Смазочно-охлаждающие жидкости для алюминия

КЛЮЧЕВЫЕ КОНЦЕПЦИИ

• Легкий, прочный, привлекательный и бесконечно пригодный для повторного использования алюминий набирает обороты.

• Смазочно-охлаждающие жидкости для алюминия представляют собой узкоспециализированную нишу, которая расширяется таким же темпами.

• Поскольку эстетика имеет первостепенное значение во многих случаях применения алюминия, эти жидкости должны делать все то же самое, что и другие жидкости для металлообработки, не окрашивая металл.

Составление рецептур смазочно-охлаждающих жидкостей для алюминия – непростая задача. Разработка высококачественных охлаждающих жидкостей для обработки алюминия особенно сложна, потому что вы уравновешиваете биостабильность или биостойкость со склонностью этих жидкостей окрашивать алюминий. Большинство ингредиентов, используемых для поддержания pH и щелочности, также оставляют пятна. Таким образом, возникает вопрос: жертвуете ли вы щелочностью ради защиты от коррозии? Используете ли вы ингибитор пятен, который может иметь свои негативные последствия? Плюс вам нужна смазывающая способность, которая активируется при относительно низких температурах. Эти добавки также могут стать пищей для бактерий. Клиенты хотят использовать одну жидкость для всего, в том числе для нержавеющей стали, и большинство конечных пользователей выполняют какую-либо переработку, которая имеет свой собственный уникальный набор проблем.

ЧТО ВЫ НЕ ЗНАЕТЕ ОБ АЛЮМИНИИ

Из-за тяжелых испытаний, связанных с очисткой алюминия от руды, алюминий считался более ценным, чем золото или серебро на протяжении большей части 19-го века. В середине 1800-х годов Наполеон III, первый президент Французской Республики, подавал государственные обеды на алюминиевых тарелках. Младших гостей на более дешевых золотых или серебряных тарелках. На самом деле, поскольку более 75 процентов алюминия, когда-либо произведенного, все еще используется сегодня, фольга, которую вы только что использовали, чтобы завернуть остатки сосисок, могла быть потомком одной из тарелок Наполеона III.

Как и другие цветные металлы, алюминий имеет большое преимущество в отношении прочности к весу по сравнению с черными металлами. Алюминий естественно устойчив к коррозии и немагнитен, что делает его предпочтительным материалом для электроники и электропроводки.

Почти весь алюминий изначально извлекался из бокситов, смеси гидрооксидов алюминия, гидроксидов алюминия, глинистых минералов и нерастворимых материалов, таких как кварц, гематит, магнетит, сидерит и гетит. Минералы алюминия в бокситах могут включать гиббсит Al(OH)₃, бемит AlO(OH) и диаспор AlO(OH) ( 1 ). Боксит технически не минерал, а горная порода.

К ведущим странам-производителям бокситов относятся Россия, Китай, Австралия, Бразилия, Индия, Гвинея, Ямайка. Для обработки алюминия требуется значительное количество электроэнергии и, как правило, переработка осуществляется там, где затраты на электроэнергию очень низки. В настоящее время по всему миру действует более 4100 алюминиевых производств и более 155 000 работников алюминиевой промышленности.

Алюминий — самый распространенный природный металл в земной коре. Он легкий, прочный и пригодный для вторичной переработки, а также является одним из наиболее привлекательных недорогих металлов, что делает его идеальным для потребительских товаров, таких как планшеты и смартфоны.

Алюминий почти всегда легируют для улучшения таких свойств, как прочность. Наиболее распространенными сплавами являются медь, цинк, магний, марганец и кремний. Например, алюминиевая фольга и банки из-под напитков содержат 1-8% сплава.

Для рынков тяжелой промышленности алюминий представляет собой долговечный, прочный, устойчивый к коррозии материал, а также легкий и легко формуемый — все это ключевые характеристики для применения в тяжелой промышленности.

Поскольку алюминий сохраняет свои свойства на неопределенный срок, он бесконечно поддается вторичной переработке и является самым экологически чистым металлом. Процесс переработки алюминия снижает количество энергии, необходимой для производства алюминия, более чем на 90 процентов по сравнению с первичным производством.

Это единственный широко перерабатываемый материал, который с лихвой окупает стоимость собственного сбора. Это довольно примечательно, учитывая, что алюминиевая промышленность ежегодно платит более 800 миллионов долларов за пустые алюминиевые банки.

