节为40，游离酸度调节为2，在磷化液中，各组分的含量为
Zn (H2PO4) 2 :45g/L、硬脂酸0. 5g/L、氟化钠3g/L、硫酸铜0. 5g/L、硝酸锰6g/L ；
2)磷化处理将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为65°C，浸泡时间为40s，得到表面具有磷化膜的铝合金基材A3 ；
步骤3、润滑处理将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为常温，浸泡时间为70s，得到表面具有硬脂酸钠层和磷化膜的铝合金基材B3。实施例5
该实施例用来说明本发明的铝合金的润滑方法；
步骤I、前处理1)除油将磷酸含量为8wt%的酸性溶液IOOOmL加热到40°C。将铝合金基材在上述溶液中用清洗5分钟，取出，降温至室温；3)水洗再将铝合金基材在纯水中漂洗I分钟；
步骤2、磷化处理
1)、配制磷化液以去离子水为溶剂配制IL磷化液，所述磷化液的总酸度调节为40，游离酸度调节为3，在磷化液中，各组分的含量为
Zn (H2PO4) 2 :45g/L、硬脂酸0. 5g/L、氟化钠2g/L、硫酸铜0. 5g/L、硫酸钙lg/L ；
2)磷化处理将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为65°C，浸泡时间为50s，得到表面具有磷化膜的铝合金基材A3 ；
步骤3、润滑处理将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡，浸泡条件为工作温度为常温，浸泡时间为70s，得到表面具有硬脂酸钠层和磷化膜的铝合金基材B3。对比例I
将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，所述磷化液为石英粉、氧化锆、氧化锌和磷酸的混合物。所述石英粉、氧化锆、氧化锌和磷酸的重量百分比为I :1-2 :5-7 :5-7，处理温度为85V，处理时间为5min，得到表面具有磷化膜的铝合金基材Cl ；
将磷化处理后的铝合金基材放置于皂化液中进行皂化处理，所述皂化液为硬脂酸钠和磷酸三钠的混合物，所述硬脂酸钠和磷酸三钠的重量百分比为I :1-1. 5。所述皂化处理的作用是在铝合金表面形成固体润滑层，处理温度为85°C，处理时间为2min，得到表面具有 磷化膜和润滑层的铝合金基材D1。测试方法
I、外观用肉眼观察铝合金结构件的外观，对实施例1-5的具有磷化膜的铝合金基材A1-A5，以及对比例I的具有磷化膜的铝合金基材Cl进行表面观察，结果见表I。表 I
权利要求
1.一种铝合金的润滑方法，其特征在于包括以下步骤 磷化处理将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，所述磷化液中含有Zn (H2PO4)2和硬脂酸，其中，所述Zn (H2PO4) 2的浓度为35-45g/L，硬脂酸的浓度为O. 5-1 g/L ； 润滑处理将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡。
2.如权利要求I所述的铝合金的润滑方法，其特征在于所述磷化液中还含有氟化钠，所述氟化钠的浓度为2-4g/L。
3.如权利要求I所述的铝合金的润滑方法，其特征在于所述磷化液中还含有添加剂，所述添加剂选自硫酸铜、硫酸钙、硝酸锰中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的铝合金的润滑方法，其特征在于所述添加剂包含硫酸铜、硫酸钙以及硝酸锰。
5.如权利要求3所述的铝合金的润滑方法，其特征在于在所述磷化液中，硫酸铜的浓度为O. 5-1 g/L，硫酸钙的浓度为1-2 g/L，硝酸锰的浓度为6-8 g/L。
6.如权利要求1-5任意一项所述的铝合金的润滑方法，其特征在于所述磷化液的总酸度为40-45，游离酸度为2-4。
7.如权利要求1-5任意一项所述的铝合金的润滑方法，其特征在于在磷化处理步骤中，所述磷化液的工作温度为50-85°C，浸泡时间为30-60秒。
8.如权利要求I所述的铝合金的润滑方法，其特征在于在润滑处理步骤中，所述脂肪酸钠的工作温度为常温，浸泡时间为15-75秒。
9.如权利要求I所述的铝合金的润滑方法，其特征在于所述磷化处理之前，还包括前处理步骤，所述前处理包括对铝合金进行除油，然后对除油后的铝合金进行清洗。
全文摘要
本发明提供了一种铝合金的润滑方法，包括以下步骤磷化处理将铝合金基材放置于磷化液中进行浸泡，所述磷化液中含有Zn(H2PO4)2和硬脂酸，其中，所述Zn(H2PO4)2的浓度为35-45g/L，硬脂酸的浓度为0.5-1g/L；润滑处理将磷化处理后的铝合金基材放置于脂肪钠中进行浸泡。本发明的铝合金的润滑方法将铝合金基材浸泡于本发明的磷化液中，在铝合金基材的表面形成磷化膜，磷化膜的组织致密、膜厚均匀，与基材的结合力好；然后将形成有磷化膜的基材在脂肪钠中浸泡后，基材的表面又形成一层硬脂酸钠，硬脂酸钠层在铝合金基材的成型和铝合金制品的脱模过程中能够起到较好的润滑作用，提高铝合金制品的良率。
文档编号C23C22/07GK102808169SQ20111014379
公开日2012年12月5日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者段水亮, 刘争胜, 秦锋, 郭强 申请人:比亚迪股份有限公司