Nghiên cứu công nghệ sản xuất dầu bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại

Tổng hợp butyl oleat có các tính chất phù hợp với ứng dụng làm phụ gia trợ trượt cho dầu bôi trơn pha chế. Lựa chọn graphit là chất bôi trơn rắn có tác dụng hữu ích khi làm việc trong quá trình đúc. Đưa ra đơn pha chế và quy trình pha chế 03 loại dầu tách khuôn

VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU BÔI TRƠN

CHO QUÁ TRÌNH ĐÚC NHÔM KIM LOẠI

Thực hiện theo Hợp đồng số 50.12.RD/HĐ-KHCN ngày 19 tháng 3 năm 2012

giữa Bộ Công thương và Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam

Hà Nội, 01/2013

Chủ nhiệm đề tài: TS Đinh Văn Kha Cán bộ tham gia: ThS Đinh Văn Nam ThS Dương Thị Hằng ThS Nguyễn Ánh Thu Hằng

KS Bùi Phạm Nguyệt Hồng

KS Nguyễn Hữu Tùng ThS Đồng Thị Hằng

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 2

MỞ ĐẦU 3

PHẦN 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Quá trình đúc nhôm kim loại 4

1.1.1 Nhôm và vai trò của nhôm trong công nghiệp 4

1.1.2 Quá trình đúc nhôm kim loại 5

1.2 Dầu bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại 9

1.2.1 Giới thiệu về chất bôi trơn cho quá trình đúc 9

1.2.2 Yêu cầu đối với dầu bôi trơn cho quá trình đúc nhôm 10

1.2.3 Thành phần của dầu bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại 11

1.3 Tình hình nghiên cứu về chất bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại 19

1.3.1 Trên thế giới 19

1.3.2 Trong nước 22

PHẦN 2 THỰC NGHIỆM …….25

2.1 Thực nghiệm 25

2.1.1 Nội dung 25

2.1.2 Thực nghiệm 25

2.2 Các phương pháp kiểm tra đánh giá 27

2.2.1 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý 27

2.2.2 Các phương pháp đánh giá tính năng tác dụng 28

2.2.3 Thử nghiệm thực tế tại cơ sở 28

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 Khảo sát, lựa chọn dầu gốc 30

3.1.1 Các dầu gốc khoáng 30

3.1.2 Dầu tổng hợp 31

3.1.3 Dầu thực vật 32

3.2 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia dầu tách khuôn pha chế 34

3.2.1 Nghiên cứu khảo sát các tác nhân trợ trượt 34

3.2.2 Lựa chọn phụ gia ức chế oxi hóa và khảo sát hàm lượng 36

3.2.3 Lựa chọn phụ gia ức chế ăn mòn kim loại 37

3.2.4 Lựa chọn phụ gia tạo nhũ 37

3.3 Đơn pha chế dầu tách khuôn 38

3.4 Thử nghiệm các dầu pha chế tại cơ sở 41

3.5 Thiết lập quy trình công nghệ và triển khai thử nghiệm ở quy mô pilot 43

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined. 

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.2 Sản lượng các hợp kim đúc ở Việt Nam giai đoạn 2020 – 2025 3

Bảng 2.1 Các phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa lý 24

Bảng 3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của dầu SN150,

SN500

28

Bảng 3.2 Chỉ tiêu chất lượng của dầu tổng hợp dimetyl silicon 28

Bảng 3.3 Thành phần, tính chất của dầu lạc 29

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật điển hình của axit oleic và butyl oleat tổng

hợp

31

Bảng 3.7 Các thông số kỹ thuật của bột graphit 32

Bảng 3.8 Kết quả xác định độ mài mòn và tải trọng hàn dính trên máy

bốn bi

32

Bảng 3.10 Một số thông số kỹ thuật của phụ gia diphenylamit 34

Bảng 3.11 Đơn pha chế 03 loại dầu tách khuôn 36

Bảng 3.12 Các thông số chất lượng của 03 dầu tách khuôn pha chế 37

Bảng 3.13 Một số chỉ tiêu chất lượng của dầu Bestril 80AG 38

Bảng 3.14 Tính toán sơ bộ giá thành các loại dầu tách khuôn pha chế 45

 

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Thứ tự Tên hình vẽ và đồ thị Trang

MỞ ĐẦU

Hiện nay, nhôm và các hợp kim của nhôm đang ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp, quốc phòng và trong đời sống Sự gia tăng ứng dụng của “kim loại có cánh” khiến công nghệ đúc nhôm ngày càng phát triển Cùng với sự đa dạng của các phương pháp đúc nhôm kèm theo sự phát triển của các hợp chất bôi trơn cho quá trình này nhằm đáp ứng các yêu cầu bôi trơn riêng của từng quá trình đúc

Trên thị trường Việt Nam, các chất bôi trơn cho quá trình đúc nhôm chủ yếu là các sản phẩm nhập ngoại với giá thành cao Việc nghiên cứu sản xuất chất bôi trơn cho quá trình đúc nhôm liên tục còn rất nhiều tiềm năng, nhất là trong điều kiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta, góp phần đáng kể vào việc hạ giá thành sản phẩm, tăng năng suất, hiệu quả của nguyên công đúc, chủ động được nguồn hàng, nâng cao tuổi thọ sử dụng của khuôn

và thiết bị

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất dầu bôi trơn cho quá trình đúc

nhôm kim loại” với mục đích tạo ra được sản phẩm dầu bôi trơn đảm bảo

được yêu cầu kỹ thuật của quá trình đúc các chi tiết, thiết bị, máy móc làm bằng nhôm kim loại, đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế

PHẦN 1 TỔNG QUAN 1.1 Quá trình đúc nhôm kim loại

1.1.1 Nhôm và vai trò của nhôm trong công nghiệp

Nhôm là kim loại nhẹ có vai trò quan trọng nhất trong cuộc sống con người Hiện nay, nhôm và các hợp chất của nhôm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống như chế tạo máy bay, ôtô, kỹ thuật điện, xây dựng, sản xuất gạch chịu lửa, sản xuất sơn, dụng cụ gia đình Nhôm còn được sử dụng nhiều trong công nghiệp quốc phòng, được coi là một trong những kim loại chiến lược Nhu cầu sử dụng nhôm hàng năm ở nước ta là hàng chục nghìn tấn, chỉ đứng sau thép Số liệu về tiêu thụ nhôm ở nước ta trong những năm qua và dự kiến những năm tới được thể hiện ở bảng 1.1 [1]

Bảng 1.1 Nhu cầu sử dụng nhôm ở Việt Nam (tấn)

Năm

Nhôm thỏi 25.000 50.000 60.000 64.000 80.000 100.000Nhôm hình 25.000 30.000 39.000 44.000 65.000 80.000 Nhôm tấm, lá 9.000 20.500 29.500 31.500 35.000 40.000 Các loại khác 3.840 7.640 10.050 11.200 15.000 20.000

Tổng 62.840 108.140 138.550 150.700 195.000 240.000

Do có nhiệt độ chảy thấp và nhiệt độ bốc hơi cao, nên nhôm dễ tạo hình bằng phương pháp đúc Nhiệt nóng chảy của nhôm khá lớn tới 391,2 KJ/kg.độ, vì vậy để nấu chảy nhôm cần một lượng nhiệt lớn Ngược lại nhiệt dung cao cũng làm cho nhôm nguội chậm dần từ trạng thái lỏng, thuận lợi cho quá trình biến tính và tinh luyện Nhôm có tính chảy loãng cao nên có thể đúc được các sản phẩm có thành mỏng tới 2,5 mm và phức tạp Nhờ các đặc điểm của nhôm kim loại, đúc nhôm chiếm đến trên 90% tổng khối lượng đúc kim loại màu [1]

