液体润滑剂(lIquid   lubricants)

常温下呈液态，工作温度下也呈液态的润滑剂。是金属塑性加工过程中使用最广的润滑剂。使用时用喷射，涂抹的方法把液体润滑剂加到变形区内，使工模具与变形金属间被一层液体薄膜分隔开，从而起到润滑和冷却作用。

液体润滑剂通常可分为纯油型(包括矿物油和动植物油)和水溶型两类。

矿物油   指从石油中提炼并精制而成的机油。由于来源丰富，成本低廉，到19世纪中期已在工业上大量使用。矿物油的基本组分是烃类，主要元素是碳和氢(其中碳含量85%～87%，氢含量11%～14%)，它以石油为原料，在常压蒸馏时提取汽油、煤油、柴油等馏分。在残余物中得到重油。重油经减压蒸馏，获得一系列馏分的油，如工业用机油、气缸油、透平油、航空润滑油、齿轮油、仪表用油、锭子油、变压器油等，通称矿物油。矿物油按提炼时所用原油种类分为石蜡烃基原油、环烷烃基原油和混合烃基原油，但都由脂肪烃(石蜡烃)、环烷烃和环芳烃组成(表1)。脂肪烃属饱和烃类，碳原子在分子中以单价键相连，其余的原子价为氢原子所饱和、与其他烃类相比、其粘度最小，且随温度的变化也小，在高温下的抗氧化性最差。环烷烃具有环状结构，是原油中含量最多的基本组分，粘度较高，其粘度和粘温性对润滑油的性能有决定性作用。在高温下易氧化。

醇是烃类的衍生物，其氢原子被一价的羟基OH所取代。按取代氢原子的羟基数目，醇类分为一元醇、二元醇、三元醇、四元醇和多元醇等。三元醇以下的低分子醇在通常条件下为液体，均能与水以各种比例混合，随着分子量的增加，在水中的溶解度急剧降低。二元醇中的乙二醇广泛用于生产合成脂肪酸酯这类工艺润滑剂。三元醇中最重要的是丙三醇，它与有机一元脂肪酸反应生成酯(甘油三棕榈酸酯、甘油三硬脂酸酯、甘油三油酸酯)，而构成了天然脂肪和油。脂肪在催化剂(酸、碱)作用下皂化成丙三醇和脂肪酸。四元醇称为季戊四醇，系结晶物质。脂肪酸用季戊四醇聚酯化制成轧制润滑剂。一元醇和多元醇的润滑性能见表2。随分子量的增加，润滑性能也提高。

低粘度矿物油因价廉，且退火时不留油斑而广泛用作冷轧润滑剂。通过对延伸系数、摩擦系数和变形区润滑层厚度等进行研究和评价，矿物油的润滑性能随着矿物油粘度的提高而得到改善，从而使延伸系数增加。矿物油中加入少量的不饱和脂肪酸(油酸)、饱和脂肪酸(硬脂酸)和脂肪酸甘油三酸酯(棉子油)，并不增加矿物油的润滑能力。因为矿物油属非极性物质，只能在金属表面形成非极性物理吸附膜，润滑性能较差，在压力加工中较少直接用作润滑剂，往往只作为润滑油的基础油，用作润滑剂时，还需添加各种油性添加剂。只有大量添加脂肪酸和脂肪(添加量达20%～30%)，才能显著改善矿物油的润滑性能。

动、植物油脂(天然脂肪酸)   从动物基体或植物种子中提炼所得到的油或脂肪。其分子组成除碳、氢元素外，还含有氧元素，因此，在性质上与矿物油相比有许多不同之处。动植物油脂中，通常把20℃以下为液态者称为油，20℃以下为固态者称为脂肪。一般脂肪的最高熔点约为51℃。所有动植物油脂都不溶于水。动植物油脂的粘度随压力及温度的变化较小。