В то время как банки для напитков составляют наибольшую долю рынка алюминия, доля автозапчастей растет. Одной интересной областью, за которой наблюдает отрасль, является автомобильный сектор, где многие автопроизводители начинают рассматривать возможность использования высокопрочного алюминия военного класса для снижения веса и повышения эффективности использования топлива. В частности, Ford F-150 2015 года — самый продаваемый автомобиль в США — снизил свой общий вес на 300 кг за счет перехода на полностью алюминиевый кузов. За последние несколько лет мы наблюдаем рост поставок алюминиевого листа для автомобилей примерно на 15-20 процентов в год.

Рисунок 1. Применение алюминия.

Существует два способа производства алюминия:

1. Превращение необработанных бокситов в алюминий, добыча бокситов из земли и их электрометаллургическая переработка.

2. Переработка — превращение алюминиевого лома в товарный алюминий.

Рисунок 2. Лом алюминия готовится к переработке.

Оттуда используются различные методы обработки и сплавы, чтобы превратить алюминий в требуемые плотности, формы и прочности. Эти методы включают:

Литье (обычно под давлением) — простой универсальный способ формовки алюминия. Это распространенный способ производства крупносерийных деталей (например, автозапчастей), которые практически не требуют механической обработки.

Листопрокат — включает в себя пропускание алюминия между валками под давлением, которые производят длинные плоские куски алюминиевой пластины, листа и фольги. Лист является наиболее широко используемой формой промышленного алюминия. Его можно найти в кузовах самолетов и автомобилей, банках для еды и напитков и на фасадах зданий.

Экструзия — используется для изготовления более длинных и тонких алюминиевых изделий, таких как стержни, прутки и проволока. Из-за низкой стоимости и гибкости инструментов процесс экструзии способствует быстрой разработке продукта — производители могут ускорить этапы создания прототипа и тестирования, быстро создавая и оценивая проекты. Таким образом производятся заклепки, гвозди, винты и болты, а также потребительские товары, такие как молнии и стяжки. 

Ковка — это процесс, который включает прессование или растирание металла под большим давлением для производства высокопрочных деталей. Существует три основных типа: ковка в открытых штампах, ковка в закрытых штампах и кольцевая ковка. Кованый алюминий идеально подходит для таких применений, как спортивные и гоночные автомобили, где важны производительность, безопасность, скорость и энергоэффективность.

Пигменты и порошки — производятся путем плавления алюминиевых слитков в газовой печи и распыления расплавленного металла в мелкий порошок. Алюминиевые пигменты и порошок встречаются в продуктах, начиная от лосьонов и косметики и заканчивая легким бетоном.  

Требования к смазочно-охлаждающим жидкостям для алюминия

Как правило, алюминий не является требовательным к механической обработке металлом. Фактически, некоторые алюминиевые сплавы можно обрабатывать без смазки или смазочно-охлаждающей жидкости. Учитывая это, логика подсказывает, что можно использовать жидкость общего назначения (и многие люди так делают), но именно здесь возникают проблемы.

Для алюминия не существует универсальных добавок, Алюминий можно обрабатывать или формовать из самых разных сплавов. Эти сплавы имеют разные требования к смазке при обработке, а также могут быть более или менее чувствительными к пятнам алюминия. Следовательно, разработка жидкости для обработки алюминия должна представлять собой тщательно подобранную смесь хорошо подобранных добавок, отвечающую ожиданиям заказчика. Недавней тенденцией в отрасли является использование полусинтетических материалов с высоким содержанием масла, содержащих более 50 процентов масла, которые отвечают многим требованиям, предъявляемым к алюминию.

Таким образом, несмотря на то, что алюминий относительно легко обрабатывать,  для него требуется специальная жидкость, которая обеспечивает следующее:

Рисунок 3. Обработка алюминия на ЧПУ.

Предотвращение образования пятен/коррозии.

В случае с алюминием пятна — это не то же самое, что коррозия. Окрашивание определяется как поверхностный дефект, который не влияет на структурную целостность. Но окрашивание все же крайне нежелательно по двум причинам:

1. Оно может мешать электрическим контактам.

2. Это идет на компромисс с эстетикой, что важно, поскольку алюминий является предпочтительным материалом корпуса для некоторых из самых дорогих электронных устройств в мире.

