March 31, 2020

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“中国制造2025”对金属加工润滑剂提出了更高的要求
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中国已经跻身世界最大生产国,钢铁、主要有色金属和工程机械生产量和销售量均居世界首位。“中国制造2025”预计到2045年,中国这个世界上人口最多的国家不仅是制造大国,也将成为具有全球引领影响力的制造强国。这也意味着制造业将发展成为具有先进性、创新性、智能性、能源节约性和可持续性特点的行业。

Zhang Chenhui博士在澳门举办的2018“ F+L Week”年会上发言时讲到,金属加工相关行业的快速发展对该地区金属加工润滑油的政策制定和消耗产生了相当的影响。这为金属加工液带来发展机遇的同时,也对效率、精准性和表面质量提升提出了更高的要求,环保要求也更加严格。

Professor Zhang Chenhui, speaking at F+L Week 2018 in Macao.

Zhang于2004年毕业于北京的清华大学并获得了博士学位,在水基润滑、超级润滑以及表面涂层技术领域具有丰富经验。他是国家杰出青年科学基金(2013)获得者,曾先后在《朗格缪尔(Langmuir)》、《软物质(Soft Matter)》和《应用表面科学》等知名期刊发表了60篇论文,均被科学引文索引数据库收录。

2017年,全球金属加工液消耗量有望达到250万吨。中国是金属加工润滑油的消费大国,而且每年仍以7% -20%的惊人增长率飞速增长。但是,Zhang认为中国和许多亚洲国家的消费者会因为价格因素继续采用矿物基润滑油,他预计合成基加工业有望借助其优越的性能(比如增加工具使用寿命,实现优越的表面光洁度)在亚洲地区迎来飞速发展。

机加工(35%)和汽车(35%)行业是中国主要的金属加工液用户,金属器皿行业居第三位(12%),但其占比与前两位相差甚远。在金属加工领域,金属切割和成型对金属加工液的消耗量最大,约占全部金属加工液的74%,随后是保护(13%)和处理领域。

在中国,对金属加工液具有依赖性的工业的发展推动了润滑油的市场需求量。Zhang说:“需求量不断扩大的同时,对性能的要求也越来越高。”这位清华大学教授在演讲中简要介绍了几种性能发展趋势,其中包括金属加工液将更加多功能化、更加定制化、更加环保,以及新型润滑方法和不同金属具有不同的润滑剂要求。

Zhang强调,金属加工工艺的发展对基油、添加剂和水基润滑油提出了更高的要求,迫使金属加工液向更加多功能方向发展,从而满足多样化的客户需求。客户的期望功能包括冷却、润滑、清洁、防污、稳定性、抗菌,以及绿色环保。

他确认说,虽然金属加工液存在向多功能或者 “通用型”方法发展的趋势,根据客户的工艺要求进行金属加工液定制也将是一大趋势。

环保法规日趋严格,消费者的环保意识也不断提高。Zhang认为会有越来越多的化学物质遭到禁止,因此也越来越需要安全、健康、环保和生物稳定性更强的技术。金属加工液普遍存在赤潮、水体生物危害、水体污染等生态环境问题,并可能引起皮肤过敏、呼吸道刺激和爆炸等安全和健康问题。

Zhang着重介绍了一系列润滑油技术对各类金属加工工艺的要求。

虽然他认为有很多种形成方式,但通常侧重于高压高温环境条件下的可清除性、润滑性和粘度。金属成形加工的摩擦是干摩擦、液体摩擦和界面摩擦的混合状态,如果润滑不足,会造成平板缺陷和表面缺陷。

轧制工艺具有速度较高、表面加工质量提升、宽度加大、厚度变小、大压下量,以及轧制后表面张力控制的趋势。Zhang强调,上述要求迫切需要高质量的轧制液。基础油应保持较低的粘度,以尽量降低膜的厚度,而且其应保持较低的硫和芳烃含量、高闪点、较窄的沸程。添加剂要求包括较高的润滑性能、良好的经济效率和稳定的性能。Zhang介绍说,如果可以使用水基润滑剂,此类润滑剂应具有良好的环保性,润滑性能充分,腐蚀性有待进一步降低。

‘China 2025’ place higher demands on metalworking lubricants切削过程中,工件和工具间的相对运动会除去多余金属,获得需要的形状和精度。适当的润滑是降低切削温度的关键因素,并能提升表面质量,去除切屑,延长工具使用寿命,提升机加工精度。Zhang说基油应具备足够的粘度,以形成弹性流体动力润滑(EHL)膜,溶解添加剂。添加剂能够迅速渗入切削区,起到润滑和防磨保护作用。

铝镁合金由于其质量轻和节能特点,目前的应用范围日趋广泛。Zhang认为,此类有色金属合金的机加工液需要解决耐硬水稳定性和有色金属腐蚀等关键问题。钛合金、钴基合金和镍基合金等较难生产的金属通常用于航空、船舶制造和医药行业,其切割液必须能够提升表面质量,实现优质润滑性能,从而将工具的“严重”磨损最小化。合适的加工液也可以提升机加工速度,提高效率。

合成材料因其较轻的重量和较高的强度而获得了日益广泛的应用。Zhang说,应用最广泛的工程结构材料是纤维增强复合材料,比如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料和硼纤维增强复合材料。复合材料广泛用于铁路运输、船舶和能源领域。复合材料技术要求包括工具抗磨损和导热性、提升表面质量、降低粉尘污染。

最后,Zhang介绍了向微量润滑技术转移的趋势,这一技术在中国称为微量润滑系统(MQL)。这一技术具有润滑剂体积较小、切削液维护量少、成本低、环保、节能等诸多优势,并且更有利于清除切屑。因此,越来越多的公司开始采用这一工艺,但是Zhang也警告说为了保证实现更好的润滑性、极压性能和更快的成膜速度,该技术的润滑性要求比其他常规技术高得多。
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