機(jī)械制造用微乳切削液的研制及應(yīng)用*

□ 呂俊凡 □ 鐘 明 □ 黃 奮

1．廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 南寧 530001

2．南寧凱林杰機(jī)械化工有限公司 南寧 530001

金屬切削液是機(jī)械制造過(guò)程中機(jī)加工必不可少的潤(rùn)滑材料，隨著我國(guó)機(jī)械制造企業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)加工設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，加工精度要求越來(lái)越高，加工材質(zhì)越來(lái)越多樣化，這就對(duì)金屬切削液提出了更高的要求，尤其對(duì)潤(rùn)滑性、清洗性、防銹性等性能比傳統(tǒng)金屬切削液產(chǎn)品要求更高。為滿足機(jī)械制造業(yè)不斷進(jìn)步和發(fā)展的需求，筆者研制合成具有潤(rùn)滑、防銹、清洗、殺菌等多功能的長(zhǎng)效環(huán)保微乳金屬切削液，以滿足機(jī)械制造業(yè)切削精度更精密、切削材料多樣化、切削溫度更高、對(duì)切削液的使用壽命質(zhì)量更嚴(yán)苛的要求。

微乳化切削液具有像乳化切削液那樣的潤(rùn)滑性、防銹性，又有像合成切削液那樣的清洗性、滲透性、長(zhǎng)壽命等優(yōu)良的綜合性能［1-4］，所以微乳化切削液作為應(yīng)用于先進(jìn)機(jī)加工的切削液產(chǎn)品，被國(guó)內(nèi)外機(jī)械加工業(yè)所承認(rèn)。它可以廣泛用于機(jī)械制造中鐵合金、鋁合金、鋅合金、銅合金、鈦合金等金屬的切削和研磨等各種加工工藝，也可以用于沖壓、深拔、冷鍛和熱鍛、擠壓、模壓等成型工藝。

1 潤(rùn)滑極壓劑的合成及性能檢測(cè)

1．1多功能潤(rùn)滑極壓劑——富馬酸二乙醇酰胺磷酸酯（FEP）的合成

1．1．1 富馬酸二乙醇酰胺的合成

在250L反應(yīng)釜中，先加入70kg富馬酸，逐漸升溫至60℃，然后分批加100kg的二乙醇胺，充以N2作保護(hù)氣，開(kāi)動(dòng)攪拌器，隨后逐漸升溫至160℃，在此溫度下反應(yīng)6h，至不再有冷卻水析出時(shí)，停止加熱，室溫下自然冷卻出料，產(chǎn)品呈棕紅色油狀液體。

1．1．2 富馬酸二乙醇酰胺磷酸酯（FEP）的合成

先將稱好的20kg五氧化二磷溶于適量苯中，隨后在250L反應(yīng)釜中加入中間體富馬酸二乙醇酰胺170kg，開(kāi)動(dòng)攪拌器，分批逐滴加入苯和五氧化二磷的混合溶液，充以N2作保護(hù)氣，保持溫度80℃，反應(yīng)4 h。產(chǎn)品室溫下自然冷卻，呈淡棕紅色軟膏狀物體。

1．2 多功能極壓抗磨添加劑——妥爾油酸二乙醇胺（BP）的合成

稱取80kg的妥爾油酸放入250L反應(yīng)釜中，充N2作保護(hù)氣，以苯作溶劑，加熱使之熔化，并開(kāi)動(dòng)攪拌器，小心升溫至110℃左右，分批把90kg的二乙醇胺加入反應(yīng)器中，升溫到160℃左右，在此溫度下反應(yīng)約5h，至不再有冷卻水析出時(shí)，停止加熱，自然冷卻即得粗產(chǎn)品。經(jīng)提純后得到棕黃色黏稠狀液體。

1．3 FEP和BP的極壓抗磨性能檢測(cè)

將極壓抗磨添加劑在68#基礎(chǔ)油中配成1%濃度，用四球?qū)嶒?yàn)機(jī)依據(jù)GB/T3142進(jìn)行極壓值（PB）和燒結(jié)負(fù)荷（PD）試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

