刘文辉

摘 要：本文通过研究粗钨丝拉丝过程中石墨乳润滑剂对钨丝表面、直径、裂纹的影响，发现石墨乳润滑剂中的PH值、粒度、粘度是影响粗钨丝成品质量的关键性指标，将这些关键指标控制在特定范围内进行石墨乳润滑剂的选用，可以大幅降低粗钨丝成品的表面、直径、裂纹检测不合格品的产生，产生较大的经济效益，同时提升钨丝产品的综合性能。

关键词：粗钨丝拉丝；石墨乳润滑剂；选用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.015

1 实验方法

实验采用的原料为HW61牌号Φ2.9mm掺杂钨杆（同一批号），分别采用PH值、粒度、粘度、沉降度处于不同范围的石墨乳润滑剂进行拉制，经过多道次直径不断减小的拉拔，加工成Φ0.39mm成品钨丝，Φ0.39mm进行表面、直径均匀性、裂纹检测。

拉丝流程如下：实验料→36寸→大转盘→小转盘→七模→成品检测。

表面氧化采用肉眼观察情况判断钨丝是否发生表面氧化，判断标准如图1、图2直径检测采用千分尺进行判定，超出公差上、下限判定为不良。

裂纹检测采用涡流探测仪器对钨丝进行裂纹检测，检测软件自动计算出每根料的裂纹率（裂纹总个数/钨丝总长度），百米裂纹数大于2%的钨丝判定为不良。

石墨乳PH值随机取样现场使用的石墨乳采用PH计测量，石墨乳粒度取样厂家原液采用粒度分析仪测量，石墨乳粘度在将石墨乳稀释到比重为1.3时采用粘度计测量。

2 实验结果分析

2.1 石墨乳PH值影响与分析

通过PH值使用实验看出，在实际使用中石墨乳PH值下降到6～8时，石墨乳在连续使用时间超过3天后分散剂、增稠剂胶体出现腐败变质，部分石墨粒子出现相互聚集沉降在容器底部的现象，导致石墨乳液在容器内出现分层；容器上方溶液因石墨粒子的沉降导致石墨含量大幅降低，石墨含量降低的石墨乳液粘在钨丝上面进入高温环境后耐高温性能大幅下降，钨丝出现氧化现象，表面氧化不良上升到7%，相比现状上升5%，同时石墨涂层润滑性能下降，直径、裂纹检测合格率轻微下降；石墨乳PH值运用范围保持在9～11时，石墨乳在连续使用时间超过30天后还未发现胶体腐败变质现象，表面氧化不良率下降到2%，直径检测、裂纹检测合格率相比现状没有变化；但石墨乳PH值大于11时因氨水添加量较大，氨水挥发形成的较大刺激性气味，影响工作环境，不适宜长期使用高PH值；因此，实验说明，石墨乳液在碱性向酸性转变的过程中，胶体容易发生腐败变质产生石墨沉淀，导致涂敷在钨丝表层的石墨乳耐高温性能下降，表面氧化不良大幅上升； PH值超过11时因氨水挥发较大容易产生刺激性气味影响环境，石墨乳PH最佳使用范围为石墨乳液使用范围保持在9～11，表面氧化不良率下降2%。

2.2 石墨粒度和粒度极差的影响与分析

石墨粒度是指石墨粒径中心值，反映石墨乳中石墨颗粒度的大小，石墨粒度的大小主要受石墨乳生产厂家控制，钨丝厂家可以提出控制要求，可以看出，国内粗丝拉丝石墨乳粒度中心值现状的范围是1.5～4.5um，当石墨粒度在3.6～4.5um时，表面氧化不良率小幅下降，直径影响不明显，但裂紋不良率大幅上升到20%，相比现状上升5%；当石墨乳粒度在2.5～3.5um时，成品裂纹不良率下降到5%，相比现状下将10%，直径、表面影响不明显；当石墨粒径中心值小于2um时，钨丝表面开始出现严重氧化，表面氧化不良率达到10%，裂纹不良率小幅下降，直径影响不明显；实验表明，石墨粒度降低，耐高温性能下降，在钨丝表面形成的石墨涂层经过高温加热后钨丝表面出现氧化，导致表面氧化不良上升；但粒度降低有利于提高润滑性能，降低钨丝在模具变形过程中的摩擦系数，防止裂纹的产生，裂纹不良率大幅下降，直径检测合格率影响不明显。粗钨丝拉丝石墨乳粒度在2.5～3.5um时，在拉丝过程中石墨润滑剂可以同时具备耐高温性能和良好的润滑性能，裂纹不良率大幅下降10%的同时保持良好的表面质量。