Пятна обычно бледно-желтые или слегка золотистые. Они могут развиваться, когда синтетические жидкости, одобренные для использования с алюминием, остаются в системе так долго, что ингибиторы истощаются и щелочность повышается. Фактически, наиболее распространенной причиной окрашивания алюминия жидкостями для металлообработки является высокий уровень pH, который растворяет естественный защитный оксидный слой и подвергает деталь коррозии. Пятна могут образовываться даже без присутствия воды, что еще более затрудняет составление рецептур смазочных материалов, не оставляющих пятен.

Охлаждающие жидкости для металлообработки часто имеют pH выше 9, чтобы защитить черные металлы от окрашивания и коррозии. Высокий pH этих синтетических материалов может замедлять коррозию черных металлов, но на самом деле приводит к коррозии цветных металлов  При pH ниже 9 алюминий образует защитный оксид, предотвращающий коррозию. При рН 9 и выше этот защитный оксид меняет химический состав и приобретает темный цвет. Темные пятна обычно неприемлемы для конечного продукта механической обработки.  Присадки могут предотвратить эти пятна. Большинство присадок, которые эффективно предотвращают образование пятен на алюминии, содержат фосфор.

Естественная коррозионная стойкость алюминия — маленькое чудо. При контакте с воздухом на поверхности плавно образуется оксид. Даже если оксид поцарапается, он быстро восстановится. Электрохимический процесс анодирования создает еще более толстый защитный слой. Если ванна для анодирования охлаждается во время процесса, она дает еще более толстое керамическое оксидное покрытие. С другой стороны, алюминий очень уязвим для воздействия водных растворов кислот и щелочей. Большая проблема с охлаждающими жидкостями на водной основе, используемыми при обработке алюминия. Эта коррозия имеет цвет от серого до черного и является результатом высокой щелочности.

Хорошая смазка. 

Проблемы со смазкой алюминия связаны с химическими присадками для смазки, а также со смачиванием охлаждающей жидкости на алюминиевой поверхности. Для стали доступно множество противозадирных присадок, включая хлор, фосфор и серу. Практически все противозадирные присадки проявляют активность в отношении стали. Эти добавки химически связываются с поверхностью железа и предотвращают контакт металла с металлом. Поиск присадок, которые работают с алюминием, когда традиционные граничные присадки, жирные кислоты, не работают, является гораздо более сложной задачей. Присадки  хлора, фосфора и серы могут помочь, но с алюминием это гораздо более специфично для химии. Другими словами, не все эфиры фосфорной кислоты, улучшающие смазывающую способность стали, улучшат смазывающую способность алюминия.

Смачивание хладагентом также более затруднено на алюминиевой поверхности по сравнению со стальной поверхностью. Поверхностная энергия поверхности оксида алюминия значительно ниже, чем у стали, и это свойство затрудняет смачивание охлаждающей жидкостью. Часто смачивающие агенты добавляют специально для смачивания алюминиевой поверхности. Это означает, что важно оценить смачивающие свойства охлаждающей жидкости при работе с алюминием.

Предотвращение образования мыла. 

Мылообразование - еще одна проблема с алюминиевыми охлаждающими жидкостями. Алюминий реагирует с жирными кислотами в водной среде с образованием алюминиевых мыл жирных кислот. Эти мыла имеют тенденцию быть более вязкими и более цепкими на поверхностях, чем другие металлические мыла. По этой причине уровень жирных кислот в алюминиевых охлаждающих жидкостях должен быть по возможности сведен к минимуму. Альтернативный способ решить эту проблему — добавить поверхностно-активное вещество, которое смачивает и диспергирует мыло.

Одна из текущих проблем, связанных с жидкостями для металлообработки алюминия, заключается в том, должны ли жидкости, используемые при высокоскоростных операциях резания, иметь такое же высокое качество, как и низкоскоростные аналоги, принимая во внимание, что высокие скорости резания связаны с более низкими усилиями обработки, лучшее качество поверхности и меньший износ инструмента. Использование и выбор высокоскоростной жидкости для металлообработки может повлиять на производительность обработки и потенциально привести к дальнейшему улучшению качества производимой детали. как срок службы инструмента.

Защита инструмента. 