1.1.2 Quá trình đúc nhôm kim loại

Đúc là công nghệ chế tạo sản phẩm bằng phương pháp rót vật liệu ở

dạng chảy lỏng vào khuôn để tạo ra sản phẩm có hình dạng theo khuôn mẫu

Đa phần công nghệ đúc thực hiện với các vật liệu kim loại [2]

Theo tài liệu “Nghiên cứu đề xuất mô hình phát triển ngành đúc Việt

Nam đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước” do Hội Đúc

-Luyện kim Việt Nam thực hiện năm 2009 cho thấy: lượng hợp kim nhôm đúc và các loại hợp kim mầu khác chiếm 10-12% trong tổng sản lượng vật đúc

Bảng 1.2 Sản lượng các hợp kim đúc ở Việt Nam giai đoạn 2020 – 2025

Năm Gang

xám

Gang cầu

Gang dẻo

Thép đúc

HK nhôm

HK màu khác Tổng

2020 950 570 19 114 190 19 1900

2025 1250 625 50 200 250 50 2500

Hợp kim nhôm là một trong số rất ít các kim loại có thể đúc được bằng nhiều phương pháp như đúc áp lực, đúc khuôn kim loại, đúc khuôn cát, khuôn thạch cao, đúc mẫu chảy, đúc liên tục Một số phương pháp đúc tiên tiến mới, như đúc mẫu cháy cũng có thể áp dụng Rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp đúc để chế tạo các chi tiết máy bằng hợp kim nhôm Yếu tố quan trọng nhất là:

- Giá thành và tính khả thi

- Chất lượng

Chất lượng là một yếu tố quan trọng quyết định đến việc lựa chọn phương pháp đúc Chất lượng ở đây có nghĩa là “mức độ hoàn hảo” của vật đúc (rỗ khí, nứt, độ nhẵn bóng bề mặt…) và “cơ tính” của sản phẩm (độ bền

và độ dẻo)

Tuy nhiên, có một điều không thể quên đối với các kỹ sư đúc nói chung

là quá trình đúc, khi tốc độ nguội lớn thì không khí, đặc biệt là khí Hyđro sẽ được giữ lại trong vật đúc, có thể tập trung thành rỗ khí ở phần giữa của vật

đúc, làm giảm cơ tính Một số nghiên cứu mới đây đã cố gắng tìm cách giảm thiểu rỗ khí tuy nhiên đây là công việc rất khó khăn, gần như là không thể loại

bỏ hết được rỗ khí Phương pháp đúc áp lực thấp sẽ cho sản phẩm hoàn hảo hơn Các phương pháp đúc nhôm chính gồm [2]:

1 Đúc áp lực

Trong đúc áp lực, hợp kim nhôm được sử dụng nhiều nhất so với tất cả các loại hợp kim khác Chỉ tính riêng ở Mỹ, hàng năm nhôm đúc áp lực trị giá lên tới 2.5 tỷ đôla Riêng nhôm đúc áp lực chiếm tỷ phần gấp đôi so với tất cả các phương pháp khác gộp lại Đúc áp lực rất phù hợp với đúc hàng loạt số lượng lớn, khối lượng chi tiết nhỏ Nguyên lý: kim loại lỏng được đưa vào khuôn bằng áp lực tương đối lớn thông qua 1 xylanh-pistong Áp lực lớn, tốc

độ nguội nhanh, sẽ cho sản phẩm có tổ chức sít chặt, hạt nhỏ mịn làm tăng cơ tính và khả năng chịu mài mòn

Sản phẩm của đúc áp lực rất khó hàn và xử lí nhiệt do vẫn còn khí bị giữ lại trong vật đúc Nếu muốn loại bỏ thì cần những công nghệ đặc biệt Một điều lưu ý trong đúc áp lực là lựa chọn vật liệu có khoảng đông đặc hẹp

2 Đúc khuôn kim loại

Đúc khuôn kim loại hay đúc khuôn vĩnh cửu (permanent casting) là phương pháp đúc mà như tên gọi – khuôn làm bằng kim loại giống như đúc áp lực Đúc khuôn kim loại phù hợp với các vật đúc lớn hơn so với đúc áp lực, khoảng 10kg hoặc cao hơn Cơ tính của các chi tiết đúc bằng phương pháp đúc

áp lực được cải thiện đáng kể khi kết hợp các phương pháp nhiệt luyện

3 Khuôn cát

Đúc khuôn cát, tức đề cập đến công đoạn làm khuôn bằng cát và các chất phụ gia để kết dính có thể là đất sét hoặc một số loại khác Đúc khuôn cát hiện nay vẫn được sử dụng nhưng không chính xác Chính vì vậy, đôi khi một

số chi tiết lớn vài chục kg yêu cầu chính xác thì không thể dùng khuôn cát mà phải dùng khuôn kim loại

4 Đúc li tâm

Đúc li tâm là một dạng khác để đưa kim loại lỏng vào khuôn Khuôn được làm bằng kim loại, đặt trên máy đúc li tâm Khi khuôn đang quay tròn,

hệ thống rót được thiết kế sẵn, rót kim loại vào khuôn Với lực quay li tâm sẽ giới hạn chiều dày vật đúc đúng như thiết kế, với sự hỗ trợ của lực li tâm, kim loại sẽ sít chặt Tuy nhiên, đúc li tâm sẽ chỉ áp dụng cho các chi tiết có dạng tròn như dạng tang trống Nhưng đổi lại, có tính của vật đúc sẽ được cải thiện đáng kể vì có lực li tâm và khuôn kim loại nên tổ chức nhỏ mịn

5 Đúc liên tục

Đúc liên tục là quá trình gia công và tạo hình đơn giản cho kim loại đang dần trở nên quan trọng, không thể thiếu trong công nghiệp chế tạo máy móc, thiết bị Năm 1966, đúc liên tục lần đâu tiên được đưa vào ứng dụng ở quy mô công nghiệp ở nước ta để đúc ống nước bằng gang Đến nay thì quá trình gia công này đã được áp dụng cho các vật liệu kim loại phổ biến trong lĩnh vực cơ khí chế tạo như đồng, thép, nhôm, kẽm…

* Nguyên lý quá trình đúc liên tục

Đúc liên tục là quá trình rót kim loại lỏng đều và liên tục vào một khuôn bằng kim loại, xung quanh hoặc bên trong khuôn có nước lưu thông làm nguội (còn gọi là bình kết tinh) Nhờ quá trình truyền nhiệt nhanh giữa kim loại lỏng và khuôn nên khi kim loại rót vào khuôn được kết tinh ngay Vật đúc được kéo liên tục ra khỏi khuôn bằng những cơ cấu đặc biệt như con lăn hoặc gàu kéo…

Đúc liên tục được thực hiện bằng máy đúc theo quy trình: kim loại lỏng

→ rót → làm nguội → cắt hoặc cán trực tiếp thành phôi đúc Đúc liên tục là khâu trung gian nối khâu nấu luyện và khâu cán Máy đúc liên tục gồm các bộ phận: thiết bị chuyển tải thùng rót, thùng rót trung gian, xe để thùng rót, bình kết tinh, cơ cấu làm nguội, cơ cấu kéo phôi đúc ra ngoài (hình 1.1)