动植物脂肪的主要成分是脂肪酸和混合甘油酯、混合甘油酯系由两种以上脂肪酸所组成。动植物油脂内所含的脂肪酸主要有硬脂酸、棕榈酸及油酸，它们决定着动植物油脂的润滑性能。动植物油脂中所含高级脂肪酸的碳原子数一般都在C₁₂～C₂₀之间，尤以C₁₆及C₁₈为最多。其中饱和脂肪酸主要有十二酸、十四酸、十六酸、十八酸和二十酸；不饱和脂肪酸主要有油酸、亚油酸、亚麻油酸及桐油酸等。一些动植物油的理化性能见表3。

动植物油脂中各种脂肪酸的分子内均有属极性基端的羧基，很容易吸附在金属表面形成极性分子的物理吸附膜。同时这些脂肪酸也易与金属氧化物反应生成各种脂肪酸盐(皂)而成为极性分子的化学吸附膜。因此，在金属塑性加工过程中使用动植物油脂作润滑剂时，润滑表面形成两种吸附膜可大大提高润滑效果。并可获得光洁的制品表面。但由于动植物油脂的资源有限，除在少数情况下直接应用外，一般都作为油性添加剂，加入到基础油中混合使用，或与水配制成乳化液使用。

水溶型润滑剂(乳液)    一定比例的油与水、再添加必需的乳化剂相混合后，使油以微小的液珠悬浮于水中，构成了稳定的水溶型润滑剂，即乳化液。动植物油脂或添加了油性剂、极压剂的矿物油，虽具有良好的润滑性能，但冷却性能差。因此在许多塑性加工过程中，特别是在高速热轧、冷轧及拉拔时，为了冷却工模具、控制辊型，以获得良好的制品形状和尺寸精度，保证所要求的润滑性能，常常采用水溶型润滑剂。

乳化液的分类和组成在一般情况下，矿物油与水是不相溶的，为了构成稳定的乳状液，必须添加乳化剂，使油水间产生乳化作用，从而使油能以微小的液珠悬浮于水中。此外，为了提高乳化液中矿物油的润滑性能，还需要添加油性剂。因此，通常的乳化液由基础油(一般为矿物油)，乳化剂，油性添加剂和水4种组分组成。

常见的乳液有两类：(1)水包油型(O／w)。金属压力加工中常使用这种乳液，这时油为分散相，水是连续相。采用负离子型表面活性乳化剂易形成(O／w型乳液，其中用得最早的是皂类，即长链脂肪酸盐。脂肪酸以甘油三酸酯的形式存在于天然动植物油脂中，用它所制得的皂往往是几种脂肪酸盐的混合物，其性质也因所用油脂而异。(2)油包水型(W／O)。钙、镁等二价金属皂作乳化剂时易形成W／O型乳液。这种类型的乳液，使用范围极有限。

乳化液的性能要求    主要有以下几点：(1)乳化液的稳定性。稳定性好的乳化液可以延长寿命，保证长期连续作业；油箱中不需要设搅拌装置油渣等就能上浮，由撇油器连续排除，从而可防止乳化液劣化。选择有效的乳化剂，尽可能降低油水界面张力，使界面产生定向吸附，形成较强的界面膜。该膜对分散的液珠有保护作用，在相互碰撞时不易聚结，这样才能获得稳定的乳液。一般来说，油相分散得较细的乳液是比较稳定的，但润滑性要差一些。(2)湿润性。乳化剂是表面活性剂，它能促进表面湿润，它又是清洗剂，能去除污垢，同时又是分散剂，能促使颗粒保持分散。然而最好的乳化剂也很难具备各种最佳性能。因此，在需要润湿性时，还须加入浸润剂等添加物。(3)低泡沫。由于乳化剂降低了表面张力，因而可以促进泡沫形成，这是润滑剂所不希望的。一般要加入少量消泡剂，使泡沫降至最低限度。(4)合成聚合物能被乳化。