Хорошая смазочно-охлаждающая жидкость увеличивает срок службы инструмента, уменьшая или устраняя скачки температуры обрабатываемой детали, что обеспечивает более быструю резку и меньшее трение. Он также поддерживает смазку рабочей кромки, уменьшая износ режущего наконечника и предотвращая трение. Недостаток смазывающей способности может привести к образованию наростов на кромке, когда алюминиевые частицы прилипают к инструменту и отрицательно влияют на процесс металлообработки.

Третий способ защиты инструментов смазочными материалами заключается в предотвращении образования ржавчины на компонентах машины. Мы ориентируемся на процесс обработки с наименьшим сроком службы инструмента.

Основные вопросы при выборе типа жидкости.

• при разработке охлаждающей жидкости для алюминия также важно понимать тип операций, используемых в процессе обработки, типы обрабатываемых сплавов и параметры системы, такие как размер поддона и время рециркуляции эмульсионной системы.

• необходимо контролировать пенообразование. Пена является очень плохой смазкой. Но пеногасители — это всего лишь временное решение. Должны начать с ингредиентов с низким пенообразованием, чтобы получить охлаждающую жидкость с низким пенообразованием

• металлообрабатывающая промышленность в целом по-прежнему подвержена влиянию правил REACH, особенно в тех случаях, когда с рынка исчезают основные сырьевые материалы и биоциды. REACH (программа Европейского союза по регистрации, оценке, разрешению и ограничению использования химических веществ) и GHS (согласованная на глобальном уровне система, поддерживаемая Организацией Объединенных Наций) — это две отдельные нормативные программы, которые облегчают и способствуют защите от химических опасностей.

Лучшее решение  PETROFER  для обработки алюминия.

Водосмешиваемые продукты

Petrofer EMULCUT 116 - высокопроизводительная охлаждающая жидкость, без бора и формальдегида, для механической обработки стали, чугуна, алюминиевых сплавов и труднообрабатываемых сплавов. EMULCUT 116 является многофункциональной охлаждающей жидкостью и, таким образом, подходит для различных операций механической обработки.

Petrofer EMULCUT 160 BW - это высокоэффективная охлаждающая жидкость, без содержания бора и формальдегида. Продукт может использоваться на стали, сплавах на основе никеля, титане, нержавеющей стали, сером чугуне, алюминии, меди, латуни, а также на других цветных металлах. Он подходит для следующих операций обработки: токарная обработка, сверление, фрезерование, развёртывание, хонингование, нарезание резьбы, сверление глубоких отверстий и пиление. Мелкодисперсная эмульсия обладает низким содержанием минерального масла, уменьшенной способностью образования тумана и чистой областью обработки.

Petrofer EMULCUT 7150 - водосмешиваемая универсальная смазочно охлаждающая жидкость, рекомендованная для легированной стали, титана, жаропрочных сплавов, чугуна а так же алюминиевых сплавов для прецизионной обработки.

Масла для обработки

Petrofer Superfin 200 F-GA - представляет масло для обработки металлов с исключительно слабым запахом, не содержащее ароматических соединений. В качестве основы используется масло, полученное путем гидрокрекинга. Продукт универсален по своему использованию при тонкой и тончайшей обработке металлов при геометрически неопределённом резании, как, например, при внутреннем и внешнем хонинговании, при финишной и суперфинишной обработке, при особых требованиях к качеству обработанной поверхности, в случае особых требований к точности размеров и формы при одновременном достижении хорошего качества обработанной поверхности.

Petrofer Isocut 10 H/K - это специальное высокоэффективное масло для механической обработки методом шлифования всех видов стали. Продукт был разработан с использованием гидрогенизированного минерального масла с низким содержанием ароматических углеводородов, обеспечивающего минимальные потери на испарение.

Petrofer Isocut TU - подходит для металлообработки от средних до тяжёлых режимов резания, таких, как фрезерование, токарная обработка, сверление (глубокое сверление), нарезание резьбы, протягивание, развертывание, зубошлифование и т.д. ISOCUT TU можно использовать на фрезерных и токарных станках, на автоматах (на станках – автоматах, станках с ЧПУ, в том числе на многошпиндельных и зубонарезных автоматах). Для изготовления передаточных механизмов в автомобильной промышленности ISOCUT TU хорошо себя зарекомендовал особенно при изготовлении корпусов коробок передач из алюминия или магния.