* Ưu điểm của phương pháp đúc liên tục

So với các phương pháp khác, đúc liên tục có những ưu điểm sau:

- Năng suất thu hồi sản phẩm cao tạo hiệu quả kinh tế lớn Đối với đúc

thỏi phải qua cán phá, cắt bỏ đầu đuôi khoảng 10 ~ 20%, trong khi đó đúc liên tục chỉ phải cắt bỏ đầu đuôi khoảng 1 ~ 2%

- Tiết kiệm năng lượng của đúc liên tục chủ yếu là bỏ khâu cán phá và trong việc thu hồi sản phẩm

- Tính đồng đều và chất lượng phôi đúc tốt hơn

- Đúc liên tục dễ cơ khí hóa, tự động hóa hơn đúc khuôn

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý đúc liên tục

Hiện nay quá trình đúc liên tục nhôm kim loại có thể được tiến hành theo nhiều phương pháp như đúc bằng khuôn nằm ngang, đúc bằng khuôn nằm nghiêng, đúc theo phương đứng, đúc cán phôi mỏng, đúc liên tục song đai…

Quá trình đúc liên tục yêu cầu các chất bôi trơn phải ngăn chặn sự dính các thanh kim loại đã được hóa rắn vào khuôn nếu không các vỏ rắn sẽ

dễ vỡ ở phía ngoài tiếp giáp khuôn và làm kim loại lỏng (đã bị nấu chảy) chảy ra ngoài

Trong quá trình đúc liên tục nhôm kim loại, nhôm nóng chảy được rót vào khuôn theo phương pháp đúc áp lực Do nhiệt độ đúc cao đòi hỏi bề mặt tiếp xúc với khuôn được bôi trơn để tránh hiện tượng bị hàn dính kim loại

Việc này đòi hỏi chất bôi trơn tạo lớp bôi trơn đều trên bề mặt khuôn Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, lớp bôi trơn này bị phân hủy tạo thành lớp rắn có tác dụng tách thanh nhôm ra khỏi khuôn đúc và làm giảm ma sát trượt giữa 2

bề mặt kim loại

Nhôm kim loại nóng chảy dễ hòa tan khí khiến tạo thành các rỗ khí trong nhôm thành phẩm và các vết nứt trên bề mặt Trong trường hợp này, chất bôi trơn cho quá trình đúc nhôm có tác dụng là lớp bảo vệ ngăn khí tương tác lên bề mặt nhôm Đồng thời khí sinh ra khi chất bôi trơn phân hủy phải trơ để tránh gây oxi hóa bề mặt kim loại nhôm

1.2 Dầu bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại

1.2.1 Giới thiệu về chất bôi trơn cho quá trình đúc

Nhiệm vụ của chất bôi trơn trong quá trình đúc kim loại là bôi trơn bề mặt tiếp xúc giữa khuôn và nhôm dạng lỏng, chống hiện tượng hàn dính giữa 2

bề mặt kim loại, giảm lực ma sát, làm mát, giải tỏa nhiệt của vật đúc, kéo dài tuổi thọ của khuôn và thiết bị [3] Chất lượng sản phẩm đúc được thể hiện ở độ chính xác của hình dạng kích thước của sản phẩm, màu sắc, độ bóng, độ bền của sản phẩm Khi lựa chọn chất bôi trơn cần xem xét đến khả năng tương tác của chúng với kim loại; khả năng đóng vai trò của một tác nhân nhiệt luyện mà

từ đó ảnh hưởng lên cấu trúc kim loại của sản phẩm hình thành

Trong quá trình đúc liên tục, nhôm ở dạng lỏng có thể được đúc liên tục giữa hai dây đai truyền động, đúc liền khối hoặc đúc thỏi, nên yêu cầu sự bôi trơn liên tục cho thiết bị đúc và vật đúc Sự bôi trơn liên tục mang lại nhiều ưu điểm như giảm đáng kể lượng khói hình thành, giảm xu hướng kéo

và nứt ở giai đoạn cuối quá trình đúc, cho phép sản xuất vật đúc có chất lượng tốt và bề mặt đồng đều hơn

Chất bôi trơn cho quá trình đúc kim loại thông thường là chất bôi trơn rắn hoặc mỡ bôi trơn Tuy nhiên, trong quá trình đúc liên tục hoặc bán liên tục, các dầu bôi trơn được dùng bôi trơn khuôn thay thế cho dạng mỡ, và phổ biến là các dạng nhũ tương dầu trong nước hoặc các sản phẩm gốc nước

Trong quá trình đúc liên tục, chất bôi trơn phân bố bôi trơn đều trên bề mặt tiếp xúc giữa khuôn và vật đúc Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nước trong dung dịch nhũ bôi trơn bay hơi còn lại lớp dầu bám trên bề mặt vật đúc bôi trơn tách vật đúc ra khỏi khuôn dễ dàng

Dầu tách khuôn thường có độ nhớt ở 40oC từ 30-60cSt [5] Tiêu chuẩn

để lựa chọn dầu và phụ gia là sự tạo thành một lượng cacbon đáng kể ở nhiệt

độ đúc Ở chỗ đúc thì hơi được thoát ra từ chỗ tiếp xúc của khuôn và kim loại

đã hóa rắn và sẽ tạo ra một rào cản dạng khí có tác dụng tốt cho sự phân tách, đặc biệt ở lối vào khuôn Sự thoát khí này không được gây nổ nếu không nó

sẽ tạo các hố, vết lõm trên thanh Dầu khoáng và phụ gia phải không độc, hơi thoát ra phải không gây kích thích mắt và các cơ quan hô hấp của người sản xuất và không tạo khuyết tật trên bề mặt thành Các chất bôi trơn rắn như graphit, vôi được bổ sung vào dầu bôi trơn để cải thiện lớp trượt [3], [5], [6]

1.2.2 Yêu cầu đối với dầu bôi trơn cho quá trình đúc nhôm

Để đảm bảo các vai trò trong quá trình đúc nhôm, chất bôi trơn cho quá trình này cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Khả năng tách khuôn tốt để quá trình tháo vật đúc ra khỏi khuôn dễ dàng, không gây mài mòn, biến dạng lên thành khuôn và vật đúc;

- Tính năng bôi trơn tốt, khả năng phân tán đều trên bề mặt khuôn để quá trình đúc diễn ra thuận lợi, tránh trường hợp vật đúc và khuôn bị hàn dính gây

ra hiện tượng kẹt dính hoặc kéo trượt gây mài mòn, cào xước lên bề mặt vật đúc và thành khuôn do đó năng suất của máy được nâng cao mà chất lượng sản phẩm cũng được ổn định;

- Nhôm dễ hòa tan khí trong quá trình đúc, chất bôi trơn bám dính trên

bề mặt vật đúc tạo thành lớp bảo vệ ngăn khí tiếp xúc Bên cạnh đó ở nhiệt độ đúc cao, chất bôi trơn khuôn bị phân hủy, bay hơi các thành phần nhẹ Các khí này phải trơ, không tác dụng với nhôm, không gây ăn mòn và rỗ trên bề mặt vật đúc;

- Trong quá trình đúc nhôm, nhiệt độ thành khuôn thông thường khoảng 250-350oC, có thể lên tới 400oC do đó chất bôi trơn khuôn cần bền nhiệt, khả năng bôi trơn tốt ở nhiệt độ cao tránh xảy ra hiện tượng bị hàn điểm giữa vật đúc và thành khuôn đúc [7];

