Page 116 - 《摩擦学学报》2021年第2期

第 2 期 王岩, 等: 钢帘线拉拔液润滑特性研究 261

好的冷却性、清洗性、分散性、润滑性、经济、安全等特 分析钢帘线表面成分. 使用X射线光电子能谱仪PHI
点而得到广泛应用. 但是，不同厂家生产的乳化型拉 Quantera SXM(XPS)对钢帘线表面元素化学状态进行
拔液的润滑效果不尽相同，导致钢帘线表面的质量以 分析. 同时我们进行了试验室模拟试验研究，使用
及与橡胶的粘合力不尽相同，经常出现钢帘线表面不 Optimal SRV-4摩擦磨损试验机和UMT3多功能摩擦
光亮，拉拔过程中易发生断丝、缩丝等缺陷. 另外，在 磨损试验机对拉拔液的润滑性能进行测试. 使用三维
湿式拉拔钢帘线过程中，通常使用碳化钨硬质合金拉 聚焦表面形貌仪(Phase Shift Micro XAM-3D)、SEM、
拔模具和聚晶金刚石模具 [5-8] . 硬质合金模具的磨损是 EDS和XPS对试验后的摩擦副表面进行测试和分析.

影响钢帘线生产效率的重要因素 [9-10] . 关于硬质合金
2 结果与讨论
[5]
模具磨损方面的研究已经报道很多，Lu等 和] Kakubo

等 介绍了钢丝本身的夹杂物及拉拔速度对硬质合金 2.1 钢帘线断丝表面缺陷分析
[6]
磨损的影响. 同时，还发现钢中大尺寸不变形夹杂、偏 钢帘线在拉拔的过程中硬度逐渐提高，塑性降
析及盘条表面质量等会导致断丝 [5,7] ，但是在相同模 低，因而容易出现断丝现象. 现场测试结果表明，分散
具、相同批次的钢丝来料、同一拉丝机的条件下，影响 型拉丝液A更容易出现断丝现象. 为了研究钢帘线断
断丝率最大的还是拉拔液 [11-13] . 本文作者主要针对不 丝产生的原因，使用多种表面观测方法来分析钢帘线
同水基拉拔液在拉拔过程中发生的断丝率及表面发 产生断丝的机理. 图1为使用水基分散液A润滑产生断
暗情况进行分析，从摩擦磨损方面研究缺陷产生的机 丝处的钢帘线形貌的SEM照片. 从放大图(图1左上
理，并研究钢帘线与模具间的磨损机理，建立评价拉 角)可以看出钢帘线断丝处表面粗糙，沿着拉拔方向
拔液润滑性能的试验室测试方法，从而为水基拉拔液 存在深度较大的磨痕，而在远离断口处的钢帘线表面

配方和拉拔工艺的改进提供依据. 则较为平滑，如图1右上角所示. 图1的分析结果表明，

1 材料与方法 在发生断丝处拉拔模具与钢帘线之间发生了比较严
重的磨损. 由于磨具材料的硬度远大于钢帘线的硬
本文中使用的两种水基拉拔液分别是分散型拉 度，磨损主要发生在钢帘线表面，较大的磨损也意味
拔液A和乳化型拉拔液B. 两种拉拔液的主要成分都
着磨具与钢帘线之间存在较大的摩擦力，也即拉拔力
是由基础油、抗磨剂、防锈剂、减摩剂和pH调节剂等组
增大，从而增大了断丝发生的几率.
成. 最大的区别是分散型拉拔液A是将高分子聚合物 通过拉拔试验评价拉拔液的润滑性能，试验周期
颗粒分散到乳化液中，而乳化型拉拔液中不含有高分 长、成本高、操作复杂. 研究中使用SRV-4摩擦磨损试
子颗粒，二者的粒径通过激光粒度仪测试分别是分散
验机和UMT3多功能微摩擦磨损试验机对拉拔液的润
型拉拔液A中聚合物颗粒粒径为34.8~3 179 nm. 由于
滑性能分别进行了测试. 由于拉拔的钢帘线为高碳钢
高分子聚合物容易产生团聚，因而分散在乳化液中的
表面镀铜锌合金，拉拔模具为硬质合金、聚晶金刚石
颗粒粒径不均匀. 乳化型拉拔液B的粒径为44.1~289.3 nm.
材料，为了使试验条件接近拉拔工况，SRV4上使用
拉拔液的质量分数均为5%. 拉拔模具为硬质合金模
ϕ10 mm的YG6硬质合金球和ϕ24 mm，厚度7.88 mm的
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具. 钢帘线材料为82 高碳钢，从直径为3.0 mm，经过
19~22个道次加工将钢帘线直径拉至0.2 mm左右，每
个道次的变形量为15%左右. 现场拉拔试验的结果表
明，使用分散型拉拔液A的断丝率远远高于使用乳化
20 μm 20 μm
型拉拔液B. 另外，将拉拔出来的钢帘线进行与橡胶粘
合力测试，发现使用拉拔液B的钢帘线与橡胶结合力
优于使用拉拔液A的钢帘线.
为了分析断丝的原因，从不同拉拔液拉拔的断丝
钢帘线取样分析. 将其加工成为长10 mm的试样，分别
100 μm
使用乙醇和丙酮超声清洗15 min，吹干后用于各种分

析测试. 使用扫描电子显微镜FEI Quanta200 FEG(SEM) Fig. 1 SEM micrographs of broken steel cord
观察钢帘线表面的显微结构. 使用能量色散谱仪(EDS) 图 1 钢帘线断丝口的扫描电镜显微镜图片