汽车钢帘线用拉丝液耐磨性能的研究

闫思梦，张少丹，周尧，许永清，杨旺，赵雄燕，

(1.河北科技大学 材料科学与工程学院，河北 石家庄 050018；2.河北纳泰化工有限公司，河北 石家庄 052160；3.河北省航空轻质复合材料工程实验室，河北 石家庄 050018)

近些年来，随着汽车产业在我国的迅猛发展，对于子午线轮胎的骨架钢帘线的生产提出了更高的要求[1-2]。钢丝拉拔润滑剂分为干式拉丝润滑剂、拉丝油和水基拉丝液。与润滑能力差的干式润滑剂和冷却能力差、油污难以除去的拉丝油相比，水基拉丝液具有良好的润滑能力与冷却能力，并且其后处理工艺较简单，成为目前钢丝拉拔液发展的主要方向[3]。

水基拉丝液由基础油、油性剂、极压剂、缓蚀剂和固体添加剂等成分构成[4-8]。其中油性剂、极压剂和缓蚀剂对降低钢丝表面的磨损起主要作用，是提高水基拉丝液性能的关键。

本实验较系统研究了不同油性剂、极压剂和缓蚀剂对拉丝液耐磨性能的影响，为开发耐磨性能优异的汽车钢帘线用拉丝液提供一定的技术借鉴。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

硅油、二乙醇胺、苯并噻唑、乙二胺、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、甘油、蓖麻油酸、羧酸类油性剂、醇类油性剂、Ⅰ类磷酸酯、Ⅱ类磷酸酯均为工业品；含氮类极压剂，自制。

RW 20 D S25高速搅拌机；MR-S10(G)杠杆四球摩擦试验机。

1.2 拉丝液制备

将各组分依次加入到三口瓶中，升温至70 ℃，以200 r/min搅拌1～2 h，使体系变为均相体系，然后再以1 200 r/min搅拌1 h。

1.3 性能检测

按国家标准GB/T 12583—98润滑剂极压性能测定法进行性能检测。实验条件为：室温下分别以长磨时间10 s，载荷88 kg，转速1 450 r/min；长磨时间3 600 s，载荷21 kg，转速500 r/min；长磨时间7 200 s，载荷20.4 kg，转速400 r/min进行测试。磨斑直径为测量三个钢球表面磨斑直径的平均值。

2 结果与讨论

2.1 不同油性剂对拉丝液耐磨性能的影响

脂肪酸、醇和蓖麻油酸是拉丝液中常见的油性剂，其通过各自所具有的极性基团吸附于钢球表面，形成一层定向油状薄膜，在摩擦中防止钢球间的直接接触。因此，油性剂的润滑性成为影响耐磨性能的关键因素。图1～图3分别给出了三种油性剂在不同测试条件下的磨斑直径。

图1 油性剂用量对10 s磨斑直径的影响Fig.1 The influence of the dosage of oiliness agenton the 10 s wear scar diameter

图2 油性剂用量对3 600 s磨斑直径的影响Fig.2 The influence of the dosage of oiliness agenton the 3 600 s wear scar diameter

图3 油性剂用量对7 200 s磨斑直径的影响Fig.3 The influence of the dosage of oiliness agenton the 7 200 s wear scar diameter

由图1～图3可知，随着油性剂添加量的增多，其对应的磨斑直径降低，拉丝液的耐磨性能提高；三类油性剂中醇类油性剂的整体耐磨性能最好。

2.2 不同极压剂对拉丝液耐磨性能的影响

相较于油性剂来说，极压剂所具有的极性基团不仅能吸附于金属表面，而且能在高温高压下与金属反应，在表面形成一层极压膜。极压膜具有高熔点、性质稳定等特点。极压膜能承受高压而不破损，在较高压力下可防止金属间的直接接触，减少金属的磨耗。图4～图6分别给出了不同极压剂在不同测试条件下的磨斑直径。

图4 极压剂用量对10 s磨斑直径的影响Fig.4 The influence of the dosage of extreme pressureagents on the 10 s wear scar diameter

图5 极压剂用量对3 600 s磨斑直径的影响Fig.5 The influence of the dosage of extreme pressureagents on the 3 600 s wear scar diameter

图6 极压剂用量对7 200 s磨斑直径的影响Fig.6 The influence of the dosage of extreme pressureagents on the 7 200 s wear scar diameter

由图4～图6可知，随着极压剂用量的增加，其对应的磨斑直径减少，拉丝液耐磨性能提高。含氮类极压剂有着更加优异的耐磨性能，再加之含氮类极压剂不含有磷、硫、氯等成分，因此对设备和环境没有腐蚀和污染，是未来的发展方向。

2.3 不同缓蚀剂对拉丝液耐磨性能的影响

由于拉丝液需要在一段时间内循环利用，所以溶液中的铜、锌离子浓度会随着拉丝液使用时间的增加而大幅度提升。因此，拉丝液应考虑在铜、锌离子存在的情况下对钢丝耐磨性的影响。铁在弱碱性体系中可稳定存在。从电极电势的角度考虑，由于铁和水析氢在碱性溶液中的电极电势相近，因此，当铜离子存在时就会与铁和锌发生氧化还原反应，增大钢丝的表面的腐蚀[9]。因此，在拉丝液中添加缓蚀剂可以降低钢丝表面的磨损程度。表1给出了乙二胺和EDTA-2Na两种缓蚀剂对拉丝液耐磨性能的影响。

表1 缓蚀剂对磨斑直径的影响Table 1 Effect of corrosion inhibitor on thewear scar diameter

由表1可知，缓蚀剂EDTA-2Na的耐磨性能明显高于乙二胺。这可能是由于EDTA-2Na能够及时有效地降低拉丝液中铜离子的含量，减少了氧化还原反应的发生，使钢丝表面磨损量下降。

3 结论

(1)脂肪酸、醇和蓖麻油酸三类油性剂中醇类油性剂的耐磨性能最佳。

(2)与磷酸酯类极压剂相比，含氮类极压剂有着更加优异的耐磨性能。

(3)与乙二胺缓蚀剂相比，EDTA-2Na作为缓蚀剂效果更好，可明显提高拉丝液的耐磨性能。