- Dễ dàng làm sạch: Các chất này phải ngăn không để chất bẩn dính lên

bề mặt khuôn và kim loại đúc Bản thân chúng không tạo ra cặn bẩn và có thể loại bỏ dễ dàng khi rửa bằng các dung môi thông thường;

- An toàn với con người và thân thiện với môi trường;

- Không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm như làm biến sắc, biến đổi cơ lý tính sản phẩm theo chiều hướng xấu Khả năng cải thiện chất lượng sản phẩm như tăng độ bóng, độ cứng, độ bền của sản phẩm là các tính năng tác dụng mong muốn

1.2.3 Thành phần của dầu bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại

Dầu bôi trơn cho quá trình đúc kim loại gồm dầu gốc và các phụ gia Dầu gốc là dầu khoáng tinh chế, dầu tổng hợp, dầu động thực vật hoặc các chất béo đã biến tính bằng các quá trình sunphonat hóa, oxi hóa hoặc hydro hóa Ngoài ra trong thành phần của dầu bôi trơn quá trình đúc kim loại có thể chứa sáp, các chất nhũ hóa, lecithin, hỗn hợp bột graphit, đá tan, mica, bentonit …[5], [8]

đa vòng gây bệnh ung thư [5]

b) Dầu gốc tổng hợp

Dầu bôi trơn thương mại gốc tổng hợp cho quá trình đúc không chứa dầu khoáng và thường được sử dụng dạng tan hoặc phân tán trong nước với tỷ lệ dầu/nước từ 1/10 đến 1/40 Dạng đơn giản nhất của dầu gốc tổng hợp là các muối hữu cơ hoặc vô cơ tan trong nước Loại dầu này có khả năng làm mát và chống ăn mòn cao nhưng khả năng bôi trơn kém Một số loại dầu tổng hợp khác được sử dụng như các hydrocacbon tổng hợp, este hữu cơ, polyglycol, este phosphat [9] Các loại dầu tổng hợp này có khả năng tẩy rửa, ổn định oxi hóa

và có khả năng chống vi sinh vật, đồng thời làm mát hiệu quả ở các quá trình gia công tốc độ cao

Các este bậc 3 của axit phosphoric với ancol, phenol được ứng dụng nhiều trong dầu bôi trơn tổng hợp, chất lỏng thủy lực chống cháy do có đặc tính chống ăn mòn và khả năng chống cháy tốt Điểm cháy của este phosphat cao hơn điểm chớp cháy từ 30÷150oC, trong khoảng từ 425÷600oC Tính chất bôi trơn của este phosphat rất tốt Do có khả năng tương hợp tốt, este phosphat có thể trộn được với các phụ gia, các loại dầu tổng hợp và dầu khoáng tuy nhiên lại không tương hợp với cao su, vecni, nhựa.… [3], [9]

Bên cạnh đó, dầu silicon và các este silicat cũng được ứng dụng nhiều trong chất bôi trơn cho quá trình đúc do điểm bắt cháy cao, không gây ăn mòn

kim loại Dầu silicon là polyme mạch thẳng của ankyl siloxan hay aryl siloxan Tính chất của chúng phụ thuộc vào KLPT và bản chất của mạch nhánh:

R Si – O ( Si – O )x Si R

Hiện nay, các este của các axit béo cũng được sử dụng trong dầu bôi trơn cho quá trình đúc do đặc tính bền nhiệt và an toàn với con người và môi trường Các axit béo tự nhiên được tổng hợp từ quá trình thủy phân mỡ động vật, dầu dừa, dầu lạc, dầu cọ, dầu đỗ tương… Các axit này có cấu trúc mạch thẳng, phân tử chứa từ 8-22 cacbon Hàng năm có khoảng 100.000 tấn axit béo tự nhiên dùng cho tổng hợp các este axit béo [8]

Để khắc phục một số nhược điểm của các este tự nhiên, người ta sử dụng các rượu như trimetylpropan (TMP), neopentyl glycol (NPG) hoặc pentaary-thritol để tổng hợp các este polyol nhờ quá trình chuyển vị este Các este polyol thu được có độ bền nhiệt, và bền thủy phân Các este tổng hợp này có nguồn

gốc tự nhiên nên phân hủy sinh học tốt, không ảnh hưởng tới môi trường

c) Dầu thực vật

Dầu thực vật gần đây đã được nghiên cứu sử dụng làm dầu bôi trơn Một số sản phẩm thương mại đã có sẵn trên thị trường như Sunyl của Lubrizol, Biostar của Caltex [10] Dầu thực vật có nhiều ưu điểm là:

- Khả năng bôi trơn tốt hơn hẳn dầu khoáng, tính chất nhiệt nhớt tuyệt hảo (VI từ 150 – 200) và điểm chớp cháy cũng rất cao

- Nguồn cung cấp dồi dào, được tái tạo và giá cả hợp lý: cao hơn dầu khoáng từ 1-1,2 lần trong khi giá thành dầu tổng hợp cao hơn dầu khoáng từ 5-15 lần

- Khả năng phân hủy sinh học cao hơn so với dầu khoáng và dầu tổng hợp

- Các nhóm chức trong dầu như nhóm hydroxy, epoxy rất hữu ích cho tính năng tác dụng của dầu bôi trơn Khả năng giảm ma sát của các dầu có mạch cacbon dài và thẳng từ 10 cacbon trở lên là rất tốt và đã được chứng minh

R: aryl, ankyl R thường là metyl (là loại ankyl chủ yếu) hay phenyl (là loại aryl chủ yếu). 

Dầu thực vật có một số điểm khác cơ bản đối với dầu gốc khoáng:

- Phân tử lượng cao hơn so với dầu gốc khoáng có cùng cấp độ nhớt;

- Mức độ không no của các triglyxerit giúp cải thiện tính chất nhiệt độ thấp nhưng lại làm giảm độ bền oxi hóa và một số tính chất bôi trơn khác;

- Thành phần hóa học khá đồng nhất và được phân loại theo các axit béo có nhiều nhất trong dầu Dầu có hàm lượng axit oleic cao thì có tính chất nhiệt độ thấp tốt hơn dầu no và ổn định oxi hóa hơn hẳn dầu không no nhiều nối đôi

Việt Nam có nhiều loại dầu thực vật có số lượng lớn như:

- Dầu lạc: Diện tích trồng lạc khoảng 300 ha Sản lượng trên 200 nghìn tấn/năm, trong đó 70 nghìn tấn dùng để ép lấy dầu Axit béo chủ yếu là axit oleic, axit linoleic 13-30 %

- Dầu đậu tương: Diện tích trồng đậu tương khoảng trên 100 nghìn ha, năng suất trung bình 800 kg hạt/ha Hàm lượng dầu chiếm khoảng 20-22% Axit béo chủ yếu là axit oleic, axit linoleic

- Dầu thầu dầu: Dầu thầu dầu là nguyên liệu chính để sản xuất dầu phanh và chất thấm ướt cho ngành dệt nhuộm và thuộc da Từ rất lâu, dầu thầu dầu được ứng dụng để sản xuất chất bôi trơn, đặc biệt mỡ bôi trơn chất lượng cao Có nhiều nghiên cứu về dầu thầu dầu biến tính làm phụ gia trong các chế phẩm bôi trơn Năng suất cây trồng tương đối thấp, khoảng 1000-

