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

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



1

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 cầ
u 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 đ
ánh 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 c
ứu 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. Thi
ết lập quy trình công nghệ và triển khai thử nghiệm ở quy mô pilot 43
KẾT LUẬN 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
2

PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Thứ tự Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Nhu cầu sử dụng nhôm ở Việt Nam (tấn) 2
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 3.4 Các tính chất của dầu đậu tương 29
Bảng 3.5 Kết quả thử nghiệm độ bền oxi hóa 30
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 3.9 Kết quả khảo sát hàm lượng Ionol pha chế 33
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
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý đúc liên tục 6

Hình 3.1 Quy trình công nghệ pha chế dầu TK1 41
Hình 3.2 Quy trình công nghệ pha chế dầu TK2 42
Hình 3.3 Quy trình công nghệ pha chế dầu TK3 43


3



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 trườ
ng 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
giả

m thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế.
4


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 (tấ
n)
Năm
Chủng loại
1997 2000 2005 2006 2010 2015
Nhôm thỏi 25.000 50.000 60.000 64.000 80.000 100.000
Nhôm 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 m
ỏng 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].
5

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 nướ
c” 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
6

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
7

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 ho
ặc 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 v
ới 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
8

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.
9

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 tr
ơn 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 tượ
ng 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 t
ương 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.
10


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. D
ưới 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 40
o
C 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. Dầ
u 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:
- Kh
ả 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;
11

- 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 trơ
n 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
250-350

o
C, có thể lên tới 400
o
C 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 củ
a 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].
12

1.2.3.1. Dầu gốc
Dầu gốc dùng pha chế dầu bôi trơn cho quá trình đúc kim loại bao gồm
dầu khoáng tinh chế, dầu tổng hợp hoặc dầu động thực vật đã biến tính.
a) Dầu gốc khoáng
Dầu gốc khoáng được sử dụng pha chế là các dầu đã qua tinh chế, hàm

lượng dầu gốc chiếm khoảng 30-85%. Dầu gốc khoáng có thể là dầu parafinic
hoặc naphtenic với khoảng nhiệt
độ sôi từ 350-500
o
C. Các hợp chất
hydrocacbon thơm bị hạn chế sử dụng do có thể tạo ra các hydrocacbon thơm
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 dầ
u 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 th
ời 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÷150
o
C, trong khoảng từ 425÷600
o
C. 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
R

R

R
13

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 kh
ắc 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 c
ấp 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).
14

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 dầ
u. 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 l
ớp trượt giữa khuôn và thanh kim loại đã hóa rắn. Trước đây, bột
ép thường chứa CaO, axit silisic (H
2
SiO
3
), Al
2
O
3
và các chất trợ dung (như
canxi florua, oxit của kim loại kiềm) và một lượng cacbon nhất định [3], [11],
15


[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 l
ỏng 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 MoS
2
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 t
ốt 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, C
6
H
6
, NH
3
, ) làm giảm ma sát và mài mòn
trong chân không cao. Ngược với graphit, MoS

2
là chất bôi trơn tốt kể cả
trong chân không cao. Có thể cho thêm Sb
2
O
3
vào làm chất ức chế ăn mòn và
chống mài mòn [3].
Ở 600
o
C, 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
hơ
n rất nhiều.
16

Ngoài các hợp chất đã đề cập ở trên, borax, CdCl
2
, 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 CdI
2
làm giảm ma
sát. Các sunfua của kim loại nặng, các hợp chất của Se, Te như MoSe
2
, WS

2
,
NbS
2
, NbSe
2
,WSe
2
, TeS
2
, TeSe
2
, AsSbS
4
và As
2
S
4
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 MoS
2
có thể được nâng cao bằng cách kết hợp với 10%
ZnS. Bên cạnh đó các oxit kim loại như Na
2
O, MgO, AlN, Al
2
O
3

, SiO
2
, CaO,
TiO
2
, Fe
2
O
3
, FeO, WC, TiN, TiC, B
4
C, TiB, ZnC, SiC, Si
3
N
4
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 (1200
o
C) 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).
Phầ
n 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
17

(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-SO
2
NH-CH
2
COOH. 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 ho

ạt 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-(CH
2
CH
2
O)
n
-H (với n = 4-10, R là C
9
H
19
C
4
H
6
-, hoặc
C
8
H
17
C
4
H
6

-), 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, đ
úc liên tục) là phải có khả năng
làm việc trong điều kiện áp suất rất cao.
18

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, baz
ơ, 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 r

ắn) 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 ă
n 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.
19

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 hợ
p 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 th
ực 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 d
ầu 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 đượ
c 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.
20

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, H
2
SiO
3
, Al
2
O

3
, 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 d
ụng 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 vớ
i 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 r
ắn
bôi trơn khuôn đúc có thành phần gồm sáp tổng hợp có nhiệt độ nóng chảy
cao khoảng 132 – 154
o
C và một sáp có nhiệt độ nóng chảy thấp từ 65 –
121
o
C. 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
21

một bình phía ngoài của khuôn đúc dưới áp suất khí quyển. Tác nhân oxi hóa
là một khí trơ, bao gồm SF
6
, BF
3
, SO
2
, N
2
, 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(SO
4
)
2
, W(SO
4
)
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 đ
úc 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 BF
3
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 nhiệ
t,… 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
22

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 phẩ
m
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 đ
úc 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 m
ạnh. 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 đặ
c 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
23

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 (dầ
u 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 n
ước 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 phẩ
m 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
24

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, ph
ụ 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 việ
c 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.