根據(jù)表1和表2測(cè)定結(jié)果，表明FEP和BP具有優(yōu)良的極壓抗磨性能。本研究將它們作為微乳化切削液的極壓抗磨添加劑。

表1 四球試驗(yàn)（30min,28℃）

表2 四球極壓試驗(yàn)（1760r／min,10s,28℃）

2 微乳液基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油主要起潤(rùn)滑作用，同時(shí)也是油溶性添加劑、表面活性劑等的載體。雖然微乳液中基礎(chǔ)油的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于乳化油中的基礎(chǔ)含油量，但是它直接影響產(chǎn)品的外觀、乳化穩(wěn)定分散等性能。因此，微乳液應(yīng)選用黏度較低的潤(rùn)滑油作為基礎(chǔ)油。同時(shí)，為了保證運(yùn)輸、儲(chǔ)存的安全，微乳液的閃點(diǎn)不宜太低，除非特殊要求，一般情況下，煤油、柴油這些低閃點(diǎn)的石油產(chǎn)品不宜作基礎(chǔ)油。本研究采用68#潤(rùn)滑液壓油作為微乳液基礎(chǔ)油。

3 微乳液防銹添加劑的篩選［5-7］

防銹添加劑主要有水溶性防銹劑和油溶性防銹劑2大類，水溶性添加劑有亞硝酸鈉、苯并三氮唑、硼酸、三乙醇胺、磷酸鹽等。它們與金屬發(fā)生作用，并在金屬表面生成不溶性的致密氧化膜，阻止金屬的電化學(xué)腐蝕。這類防銹劑多是電解質(zhì)，用于乳液時(shí)，用量不宜過(guò)大，以免發(fā)生電解現(xiàn)象而破壞乳液。油溶性防銹劑主要有磺酸鹽、高分子羧酸及其金屬皂鹽和胺鹽類、酯醇類、胺類、磷酸酯等。它們是極性很強(qiáng)的化合物，能優(yōu)先吸附在金屬表面或與表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成保護(hù)膜，抵制氧及水對(duì)金屬的接觸，本研究選擇了高分子羧酸及其胺鹽衍生物作為防銹添加劑。

4 微乳切削液表面活性劑選擇

根據(jù)油相及材料的選擇，乳化這些極壓劑所需的親水親油平衡值（HLB）為9～14之間。根據(jù)HLB值選擇合適的表面活性劑復(fù)配，其乳化效果較好［8］，本研究選擇了OP-10及JFC作為分散穩(wěn)定添加劑。

5 殺菌劑的選擇

微乳液容易滋長(zhǎng)微生物，使加工液變質(zhì)腐敗，縮短使用壽命，因此，微乳液自身體系的抑菌功能是非常重要的性能。本研究自主研制的富馬酸二乙醇酰胺磷酸酯（FEP）和妥爾油酸二乙醇胺（BP）極壓抗磨劑，經(jīng)抗菌試驗(yàn)表明兩者具有優(yōu)良的抑菌殺菌性，無(wú)需外加殺菌劑，可保證微乳切削液使用壽命長(zhǎng)達(dá)1年以上。

6 復(fù)合配方的確定

（1）根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以68#基礎(chǔ)油，加入一定量的極壓抗磨劑、防銹劑、表面活性劑、消泡劑、pH穩(wěn)定劑、金屬離子絡(luò)合劑等，將其用水溶解，基本組成見(jiàn)表3。

7 微乳切削液的理化性能

按微乳切削液標(biāo)準(zhǔn)JB/T7453-1994對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 微乳切削液的組成（濃縮液）

表4 檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明：該產(chǎn)品具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、防銹性、冷卻性、清洗性，完全符合JB/T7453-1994標(biāo)準(zhǔn)。

8 微乳切削液的應(yīng)用

本產(chǎn)品應(yīng)用于中國(guó)火箭運(yùn)載研究院等航天企業(yè)的各種加工中心設(shè)備上，對(duì)各種材質(zhì)零件（鑄鐵、不銹鋼、鋁合金、鋅合金、鈦合金等）進(jìn)行加工，已用于神舟6、7、8、9、10號(hào)系列火箭運(yùn)載飛船和天宮號(hào)系列飛船的制造。產(chǎn)品應(yīng)用于上汽通用五菱、柳工、玉柴、云內(nèi)動(dòng)力等全國(guó)眾多機(jī)械制造企業(yè)，結(jié)果表明研制的極壓微乳切削液透明穩(wěn)定，具有優(yōu)良的抗磨性、潤(rùn)滑防銹性及清洗抗泡性，產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)（1年以上無(wú)需排放），得到用戶的首肯和好評(píng)。

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