1200 kg/ha Hàm lượng dầu là 50-60% Thành phần chính là axit rixinoleic, chiếm 80-90%

1.2.3.2 Phụ gia

a) Phụ gia cải thiện lớp trượt

Bột ép chất trợ trượt, có tác dụng tránh oxi hóa cho kim loại và tạo thành một lớp trượt giữa khuôn và thanh kim loại đã hóa rắn Trước đây, bột

ép thường chứa CaO, axit silisic (H2SiO3), Al2O3 và các chất trợ dung (như canxi florua, oxit của kim loại kiềm) và một lượng cacbon nhất định [3], [11],

[12] Có thể dùng các dầu đặc biệt thay thế cho bột ép, dầu này khi tiếp xúc với vật liệu đúc nóng sẽ tạo ra một lớp trượt có chứa cacbon và sẽ tách khuôn

và thanh kim loại đã hóa rắn

Các chất bôi trơn rắn như graphit, molipden disunfua, boron nitrat, poly- tetrafloetylen… được sử dụng chủ yếu làm phụ gia cải thiện lớp trượt cho các dầu bôi trơn Ở điều kiện nhiệt độ đúc cao, các thành phần lỏng trong dầu bôi trơn dễ bay hơi hoặc phân hủy Khi đó các phụ gia này có tác dụng bôi trơn

bề mặt, chống hiện tượng hàn dính và mài mòn kim loại [11], [12], [13]

Graphit và molipden disunfua là các chất tiêu biểu, được sử dụng nhiều trong các ứng dụng này Hiệu quả bôi trơn của graphit và MoS2 dựa trên cấu trúc tinh thể của nó liên kết yếu Van der Waals giữa các lớp sunfua cho phép

sự chuyển động của các tấm mỏng lên nhau được dễ dàng, kết quả làm giảm

ma sát giữa các phần trượt Tính chất ma sát nhỏ của graphit không hoàn toàn

do cấu trúc quyết định mà còn phụ thuộc vào màng hấp thụ (đặc biệt màng hấp thụ hơi nước), các màng này cho bề mặt có sự dính kết thấp Do đó graphit có thể phát huy các tính chất bôi trơn tốt trong sự có mặt của hơi ẩm Trong chân không graphit mất khả năng làm giảm ma sát, sự hấp thụ thuận nghịch hơi ngưng tụ (hơi nước, C6H6, NH3, ) làm giảm ma sát và mài mòn trong chân không cao Ngược với graphit, MoS2 là chất bôi trơn tốt kể cả trong chân không cao Có thể cho thêm Sb2O3 vào làm chất ức chế ăn mòn và chống mài mòn [3]

Ở 600oC, Graphit vẫn có tính chất bôi trơn tốt với sự có mặt của các lớp oxit phù hợp Hỗn hợp của graphit và oxyt kim loại (PbO) hoặc muối kim loại thì bám dính chắc lên bề mặt kim loại và làm giảm hệ số ma sát một cách có hiệu quả tuy nhiên ngày nay chúng ít được sử dụng do nguy cơ ô nhiễm môi trường Graphit được flo hóa dùng ở dạng bột, giống như một màng sơn polyimit, cho tính bôi trơn tốt hơn graphit nhưng giá thành lại cao hơn rất nhiều

Ngoài các hợp chất đã đề cập ở trên, borax, CdCl2, bo nitrua, chì iot, coban clorua, bạc sunfat và kẽm stearat cũng là các phụ gia cải thiện lớp trượt tốt với cấu trúc mạng được phân lớp Trong không khí ẩm CdI2 làm giảm ma sát Các sunfua của kim loại nặng, các hợp chất của Se, Te như MoSe2 , WS2, NbS2, NbSe2,WSe2, TeS2, TeSe2, AsSbS4 và As2S4 cũng bôi trơn tốt Trong hầu hết trường hợp chúng đều có cấu trúc lưới mắt cáo, bền oxi hóa và bền hóa học, dẫn điện tốt và được dùng ở dạng bột, huyền phù hay sơn giảm ma sát Hiệu quả của MoS2 có thể được nâng cao bằng cách kết hợp với 10% ZnS Bên cạnh đó các oxit kim loại như Na2O, MgO, AlN, Al2O3, SiO2, CaO, TiO2, Fe2 O3, FeO, WC, TiN, TiC, B4 C, TiB, ZnC, SiC, Si3N4 cũng được sử dụng với hàm lượng nhỏ

Thủy tinh nóng chảy cũng là chất bôi trơn có hiệu quả ở điều kiện khắc nghiệt về tải trọng và nhiệt độ (1200oC) trong quá trình gia công [3]

b) Phụ gia tạo nhũ

Phụ gia nhũ hóa là những chất quan trọng để tạo nhũ tương đối với các ứng dụng pha trong nước Do cấu trúc phân tử có phần ưa nước - phần ưa dầu, các chất nhũ hóa có các tính chất của chất hoạt bề mặt và nó cải thiện sự tạo thành và độ bền của nhũ tương (thường là nhũ tương dầu trong nước) Phần ưa dầu luôn chứa gốc hydrocacbon; tùy theo phần ưa nước mà có ba loại chất nhũ hóa: các chất tạo nhũ anion, cation và không ion Những chất nhũ hóa ion bị phân tách trong dung dịch ưa nước thành các anion hay cation hoạt động bề mặt và ion trái dấu Khả năng hòa tan và tính hoạt động bề mặt của các chất nhũ hóa không ion dựa trên sự hydrat hóa của các dị nguyên tố, thường là của oxy trong liên kết ete, nitơ trong amin hay amit [14]

Hoạt động của chất nhũ hóa phụ thuộc vào pH và độ cứng của nước, nhiệt độ Nhũ tương dầu trong nước phải có độ bền cao nhưng cũng phải dễ phân hủy khi làm sạch

Các nhũ tương phải có các tính chất đối lập hoàn toàn: chúng phải dễ dàng tạo nhũ tương ổn định và không được tấn công vật liệu bịt kín và kim loại

(hoạt động ức chế ăn mòn); chúng phải có tính bôi trơn tốt, không gây kích thích

da và dễ loại bỏ khi rửa, giặt chúng phải dễ bị phân hủy và dễ làm sạch

- Chất nhũ hóa tạo anion: Đại diện cho các chất nhũ hóa tạo anion là các

muối của kim loại kiềm với axit mạch dài, thường không no (như hỗn hợp của axit oleic, axit béo, axit naphtenic, axit tổng hợp,…) và các sunfonamit Đặc biệt phù hợp là các muối của N-oleylsarcosin và axit ankansunfoamit axetic R-SO2NH-CH2COOH Ngoài dầu nhựa gỗ (muối kiềm của axit béo được sunfonat hóa) muối của axit ankylaryl- sunfonic đặc biệt dodexylbenzen sunfonat và sunfonat dầu mỏ cũng rất quan trọng

- Chất nhũ hóa tạo cation: Các chất nhũ hóa tạo cation quan trọng trong

là các muối amoni có các mạch ankyl dài (như dimetyl- dodexyl benzylamoni clorua), là các muối imidazolinium hay các muối ankylamoni

- Chất nhũ hóa không ion: Các chất nhũ hóa quan trọng thuộc loại này

hầu hết chứa các gốc poly -etylenoxyt (gốc này cho khả năng hòa tan trong nước và các tính hoạt động bề mặt) Ví dụ là các ankyl-, ankyaryl-, axyl-, ankylamoni-, axylaminopolyglycol và các mono-, dietanolamin được axylat hóa có mạch dài

