液压管路中的金属离子对水-乙二醇性能的影响研究

大型铸锻件液压管路中的金属离子对水-乙二醇性能的影响研究白敏(中国第二重型机械集团公司大锻所,四川618013)摘要:介绍了用于抗火灾设备液压系统的水乙二醇液压液在铁、镁、钙离子及酸性条件下润滑性能的变化,提出了把脂肪酸转变为脂肪酸酰胺后再加到液压液中以及在液压液中加入HAPP助剂的解决方案。该方案可阻止有害变化,并提高了液压液的润滑性能和稳定性。关键词:水-乙二醇液压液;润滑性;防锈剂;四球试验;脂肪酸中图分类号:TH137文献标识码:A The Research for the Performance of the Water/ Ethanediol Affected by the Metallic Ion in the Hydraulic Pipe Lines Bai Min Abstract: The water/ethanediol hydraulic liquid used for the hydraulic system of the anti -fire equipment has been described in this article, as well as the variation of the lubrication performance under the situation of ferric ion, magnesium ion, calcium ion and the acidic conditions, it is set forth that after converting the fatty acid into the fatty acid amid, it will be added into the hydraulic liquid and the HAPPT accessory ingredient shall be added into the hy- draulic liquid as well, which forms the solution scheme. This scheme may prevent the harmful variation and also im- prove the lubrication performance of the hydraulic liquid as well as the stability Key words: water/ ethanediol hydraulic liquid lubricity antirusting agent; four ball test fatty acid时留下的水、水中的钙、镁、铁离子及无机酸根;管1概述道使用一段时间后,由于种种原因,也会有铁屑等随着时间的推移,20世纪80年代进入我国进入液压液。尽管液压油生产厂家推荐有专用的的水-乙二醇液压液的性能越来越为人们所了冲洗液但仍然不能消除上述成分对液压液的影解,在一些极易发生火灾的场所,如金属冶炼、热响。如二重集团公司的80t电弧炉投入使用时,处理、硅酸盐工业的窑炉操作系统,包括其中的半对液压管道进行冲洗就出现了水乙二醇液压液成品转运传递机械、锻造热加工设备等,因为常处产生大量沉淀,系统清洁度长久达不到要求指标于高温甚至有的还处于与明火接触状态,水-乙的问题。针对这些问题,我们进行了如下研究。二醇液压液成了这些设备润滑系统或液压系统首2水-乙二醇液压液组成及性能选的润滑介质。近几年来二重集团公司随着重大技改工程的实施以及对安全生产的加强,水-乙目前水-乙二醇液压液的组成大同小异。其二醇液压液也得到了进一步的推广使用。如80t中含乙二醇20%~40%、水20%~40%,增粘剂电弧炉,20t真空精炼炉、40t电弧炉等的液压系10%~20%以及10%左右的润滑、防腐、防锈、消统中均使用了水-乙二醇液压液。本文不打算在泡添加剂。这种液压液的低温性能好,倾点在此对它的优点进行详述,只准备就其使用中存在-40℃以下,粘度指数140以上,根据其使用的的不足,特别是新的液压系统初次使用时可能出比例可调制成不同的粘度级别。