石墨粒度极差值是最大石墨乳粒径减去最小石墨乳粒径，通过实验可以看到，当石墨乳粒度极差在11～20um时，石墨颗粒在电镜下显示出明显大小不均的现象，还有部分粗大颗粒，粗颗粒的石墨乳粒子存在对拉丝过程有很大危害，增大摩擦力的同时，会增加拉丝过程的震动，降低拉丝的平顺性，导致钨丝裂纹不良率上升5%；当石墨粒度极差值在5～10um时，石墨颗粒在电镜下显示大小均匀，形成的石墨层润滑性能较好，裂纹不良率下降11%。

2.3 石墨乳粘度值影响与分析

石墨颗粒本身不产生粘度，在石墨乳厂家生产拉丝石墨乳时，加入分散剂让石墨粒子分散的同时，还必须加入增稠剂，增稠剂的主要成分是甲基纤维素，增稠剂可以让石墨粒子在溶液中长时间悬浮，同时产生一定粘度，在钨丝拉制过程使石墨乳液均匀的黏附在钨丝表面，经过高温加热后，大部分的增稠剂、分散剂在高温下基本气化发挥，在钨丝基体形成超薄的石墨涂层，通过实际运用实验可看出，当石墨粘度在17～22时，粗钨丝加工成品的表面质量较好，但直径、裂纹不良率大幅上升，主要原因是石墨粘度高于一定范围时，附着在钨丝表面的石墨乳层厚度增加，同时由于粘度上升，石墨涂层的包裹性增加，有利于在高温下隔绝钨丝基体接触空气发生氧化，产生较好的表面质量，但由于粘度上升，石墨涂层包裹性增加，石墨涂层与钨丝基体之间的滑移能力下降，即滑动系数上升，但钨丝进入拉丝模具变形过程中由于石墨润滑剂滑移系数上升，摩擦力上升，钨丝拉拔力大幅上升，产生直径缩丝现象，缩丝现象导致钨丝硬化速度加快，钨丝裂纹率大幅上升，最终加工的成品直径、裂纹不良率大幅上升；当石墨粘度在6～11范围时，钨丝经过石墨乳液槽时因粘度下降，粘在钨丝表层的石墨乳变少，钨丝润滑性能下降严重，裂纹不良率上升4%； 当石墨乳粘度保持在12～16时，可以有效提升石墨涂层的润滑性能，降低拉丝过程中的振动，达到最好的润滑效果，裂纹不良率下降8%，同时表面氧化、直径不良没有上升。

3 结论

（1）石墨乳液在碱性向酸性转变的过程中，胶体容易发生腐败

变质产生石墨沉淀，导致涂敷在钨丝表层的石墨乳耐高温性能下降，表面氧化不良大幅上升； PH值超过11时因氨水挥发较大容易产生刺激性气味影响环境，石墨乳PH最佳使用范围为石墨乳液使用范围保持在9～11，表面氧化不良率下降2%。

（2）石墨粒度越大，耐高温性能越好，但润滑性能差；石墨乳粒度越小，润滑性能越好，但耐高温性能差。粗钨丝拉丝石墨乳粒度在2.5～3.5um时，在拉丝过程中石墨润滑剂可以同时具备耐高温性能和良好的润滑性能。同时石墨粒度要保持石墨粒度极差值小于10um，防止出现石墨粒子大小不均，提高石墨粒子大小均匀性石墨涂层可以达到最好的润滑性能，钨丝裂纹不良率下降10%左右。

（3）石墨乳粘度上升，石墨涂层包裹性增加，当粘度大于17 mPa.S时，石墨涂层与钨丝基体之间的滑移能力下降，即滑动系数上升，使钨丝进入拉丝模具变形过程中由于石墨润滑剂滑移系数上升，摩擦力上升，直径、裂纹不良率上升；石墨粘度下降到小于11mPa.S时，钨丝经过石墨乳液槽时因粘度下降，粘在钨丝表层的石墨乳变少，钨丝润滑性能下降严重，裂纹不良率上升；当石墨乳粘度保持在12～16mPa.S时，可以有效提升石墨涂层的润滑性能，降低拉丝过程中的振动，达到最好的润滑效果，裂纹不良率下降8%。

参考文献：

[1]黄金芳，刘鸿雯，朱少光，曹波，林达，甄筠，戴彤孚.多模拉丝机拉制细钨丝用石墨乳的研制[J].摩擦学学报，1989（03）.

[2]姚辉民，孟广新，贾风明，蔡超逸.细拉丝石墨乳研制与应用[J].非金属矿，2001（06）.