Chất tạo nhũ thường dùng để pha chế chất lỏng dùng cho quá trình gia công kim loại là các chất hoạt động bề mặt dạng este polyoxyetylen, ankylarylsunfonat, dầu thầu dầu sunfonic hoá cùng với các etanolamin và dẫn xuất của chúng Trong đó chất nhũ hoá hiệu quả nhất vẫn là các este polioxietylen R-O-(CH2CH2O)n-H (với n = 4-10, R là C9H19C4H6-, hoặc

C8H17C4H6-), muối của trietanolamin với ankylaryl sunfonic và sunfonat kiềm dầu thầu dầu hay muối sunfonat của axit béo trong dầu thầu dầu Axít béo của dầu thực vật sunfo hoá là các tác nhân chịu cực áp khá tốt, chúng rất phù hợp

để pha chế dầu cắt gọt chịu điều kiện khắc nghiệt [3], [14]

c) Phụ gia cực áp

Một yêu cầu quan trọng của dầu dùng trong quá trình đúc nhôm đặc biệt là các quá trình đúc hiện đại (đúc áp lực, đúc liên tục) là phải có khả năng làm việc trong điều kiện áp suất rất cao

Phụ gia EP ngăn ngừa kẹt xước và hàn dính bề mặt kim loại chuyển động dưới áp suất cực lớn Phụ gia EP tác dụng với bề mặt kim loại ma sát tạo

ra các hợp chất mới có ứng suất cắt thấp hơn kim loại gốc nên lớp phủ vừa mới hình thành chịu trượt cắt trước tiên và nhiều hơn kim loại gốc Khi có sự hoạt động của phụ gia EP thì sự mài mòn dính giảm nhưng sự mài mòn do ăn mòn hóa học lại tăng lên Đây cũng chính là lý do phải kết hợp sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn kim loại khi sử dụng phụ gia EP trong thành phần dầu pha chế [3], [14]

d) Chất phụ gia ức chế ăn mòn

Ăn mòn là sự phá huỷ bề mặt kim loại bằng việc tạo thành lớp oxit hay hydroxit kim loại dước tác dụng của tác nhân ăn mòn như axit, bazơ, nước, không khí Chất ức chế ăn mòn có chức năng ngăn cách sự tiếp xúc giữa tác nhân ăn mòn với bề mặt kim loại, làm ngừng hoặc làm giảm hẳn tốc độ ăn mòn Chất ức chế ăn mòn tạo một màng hấp phụ trên bề mặt kim loại, ngăn cách và đẩy nước ra khỏi bề mặt kim loại

Trong quá trình gia công kim loại, bề mặt kim loại (khuôn và kim loại đang hóa rắn) tiếp xúc trực tiếp với nước nên dễ dàng tác dụng với nước gây nên hiện tượng gỉ Chất ức chế trong dầu có tác dụng ngăn và đẩy nước ra khỏi bề mặt kim loại không cho chúng tiếp xúc trực tiếp với bề mặt kim loại, làm cản trở sự tác dụng của nước với các phân tử kim loại trên bề mặt của kim loại, do đó ức chế quá trình ăn mòn kim loại Có nhiều chất được dùng để

ức chế ăn mòn, ức chế gỉ trong dầu bôi trơn và chất lỏng cắt gọt kim loại, như: axit ankylsuxinic; các amin, amit, etanolamin; benzotriazol, imidazol; sunfonat canxi, magiê; các este, các axit béo và muối kim loại kiềm của axit béo [3], [14]

Trong thành phần của chất lỏng gia công kim loại nói chung, chất ức chế ăn mòn chiếm khoảng 1-5% Các axit béo, muối kim loại kiềm của axit béo và các etanolamin thường là những chất được sử dụng nhiều nhất

Cơ chế tác dụng của phụ gia ức chế ăn mòn gồm quá trình đẩy nước và các chất điện ly, các chất ăn mòn ra khỏi bề mặt kim loại khi tiếp xúc với sản phẩm, tạo thành màng hấp phụ trên bề mặt kim loại, hình thành một lớp màng bảo vệ dưới tác dụng của lực bám dính và liên kết Hai quá trình này là các quá trình động xảy ra khi đưa dầu lên bề mặt kim loại

Các hợp chất amin như các amin bậc 3 hay muối của chúng, các este và các chất béo, các naphtenic hay diaxit với trietanolamin, các amin dicacboxylic đều được sử dụng làm chất ức chế ăn mòn Tác dụng bảo vệ của amin là do chúng có khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại khả năng này phụ thuộc nhiều cấu trúc hóa học và nhóm chức Khi tham gia vào quá trình bảo

vệ các amin làm thay đổi cấu trúc kép đồng thời che phủ bề mặt kim loại, cản trở sự xâm thực của các cấu tử ăn mòn trong dung dịch Các hợp chất nitrit 

có khả  năng ức chế gỉ tốt, tuy nhiên chúng có khả năng tạo thành  nitro‐amin gây bệnh ung thư.  

1.3 Tình hình nghiên cứu về chất bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại

1.3.1 Trên thế giới

Theo thống kê của Kline & Company Market, lượng tiêu thụ chất lỏng gia công kim loại trên toàn thế giới năm 2010 khoảng 2,2 triệu tấn Trong các loại chất lỏng gia công kim loại, chất lỏng dùng cho các quá trình tạo hình trong đó có dầu tách khuôn chiếm 31% Dầu gia công kim loại dạng pha trong nước được sử dụng chủ yếu, chiếm trên 60% tổng lượng chất lỏng gia công kim loại Dự đoán đến năm 2015, tổng lượng tiêu thụ chất lỏng gia công kim loại toàn thế giới sẽ tiếp tục tăng và có thể đạt tới 2,5 triệu tấn Ở Việt Nam, lượng chất lỏng gia công kim loại tiêu thụ còn thấp, nhưng cũng được đánh giá là một thị trường quan trọng, đang phát triển

Cùng với sự phát triển của ngành đúc, các chất bôi trơn cho quá trình đúc nói chung và đúc liên tục nhôm kim loại nói riêng được nghiên cứu phát triển đa dạng về chủng loại và chất lượng, đáp ứng các yêu cầu của từng quy trình đúc riêng biệt

Trước đây trong công nghệ đúc người ta thường sử dụng các bột ép là các chất trợ trượt tức là tạo thành một chất lỏng trượt giữa khuôn đúc và kim loại đã hóa rắn đồng thời cũng có tác dụng tránh sự oxi hóa kim loại Thành phần của loại bột này chứa CaO, H2SiO3, Al2O3, các chất trợ dung như canxi clorua, oxyt kim loại kiềm và một lượng bột than Tuy nhiên các loại bột ép này mới chỉ đảm bảo được khả năng tách khuôn còn chức năng làm mát, góp phần hóa rắn kim loại là không đáng kể Có thể dùng các dầu thực vật thay thế cho bột ép, dầu này khi tiếp xúc với vật liệu đúc nóng sẽ tạo ra một lớp trượt có chứa hydrocacbon và có tác dụng tách khuôn và thanh kim loại đã hóa rắn, tuy nhiên dùng các dầu này thì giá thành cao, khi tác dụng sẽ tạo khói mạnh và có mùi khó chịu [3]

Để cải thiện và khắc phục các hạn chế của bột ép, dầu thực vật đã có nhiều hướng nghiên cứu được tiến hành trong đó hướng nghiên cứu chủ yếu

và cho hiệu quả nhất là sử dụng các loại dầu có nguồn gốc từ dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp, dầu thực vật kết hợp với các chất bôi trơn rắn