这些液体都具有现的问题,以及如何克服及解决这些问题提出的润滑性好凝点低、耐水性极佳,具有吸收和溶解办法进行阐述。水分的优点,可以在叶片泵、柱塞泵、齿轮泵的液液压系统初次使用时,在管道中难免有清洗压系统中使用。它受热或在氧化条件下不形成油泥,因此愈来愈受到人们的亲睐。但在较高温度收稿日期:2005-06-0下水分大量蒸发,增粘剂、防锈剂、润滑剂等添加作者简介:白敏(1962-),高级工程师,主要从事材料保护研究。剂析出或分层,且它的耐高压、高负荷的性能不理2005年第3期(总109期)想。因此不能用于压力超过10MPa和温度不能因此微量的金属离子不仅对润滑性能产生不高于65℃的液压系统。良影响,也对抗泡、防锈、防腐、清洁度等指标产生不良影响。那么,金属离子是怎样对液压液产生3现象分析及实验研究不良影响的呢?如前所述,水-乙二醇液压液中水-乙二醇液压液遇到钙、镁、铁离子及无机的主要成份为水和乙二醇,和钙镁、铁离子发生酸根生成沉淀及出现分层,不光造成系统的清洁作用的只能是增粘剂和起润滑、防腐、防锈、消泡度不合格,而且还会恶化液压液的性能。在上述作用的添加剂。从对液压液润滑性能影响检测中有害组分浓度较低时,因为不易为使用者发现其发现,这些离子对润滑性能影响非常明显,即四球引起的后果更为严重。为了解这些组分数量与液试验的磨斑直径变大很多。我们知道,只有液压压润滑性能变化的关系,在液压液中加入不同数液中存在的极性大的物质被较牢固地吸附在金属量的钙、镁、铁离子后,我们对液压液润滑性能的表面上,形成紧密的油膜后液压液才具有较好的变化进行了测试,测试结果见表1。润滑性即小的磨斑直径。具有这种性质的化合物表1不同金属离子浓度下称为润滑添加剂或油性剂,在一般润滑油中作为水乙二醇液压液的润滑性能油性剂使用的有油酸、硫化油、氯化油、各种动植 Table. 1 The lubrication performance物油脂、硫化硬脂酸、各种高级醇、高级酯、胺类 of the water/ethanediol hydraulie liquid with different metallic ion concentration等。在水-乙二醇液压液中除由环氧乙烷或环氧铁离子浓度/钙离子浓度/镁离子浓度/磨斑直径/丙烷聚合制得的聚醇起润滑作用外,还使用上述 x10-5mol x10-5mol x10-mol mm矿物润滑油中使用的润滑添加剂,如各种脂肪酸1.22.71.4141.7等。脂肪酸中的羟基、羧基与金属表面有较强亲4.65.11.97.38.1和性的组分,牢固地吸附在金属表面上,形成比较6.32.2紧固而极薄的单分子或几个分子的薄层,其最底注:磨斑直径的测定条件为20℃下30min24、1200ming部的一层的极性端,实质上和金属表面的氧化层从表1可知,当液压液中进入极少量钙、镁、发生了半化学和半物理的吸附。那么,引起液压铁离子后,液压液的润滑性能就会变得很差。另液润滑性能下降的原因是否就是那些金属离子与外还对铁离子浓度为1.2×10-mol钙离子浓度润滑添加剂发生了反应呢?为了验证这一想法就为2.7×10-mol镁离子浓度为1.4×10-6mol必须对它进行试验分析。液压液的其它指标进行了检测,检测结果及检测为此我们对表3所示的四种水乙二醇液压方法标准如表2所示。液进行了分析试验。其过程大致是取一定数量的表2金属离子对液压液其它性能的影响液压液加入规定数量的自来水,对生成的沉淀分 Table.2 The influence to the other performance离过滤然后烘干得到的沉淀,将其制样压片并作 of the hydraulic liquid by the metallic ion红外光谱分析即得知其成分。分析发现生成的沉检测项目检测结果检测方法标准淀物为饱和脂肪酸的钙、镁、铁皂。粘度(40℃)/mm2·s-149 GB/T265表3分析检测与金属离子反应的组分粘度指数178GB/T1995 Table. 