工程科学学报.第43卷.第2期：232-238.2021年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.2:232-238,February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.15.001;http://cje.ustb.edu.cn 锆合金热挤压用防护润滑剂的试制与性能 赵帆，赵乙丞)，齐鹏)，张志豪)四 1)北京科技大学新材料技术研究院，材料先进制备技术教育部重点实验室，北京1000832)国核宝钛锆业股份公司，宝鸡721013 ☒通信作者.E-mail:ntzzh2279@163.com 摘要为满足锆合金热挤压时的润滑与防护需求，试制了一种锆合金热挤压用防护润滑剂，主要成分包括有机硅树脂、低 软化点玻璃粉、氧化铝粉、二硫化钼、石墨粉、滑石粉、云母粉等.实验温度为700~800℃时，采用圆环压缩法测得涂覆有 润滑剂的Zr-4合金摩擦因子为0.19~0.25，润滑效果良好.将有润滑剂防护的锆合金分别加热至700、800和900℃并保温 1,未发生明显氧化，热防护性能良好.测定了有、无润滑剂条件下Zr-4合金和H13模具钢的界面接触温度随接触时间的变 化曲线.当Zr-4合金和H13钢的初始界面温度分别约为700℃和350℃时，无润滑剂时Z-4合金表面温度达到稳定的时间 为7.7s,界面换热系数由250W·m2.℃-1增大至2700Wm2.℃-：有润滑剂时Zr-4合金表面温度达到稳定的时间延长至12s. 界面换热系数由131W·m2.℃-1增大至1900Wm2.℃-.这表明该润滑剂具有较好的高温热障性能 关键词锆合金：挤压；润滑剂：摩擦因子；热防护 分类号TG146.4*14 Trial manufacture and properties of protective lubricants for hot extrusion of zirconium alloy ZHAO Fan,ZHAO Yi-cheng,QI Peng,ZHANG Zhi-hao 1)Key Laboratory for Advanced Materials Processing(MOE),Institute for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Nuclear Bao Ti Zirconium Industry Company,Baoji 721013,China Corresponding author,E-mail:ntzzh2279@163.com ABSTRACT Lubrication is the key in obtaining excellent products when zirconium alloys are hot extruded.Reasonable lubrication conditions are important to improve the product quality,reduce energy consumption,and prolong the service life of tools and dies. Presently,the glass lubricants commonly used in domestic industry are not very suitable for hot extrusion zirconium alloy,and they still need to be imported.In order to meet the requirements of lubrication and protection during hot extrusion of zirconium alloy,a protective lubricant for hot extrusion of zirconium alloy was trial manufactured in this paper.The main components of this protective lubricant include silicone resin,low softening point glass powder,aluminum oxide(Al2O)powder,molybdenum disulfide,graphite powder, talcum powder,mica powder,and others.When the experimental temperature is in the range of 700-800C,the friction factor of Zr-4 alloy coated with the lubricant is calculated to be 0.19-0.25 by the ring compression method,which shows good lubrication effect.The zirconium alloy with lubricant protection is not obviously oxidized after heating at700℃，8O0℃，and900℃，respectively,for I h, indicating that the lubricant has good thermal protection effect.The relation curves between contact temperature and time at the interface of the Zr-4 alloy and H13 die steel are measured.The initial interface temperatures of the Zr-4 alloy and H13 steel are 700 C and 350 C,respectively.Without the lubricant,the time for the surface temperature of the Zr-4 alloy to reach stability is 7.7 s,and the 收稿日期：2020-01-15 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2017YFB0306200)锆合金热挤压用防护润滑剂的试制与性能 赵    帆1)，赵乙丞1)，齐    鹏2)，张志豪1) 苣 1) 北京科技大学新材料技术研究院，材料先进制备技术教育部重点实验室，北京 100083    2) 国核宝钛锆业股份公司，宝鸡 721013 苣通信作者，E-mail：ntzzh2279@163.com 摘    要    为满足锆合金热挤压时的润滑与防护需求，试制了一种锆合金热挤压用防护润滑剂，主要成分包括有机硅树脂、低 软化点玻璃粉、氧化铝粉、二硫化钼、石墨粉、滑石粉、云母粉等. 实验温度为 700～800 ℃ 时，采用圆环压缩法测得涂覆有 润滑剂的 Zr-4 合金摩擦因子为 0.19～0.25，润滑效果良好. 将有润滑剂防护的锆合金分别加热至 700、800 和 900 ℃ 并保温 1 h，未发生明显氧化，热防护性能良好. 测定了有、无润滑剂条件下 Zr-4 合金和 H13 模具钢的界面接触温度随接触时间的变 化曲线. 当 Zr-4 合金和 H13 钢的初始界面温度分别约为 700 ℃ 和 350 ℃ 时，无润滑剂时 Zr-4 合金表面温度达到稳定的时间 为 7.7 s，界面换热系数由 250 W·m−2 ·℃−1 增大至 2700 W·m−2 ·℃−1；有润滑剂时 Zr-4 合金表面温度达到稳定的时间延长至 12 s， 界面换热系数由 131 W·m−2 ·℃−1 增大至 1900 W·m−2 ·℃−1 . 这表明该润滑剂具有较好的高温热障性能. 关键词    锆合金；挤压；润滑剂；摩擦因子；热防护 分类号    TG146.4+ 14 Trial manufacture and properties of protective lubricants for hot extrusion of zirconium alloy ZHAO Fan1) ，ZHAO Yi-cheng1) ，QI Peng2) ，ZHANG Zhi-hao1) 苣 1) Key Laboratory for Advanced Materials Processing (MOE), Institute for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) State Nuclear Bao Ti Zirconium Industry Company, Baoji 721013, China 苣 Corresponding author, E-mail: ntzzh2279@163.com ABSTRACT    Lubrication is the key in obtaining excellent products when zirconium alloys are hot extruded. Reasonable lubrication conditions  are  important  to  improve  the  product  quality,  reduce  energy  consumption,  and  prolong  the  service  life  of  tools  and  dies. Presently, the glass lubricants commonly used in domestic industry are not very suitable for hot extrusion zirconium alloy, and they still need to be imported. In order to meet the requirements of lubrication and protection during hot extrusion of zirconium alloy, a protective lubricant for hot extrusion of zirconium alloy was trial manufactured in this paper. The main components of this protective lubricant include  silicone  resin,  low  softening  point  glass  powder,  aluminum  oxide  (Al2O3 )  powder,  molybdenum  disulfide,  graphite  powder, talcum powder, mica powder, and others. When the experimental temperature is in the range of 700−800 ℃, the friction factor of Zr-4 alloy coated with the lubricant is calculated to be 0.19−0.25 by the ring compression method, which shows good lubrication effect. The zirconium alloy with lubricant protection is not obviously oxidized after heating at 700 ℃, 800 ℃, and 900 ℃, respectively, for 1 h, indicating that the lubricant has good thermal protection effect. The relation curves between contact temperature and time at the interface of the  Zr-4  alloy  and  H13  die  steel  are  measured.  The  initial  interface  temperatures  of  the  Zr-4  alloy  and  H13  steel  are  700  ℃ and 350 ℃,  respectively.  Without  the  lubricant,  the  time  for  the  surface  temperature  of  the  Zr-4  alloy  to  reach  stability  is  7.7  s,  and  the 收稿日期: 2020−01−15 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2017YFB0306200） 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期：232−238，2021 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 2: 232−238, February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.15.001; http://cje.ustb.edu.cn