Cụ thể theo US Patent số 4044817 (8/1977), Varga; William J đã dụng các loại dầu thực vật như dầu lanh, dầu tung, dầu hoa rum kết hợp với graphit dùng làm dầu tách khuôn cho quá trình đúc liên tục nhôm và các hợp kim nhôm Các tác giả của US Patent 4522250 (6/1985) lại dùng dầu thầu dầu kết hợp với các phụ gia ức chế oxi hóa, ức chế ăn mòn để pha chế dầu tách khuôn nhôm và hợp kim nhôm

US Patent 5076339 (12/1991) trình bày một công thức chất bôi trơn rắn bôi trơn khuôn đúc có thành phần gồm sáp tổng hợp có nhiệt độ nóng chảy cao khoảng 132 – 154oC và một sáp có nhiệt độ nóng chảy thấp từ 65 –

121oC Chất bôi trơn rắn theo sáng chế giúp giảm tạo hơi và khói trong quá trình đúc

US Patent 6269862 (8/2001) [20] đề xuất chất bôi trơn khuôn (dầu tách khuôn) dùng cho quá trình đúc thỏi các kim loại hoạt động như Mg, Al và các hợp kim của chúng Chất bôi trơn này có thể ở dạng mỡ hoặc dạng dầu Trong quá trình bôi trơn, chất bôi trơn được kết hợp với tác nhân oxi hóa dạng khí ở

một bình phía ngoài của khuôn đúc dưới áp suất khí quyển Tác nhân oxi hóa

là một khí trơ, bao gồm SF6, BF3, SO2, N2, Ar

US Patent 6335309 (1/2002) [21] trình bày dầu bôi trơn tách khuôn có thành phần gồm chất bôi trơn bột rắn, chất kết dính là hợp chất hữu cơ hoặc

vô cơ, và dung môi bay hơi Chất bôi trơn rắn sử dụng gồm Boron nitrat, mica, graphit, Mo(SO4)2, W(SO4)2, oxit kim loại… Dầu bôi trơn giúp làm giảm lượng khí phân hủy nhiệt sinh ra trong quá trình đúc

US Patent 7264646 (9/2007) [22] lại pha chế dầu tách khuôn nhôm từ hỗn hợp axit béo hoặc este của axit với chất bôi trơn rắn là graphit

US Patent 7273086 (9/2007) [23] đề xuất chất bôi trơn cho quá trình đúc hợp kim nhôm ở các dạng rắn, lỏng, mỡ, nhũ hoặc phân tán trong nước Chất bôi trơn theo sáng chế phân bố đồng đều một lớp oxit lên mặt phân cách giữa vật đúc và thành khuôn đúc trong quá trình đúc liên tục hoặc bán liên tục Các chất bôi trơn này có thành phần từ dầu gốc tổng hợp và dầu thực vật

Trong đơn sáng chế WO/2001/005915 [25] trình bày chất bôi trơn cho quá trình đúc thỏi các kim loại dễ oxi hóa với thành phần gồm dầu bôi trơn và muối floborat kim loại Muối này phân hủy thành khí BF3 ở nhiệt độ cao của quá trình đúc, tạo thành lớp chống oxi hóa cho bề mặt kim loại Dầu bôi trơn theo sáng chế phù hợp dùng cho quá trình đúc kim loại Mg, Al và các hợp kim của chúng

Trên thị trường hiện nay, các chất bôi trơn cho quá trình đúc kim loại rất đa dạng về chủng loại và tính năng tác dụng như các chất bôi trơn tách khuôn, chất bôi trơn pittong trong máy đúc, các chất bôi trơn chống tạo khói

và lửa, bền nhiệt,… Các chất bôi trơn này thường bôi trơn ở dạng mỡ, bột nhão, dạng dầu, nhũ tan hoặc phân tán trong nước Các chất bôi trơn dùng cho quá trình đúc liên tục thông thường bôi trơn ở dạng dầu hoặc dạng nhũ dầu trong nước

Hãng Trennex của Đức cung cấp các chủng loại chất bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại đa dạng bao gồm chất bôi trơn, tác nhân tách khuôn

sử dụng ở các dạng mỡ, dầu và nhũ Các sản phẩm dạng hòa tan trong nước như Trennex (W 3351, VM 3406, W 3325, W 3271, W 8-er) là các dầu không chứa sáp; các sản phẩm Trennex (143 WL, W 3218) là các dầu không chứa poly-siloxan Các sản phẩm bôi trơn gốc dầu dạng mỡ và bột nhão như Trennex (AL, ALSI, CU); Trennex 854 G chứa graphit Các chất bôi trơn dạng lỏng như Trennex (VP 64/4, 3000) là các dầu chứa Al, Trennex Automatic (800 G, 3099) là các dầu chứa graphit, các dầu bôi trơn Trennex Automatic (899, 899/II) không chứa graphit Bên cạnh đó là các sản phẩm dầu đa chức năng có thể sử dụng cho nhiều quá trình đúc như Trennex Spezialwachs VM 1620 áp dụng được cho quá trình đúc các kim loại nhôm, kẽm, magiê

Bên cạnh đó, nhãn hàng Lubrodal của tập đoàn Fuchs Lubritech, Đức cũng cung cấp các chất bôi trơn tách khuôn dạng nhũ dùng cho quá trình đúc nhôm và các kim loại màu như Lubrodal (AL 50, AL 80, AL 100/21, C 35/30,

C 40 NI, C 100 SF) với độ bền nhiệt cao, không tạo cặn trên thành khuôn và giảm hình thành lỗ khí trong kim loại Các sản phẩm Lubrodal (C 25, C52 C,

KS 55) là các chất bôi trơn rắn bôi trơn cho khuôn đúc ở dạng phân tán trong nước Tỷ lệ pha khoảng từ 1:2 đến 1:10 Và Hykogeen KS 706 là chất phủ khuôn dùng cho quá trình đúc liên tục nhôm kim loại có nguồn gốc sinh học, không chứa chất rắn, khả năng bám dính tốt Giá thành của các dòng sản phẩm này là rất cao và hầu như không xuất hiện ở thị trường Việt Nam

Hiện nay, do yêu cầu về giảm ô nhiễm môi trường, các chất bôi trơn khuôn đúc dạng hòa tan trong nước được quan tâm và phát triển mạnh Trong những năm gần đây, số lượng các chủng loại dầu trắng đến trong suốt dùng bôi trơn cho quá trình đúc kim loại ngày càng tăng do yêu cầu vệ sinh công nghiệp Dẫn đến sự phát triển các dầu bôi trơn gốc tổng hợp và dầu động thực vật biến tính cùng hệ phụ gia thân thiện với môi trường

1.3.2 Trong nước

Chất bôi trơn khuôn dùng trong quá trình đúc nhôm kim loại là sản phẩm đặc biệt có tác dụng phân tách khuôn và kim loại rắn Ở Việt Nam số lượng và chủng loại chất bôi trơn cho quá trình gia công kim loại nói chung

và đúc nhôm nói riêng không có nhiều Thực tế là hầu hết các loại dầu dùng

để tách khuôn, dỡ khuôn cho quá trình đúc nhôm kim loại đều được nhập ngoại Ví dụ một số dòng sản phẩm điển hình như sau:

- Các loại dầu Bestril (Bestril 1200, 2000, 2030, 2040) của hãng Brugarolas (Tây Ban Nha) với thành phần chủ yếu là dầu tổng hợp chứa silicon; Dầu Bestril 2050, 80AG, FSF-320 cũng dùng cho quá trình đúc nhôm nhưng là các dầu gốc khoáng có hoặc không có graphit

- Dầu Shell (dầu HCA, HCP, HCU, HCS) với thành phần chủ yếu là dầu tổng hợp este hoặc bán tổng hợp; dầu dỡ khuôn P5, dầu đúc nóng có thành phần chủ yếu là dầu khoáng tinh chế và phụ gia;

- Dầu của hãng Chevron (phân làm hai loại chính là Mould Syn Oil và Mould Oil) có thành phần chủ yếu từ dầu khoáng tinh chế và dầu tổng hợp;

Các sản phẩm trên được chia làm hai loại theo cách sử dụng: loại sử dụng ở dạng tạo nhũ với nước và loại sử dụng ở dạng đặc (neat), không pha nước Một đặc điểm chung là các sản phẩm này có giá thành rất cao

Các dầu Die-Lubric 74WF, Die-Lubric 4040 của Chevron là sản phẩm dầu pha nước được sử dụng trong quy trình tách khuôn đúc các kim loại và hợp kim của nhôm và magiê Thành phần của dầu không chứa sáp nên không gây cặn lên bề mặt khuôn và các kẽ nối, không gây tắc đầu phun Các dầu này

có đặc tính bôi trơn tốt ở nhiệt độ cao Sản phẩm không chứa các phụ gia độc hại, không ảnh hưởng đến môi trường và không khí xưởng đúc Dầu Die-Lubric 74WF được pha theo tỷ lệ 1-40 đến 1-60 Dầu Die-Lubric 4040 pha ở

tỷ lệ 1-60 đến 1-100

Ngoài ra còn một số sản phẩm nhập ngoại khác nhưng ít phổ biến hơn

và chủ yếu xuất hiện ở thị trường trong miền Nam Các sản phẩm KAL-RB (200, 200 A, 200 S, 200 PS, 200 HT, 200ZA) và KAL-RPB 200 ZS của Thai Cripton Co., ltd xuất xứ Thái Lan là các chất tách khuôn dạng hòa tan trong nước, dùng cho quá trình đúc kim loại nhôm và kẽm Các dầu này pha trong nước với tỷ lệ từ 1-180 đến 1-200, có khả năng bôi trơn và chịu áp lực tốt, đồng thời không làm giảm hàm lượng cacbon trong kim loại Các sản phẩm

Irix HP – BMX 151, Irix HP – Lupaste 401LSE của Motul là các chất bôi trơn tách khuôn đúc nhôm, kim loại màu, thép dạng bột nhão có thành phần gồm chất làm đặc hữu cơ, dầu gốc tổng hợp hoặc dầu gốc khoáng chất lượng tốt và các phụ gia rắn

Sản phẩm dầu bôi trơn cho quá trình đúc nhôm trong nước hiện nay có dầu DTK-2, DTK-3 của APP Sản phẩm này là dầu nhũ tách khuôn được pha chế từ dầu tổng hợp, chất nhũ hoá, phụ gia chống dính và chống ăn mòn Sản phẩm chuyên dùng để bôi trơn và làm mát khuôn trong quá trình đúc áp lực các chi tiết nhôm (không sơn) Dầu được pha vào nước với tỷ lệ 1-5 đến 1-15 hoặc có thể dùng trực tiếp

Việc nghiên cứu sản xuất chất bôi trơn cho quá trình đúc nhôm kim loại còn rất nhiều tiềm năng, nhất là trong điều kiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa

ở nước ta, góp phần đáng kể vào việc hạ giá thành sản phẩm, tăng năng suất, hiệu quả của nguyên công đúc, chủ động được nguồn hàng, nâng cao tuổi thọ

sử dụng của khuôn

PHẦN 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Thực nghiệm

- Thử nghiệm thực tế tại cơ sở sản xuất Đánh giá kết quả thử nghiệm;

- Thiết lập quy trình công nghệ và triển khai thử nghiệm ở qui mô pilot (50 lít/mẻ)

2.1.2 Thực nghiệm

1 Khảo sát lựa chọn dầu gốc

Dầu gốc được lựa chọn từ dầu gốc khoáng (SN 150, SN 500), dầu gốc tổng hợp (dầu silicon), dầu gốc thực vật (dầu lạc và dầu đỗ tương)

2 Lựa chọn phụ gia trợ trượt

a Tổng hợp este butyl oleat

Các este axit béo là các tác nhân trợ trượt, giảm mài mòn quan trọng đã được dùng pha chế các chất tách khuôn từ lâu, đặc biệt là các este của axit steric, axit oleic [15] Các butyl este axit béo là các chất bôi trơn rất tốt, có thể dùng làm phụ gia mài mòn cho một số loại dầu [14]

Để dễ hòa tan và để tương hợp với các nguồn dầu thực vật sử dụng, nhóm đề tài tổng hợp butyl este của axit oleic để phục vụ cho mục đích lựa chọn làm tác nhân trợ trượt cho dầu tách khuôn pha chế

Axit oleic và các hóa chất sử dụng trong quá trình tổng hợp butyl oleat

là các loại hóa chất kỹ thuật của Trung Quốc

Từ các nghiên cứu tài liệu [15, 16, 17, 18, 19] kết hợp với thực tế sản xuất và hiệu quả kinh tế, tiến hành tổng hợp butyl oleat với các điều kiện sau:

- Tỉ lệ mol n-butanol : axit oleic = 2:1;

- Xúc tác: p-toluen sulfonic axit, tỉ lệ axit oleic: xúc tác = 1:0,15;

- Thời gian phản ứng: 2h Nhiệt độ phản ứng: 110-115oC;

- Sau phản ứng tách lấy sản phẩm là este butyl oleat ở lớp trên Rửa sản phẩm nhiều lần bằng nước nóng, cất loại bỏ nước và toluen;

- Hiệu suất phản ứng được tính toán dựa trên độ giảm của chỉ số axit

b Graphit

Graphit lựa chọn để gia công pha chế dầu tách khuôn là loại thương phẩm của công ty Carbon Việt Nam được nhập từ Pháp, có chỉ tiêu kỹ thuật được nêu chi tiết ở phần 3

Graphit nguyên liệu có cỡ hạt khá lớn, để sử dụng pha chế dầu tách khuôn cần được nghiền cơ học tạo cỡ hạt nhỏ hơn để phân tán tốt cho dầu, đảm bảo tính ổn định của dầu trong quá trình sử dụng và bảo quản Phương pháp nghiền này có ưu điểm là đơn giản, dụng cụ chế tạo không phức tạp mà có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu trên thiết bị có sẵn tại phòng Nghiên cứu Phát triển

Thiết bị gia công nghiền: Máy nghiền bi ceramic đĩa đứng, ký hiệu S9 TOSHIBA Tốc độ có thể điều chỉnh từ 0 ÷ 5000 vòng/phút

VF-c Canxi oxyt CaO

Đây là một trong những loại tác nhân trợ trượt lâu đời nhất cho các vật liệu tách khuôn nói chung và dầu tách khuôn cho gia công kim loại nói riêng

CaO của Việt Nam được dùng để khảo sát trong vai trò làm tác nhân trợ trượt cho dầu tách khuôn pha chế Các thông số chất lượng như sau:

CaO : 95% Min