3 The constitutions between the pH8.0酸度计测 analysis detecting and metallic ion reaction空气释放值(50℃)/min118SH/t0308样品编号样品中脂肪酸脂肪酸的脂肪酸种类液相锈蚀(蒸馏水)含量(%)碳链长度试棒出现锈点CB/T11143<3 C8腐蚀(50℃×3h)铜片铜片轻度变色GB/T5096泡沫性:1234<3 C8<3升温至24℃150/14<3C101升温至93.5℃150/20B/T12579降温至24℃150/9闪点和燃点无GB/T35364减小及消除影响的措施倾点/℃-25GB/T3535当液压液中起润滑作用的脂肪酸与金属离子清洁度无法评级1S04021发生作用之后,两个金属表面相互摩擦运动时,如果承受较大的或带冲击、振动性的负荷,则不能再28大型铸锻件保持流体润滑状态,而呈边界润滑或更糟糕的干表4加入 HAPPT助剂后摩擦润滑状态。据介绍当油膜厚度降低到2×金属离子存在状态的变化 Table.4 The variation of the metallic ion existing after10-mm以下,或油膜出现破损时,润滑油的性能 the HAPPT accessory ingredient added几乎完全与粘度无关,而主要取决于润滑油中的AP浓铁离子浓度钙离子浓度镁离子浓度润滑添加剂的性能。在水-乙二醇液压液中则取度/×10-×10-5mol×10-5mol×10-mol决于所加入的脂肪酸的性能。因此,避免脂肪酸07.3816.3与金属离子的相互作用是保证液压液性能的关15无游离态铁离子无游离态钙离子无游离态镁离子键。30无游离态铁离子无游离态钙离子无游离态镁离子要避免或消除这些金属离子对液压液的不良影响,可选用的方法有:①从液压液中将这些离子表5 HAPPT助剂不同浓度下的分离除去;②加入能和钙、镁、铁离子作用且生成液压液的主要性能 Table.5 The main performance of the物不产生有害影响,又不和液压液中的其它成分 hydraulic liquid under the different concentration作用的合适的成分。 of the HAPPT accessory ingredient度在10以内的饱和脂肪酸,它们的加入量也较度/10锈性贮藏稳定性消泡性斑直径如前所述,液压液中的润滑添加剂为碳链长 HAPPT浓 mm10合格无沉淀、无分层0.00.38低,但它作为提高润滑剂润滑性能的添加剂,是液15合格无沉淀、无分层0.00.38压液中摩擦付产生边界润滑时保持最小油膜必不可少的组分。根据已有的研究知道,脂肪酸的润40合格无沉淀、无分层0.00.38滑强弱关键取决于它和金属离子生成的皂。当润注:磨斑直径的测定条件是60min、392N、1200/min;防锈滑剂附着在摩擦付表面生成皂后,就产生出加强性试验按GB11120检测,贮藏稳定性和消泡性均采用GB6144中润滑膜及减小磨损的效果;短碳链的脂肪酸的化推荐的方法进行检测。学活性强,可能造成金属表面的腐蚀,同时这些短据资料介绍,通常使用的C8脂肪酸作水碳链脂肪酸也会引起金属表面的聚乙二醇润滑膜乙二醇液压液的润滑剂,是在50~60℃的温度下破裂。考虑到直接加入的脂肪酸会同系统中的金将其加到水中,为改善其润滑性能,我们将C8脂属离子发生反应,碳链在一定范围内越长减摩作肪酸和1,4氧氮杂环己烷在催化剂作用下预先反用越好等特点,我们打算改变加入的脂肪酸种类应制得脂肪酸酰胺,然后按一定比例将它溶解于及形态以及加入能够阻止金属离子产生有害影响水即得所用的液压液。为了得到理想的酰胺,我的助剂。们对C8脂肪酸和1,4氧氮杂环己烷在不同反应(1)HAPPT助剂的使用浓度对性能的影响条件下所得产物的性能进行了实验,实验结果见我们选用 HAPPT助剂来阻止金属离子对液表6压液的有害影响。该助剂在水溶液中能够和钙、表6不同反应条件下产物的性能 Table.6 The performance of the fruitage under镁、铁离子形成稳定络合物,25℃下它们的络合 the different reaction condition常数均大于102,大大高于钙、镁、铁等金属与脂厂8氧杂环反应温度反应时间磨斑直径肪酸生成皂的反应常数 HAPPT助剂的分子结摩尔分数摩尔分数℃ min mm构为高分子聚合磷酸盐,在液压系统使用条件下0.670.32145800.770.230.71120800.62它不能和水-乙二醇液压液中的其它组分发生反0.450.49170800.38应。