特殊用途的乳化液。为满足特殊用途，往往要研究特殊的乳化液配方。更多的是多种添加剂复合使用，可以进一步改进乳化液的性能。

乳液的热分离性    在乳液喷射到轧辊及变形金属表面的流动过程中，由于受热分解而破坏了乳液的稳定状态。分离出来的油吸附在接触界面上，形成润滑油膜，起到防粘降磨的作用，而水则起冷却作用。这一过程被称为乳液的热分离过程。乳化液的润滑冷却作用，除与基础油及添加剂的性质有关外，很大程度上取决于乳液的热分离性。它代表了乳液中的油分迅速覆盖工模具与变形金属表面的性能(即离水展着性)、是衡量乳液使用性能的重要指标。若在室温下就出现油一水分离或在使用温度下油一水也不分离，这两种极端情况都不能很好地起到润滑作用。凡对乳液的热分离性有影响的因素，如基础油与添加剂的浓度与性质，乳液中油珠的大小，乳液的老化情况，乳液、轧辊和轧件的温度等，对乳液使用效果都有影响。

乳化液的质量控制    使用水溶性润滑剂比使用纯油性润滑剂问题复杂，使用中要经常进行有关润滑剂性能数据的测试，及时调整乳化液的必要性能指标。主要控制项目有：(1)润滑剂浓缩物中含有少量水分，因此必须防冻，也应防止温度过高。混合容器中应带有加热、温控和搅拌装置；(2)定期检查水的硬度、氯化物和硫酸盐的浓度，蒸发残余物和微生物的含量；(3)定期测定润滑剂的浓度；(4)测定和计算乳化液颗粒大小及分布状况。颗粒小表示乳液有较高的稳定性和较低的润滑性；(5)定期测定乳化液的pH值，可用石蕊试纸和电测法；(6)乳液的腐蚀试验；(7)乳液的稳定性测试；(8)乳化液残余物的测定；(9)乳液发泡情况的测定；(10)乳液微生物侵蚀污染试验。

液体润滑剂的性能指数与要求    矿物油与动植物油脂在特性上有所不同，在金属塑性加工中，矿物油多用作基础油，而动植物油常用作提高润滑性能的油性添加剂。为了描述其使用性能，常常用到下面一些性能参数。

粘度    是衡量润滑剂流动阻力的参数，它对金属塑性加工过程影响很大。常用两种表示方法：(1)动力粘度(绝对粘度)，表示单位面积所受的阻力，用表示，单位为帕•秒(Pa•s)；(2)运动粘度，以v表示，单位为二次方米每秒(m²／s)。两种粘度的换算关系为式中ρ为润滑油的密度。

粘度指数     衡量润滑油的粘度随温度及压力变化程度的指数。可以分为：(1)粘度温度指数。它是粘度随温度变化程度的指数，其数值越大，表示粘度随温度的变化越小，即润滑剂的粘一温性能越好。(2)粘度压力指数，反映润滑油粘度随压力变化程度的指数。数值大，表示粘度随压力增加的程度也大。

闪点与着火点    润滑油被加热至某‘温度，用火苗点引，能发生闪火而燃烧，但随即又熄灭，此时的温度称为闪点。当油温继续升高，所产生的油气能维持燃烧，此时的温度称为着火点。通常润滑油的闪点与着火点温度相差10^oC左右。

酸值与皂化值    酸值是衡量润滑油中酸含量的指标，用中和lg润滑油内的酸所需要的氢氧化钾毫克数[皂化值(KOH)／mg^— •g^—1]来表示。皂化值用以测定动植物油中脂肪酸的含量，通常也以皂化1g油样所需的氢氧化钾毫克数[皂化值(KOH)／mg^— •g^—1]来表示。

抗污染性    指在金属塑性加工中使用工艺润滑剂后不污染制品的性能，尤其是在加工或其后的热处理过程中不使制品表面出现腐蚀斑、污染斑、碳迹斑及油迹斑等。