我们就助剂的使用浓度及其对液压0.810.17185800.68液的影响进行了实验,实验结果见表4。由实验可知极微量的 HAPPT助剂即可掩蔽因而选用C8脂肪酸摩尔分数为0.45,1,4氧液压液中足量的钙、镁、铁离子。氮杂环己烷摩尔分数为0.49在130℃下反应80确定了 HAPPT助剂对金属离子的掩蔽作用min,将所得产物按1.5%浓度加到水中,其液压之后,加入不同浓度的APP助剂后液压液的各液的润滑性能为:四球试验60min、392N、1200项性能指标发生了以下变化(见表5)。r/min的磨斑直径是0.38mm(2)脂肪酸加入方式的影响(3)效果在使用的水-乙二醇液压液中加入适量的2005年第3期(总109期) HAPPT助剂及脂肪酸酰胺后,钙、镁、铁离子对液表7各项目的检测方法与本文第三部分的相压液的性能有何影响?为了评价上述措施的效应项目的检测方法相同;液压液中加入的脂肪酸果,我们在含有 HAPPT助剂、脂肪酸酰胺的水酰胺浓度为1.5%, HAPPT助剂浓度为10×10-6乙二醇液压液中加入不同浓度的钙、镁、铁离子这种调整后的水-乙二醇液压液使新的液压管路后,检测了它们润滑性能、抗泡、防锈、防腐、清洁清洁度达到SSA7的用量是通常水-乙二醇液压度几项指标,其结果见表7液的1/3,液压液实际使用寿命也有所延长,液压表7加入 HAPPT助剂、脂肪酸酰胺后系统的性能无异常变化。在金属离子存在下液压液性能 Table. The hydraulic liquid performance under the 5 condition of metallic ion existing after the HAPPT accessory ingredient and fatty acid amid added从以上研究,得出如下结论:金属离子金属离子金属离子①金属离子进入使用中的水-乙二醇液压液性能指标浓度1浓度2浓度3将对其润滑性能、抗泡、防锈、防腐、清洁度等指标造成有害影响。钙离子浓度/×10-mol1.24.67.3②对以脂肪酸为润滑添加剂的水-乙二醇液铁离子浓度/×10-5mol2.75.18.1,十压液,本文根据所作的实验研究提出采用先将脂镁离子浓度/×10-6mol1.43.26.3肪酸转变为脂肪酸酰胺后再加到液压液中,同时粘度(40℃)/mm2·s-145.245.245.2在液压液中加入微量的 HAPPT助剂的方法改善粘度指数195195195 ph9.39.39.3其使用性能。③微量的 HAPPT助剂和低浓度的脂肪酸酰空气释放值(50℃)/min222胺即可抑制大浓度的金属离子对液压液的有害影液相锈蚀(蒸馏水)合格合格合格响。实验得出的 HAPPT助剂及脂肪酸酰胺使用腐蚀(50℃×3h)/铜片合格合格合格量对水-乙二醇液压液的其它性能无不利影响。泡沫性升温至24℃150/0150/0150/0④实验选择的 HAPPT助剂加入浓度合理,脂升温至93.5℃150/0150/0150/0肪酸酰胺的合成参数恰当,加入到液压液中起润降温至24℃150/0150/0150/0滑作用的组分形态就能有效避免金属离子对液压闪点和燃点无无无液的有害影响。倾点/℃-25-25-25责任编辑龙礼建清洁度666磨斑直径/mm0.380.380.38(上接第26页)参考文献在凝固过程和高温下能否充分和同时起到下列作1李秋书等Re-k-n复合变质剂在高铬白口铸铁中的作用用:J]铸造设备研究,2001(2)16-181)起变质剂作用:细化奥氏体晶粒;控制奥2王仲稀土高铬磨球的稳定化生产[J]铸造设备研究,2001氏体、碳化物结晶;减少非金属夹杂、改变夹杂形3李荣德等铸铁质量及其控制技术[M]机械工业出版社态。1998:1~192)起脱氧剂、脱硫剂和去气剂作用:净化铁4肖柯则铸件质量控制及缺陷分析[M].兵器工业出版社,液,净化晶界,增强抗“衰退”能力。1993:47~773)起还原剂作用:在凝固过程和高温下还原责任编辑龙礼建被氧化、硫化的合金元素,保证变质和其它处理过程冶金质量以及凝固组织及形态的稳定性。