關(guān)于水溶性金屬加工液添加劑的制備及其性能研究

尹樹(shù)花

關(guān)鍵詞：水溶性;金屬加工液;添加劑;制備技術(shù);性能研究

因?yàn)榻饘偌庸ぜ夹g(shù)發(fā)展越來(lái)越快速，所以金屬加工液更新就越來(lái)越迅速，尤其是水基型金屬加工液，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。

一、試驗(yàn)材料及方法

（一）試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料主要有：二乙醇胺，其分子式為：HN（CH2CH2OH）2;油酸，其分子式為：CH3（CH2）2（CH）2（CH2）7COOH;月桂酸，其分子式為：CH3（CH2）10COOH;防銹試片，其材質(zhì)為一級(jí)灰口鑄鐵，珠光體超過(guò)98%，直徑為φ35×20mm的圓柱形;鋼球，其材質(zhì)為GCr15軸承鋼;MS-800A四球試驗(yàn)機(jī);XPS，其主要是探究磨斑表面元素的狀態(tài);FITR，其主要是探究制備產(chǎn)物以及最終產(chǎn)物的化學(xué)特性。

（二）試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法主要有兩個(gè)，分別從防銹性和潤(rùn)滑性角度出發(fā)，首先選取合適的功能基團(tuán)，也就是能夠穩(wěn)定存在水介質(zhì)當(dāng)中的化合物，然后依據(jù)某種比例把它們配合在一起，從而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)以及復(fù)合反應(yīng)，最終形成性能穩(wěn)定的混合物，此混合物必須具備較強(qiáng)的水溶性，這樣添加劑就能構(gòu)成真溶液以及與真溶液相似的穩(wěn)定物質(zhì)，該添加劑具有良好的屬性，主要包括：潤(rùn)滑性和防銹性。對(duì)于防銹性來(lái)說(shuō)，應(yīng)運(yùn)用GB6144-2010防銹性的試驗(yàn)單片進(jìn)行防銹性試驗(yàn)，試驗(yàn)的溫度應(yīng)為35℃左右，試驗(yàn)的時(shí)間應(yīng)為72-120h，試驗(yàn)片的未生銹點(diǎn)數(shù)代表防銹性的強(qiáng)弱。對(duì)于潤(rùn)滑性來(lái)說(shuō)，可通過(guò)兩種方法進(jìn)行判斷，首先，GB/T3142 -2019 潤(rùn)滑劑承載能力判斷法，此方法的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速大概為1450r/min，試驗(yàn)時(shí)間為10s，試驗(yàn)的最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值以及燒結(jié)負(fù)荷PD值的代表極壓性能的強(qiáng)弱。其次，SH/T0189-2017潤(rùn)滑油抗磨性能判斷法，此方法的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速大概為1450r/min，試驗(yàn)的時(shí)間為1min，試驗(yàn)的負(fù)荷為392N，試驗(yàn)的鋼球磨斑平均直徑代表抗磨性的強(qiáng)弱。

二、實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過(guò)程主要就是混合酸和二乙醇胺的反應(yīng)，為了有效探究水溶性，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用了兩種反應(yīng)比值，即1：1與1：1.5，能夠良好探究混合酸和二乙醇胺的反應(yīng)過(guò)程，了解二乙醇胺含量對(duì)水溶性以及潤(rùn)滑性的影響。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程為加熱攪拌，反應(yīng)溫度為90-110℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為1h，混合酸量為1mol。

（一）反應(yīng)比值1：1

首先把相同量的二乙醇胺與混合酸一同加進(jìn)反應(yīng)燒瓶中，并加熱攪拌，使其在90-110℃中反應(yīng)1h，然后取出10g的反應(yīng)產(chǎn)物，加進(jìn)100g的蒸餾水里，于室溫下放置24h，最后觀察產(chǎn)物狀態(tài)，如果產(chǎn)物為澄清透明的水溶液，則表示產(chǎn)物的水溶性較強(qiáng)，隨后使用蒸餾水配備出的質(zhì)量為1%及3%的水溶液來(lái)判斷其防銹性與潤(rùn)滑性情況，每個(gè)性能實(shí)驗(yàn)均展開(kāi)兩次，然后取平均值。

（二）反應(yīng)比值1：1.5。

首先把1.5mol的二乙醇胺和1mol的混合酸一同放進(jìn)反應(yīng)燒瓶中，并加熱攪拌，使其在90-110℃中反應(yīng)1h，然后取出10g的反應(yīng)產(chǎn)物，加進(jìn)100g的蒸餾水里，于室溫下放置24h，最后觀察產(chǎn)物狀態(tài)，如果產(chǎn)物為澄清透明的水溶液，則表示產(chǎn)物的水溶性較強(qiáng)。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)水溶性研究結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，上述兩種比值的反應(yīng)產(chǎn)物均具有較強(qiáng)的水溶性，從反應(yīng)產(chǎn)物的pH值變化情況能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)油酸量變多時(shí)，水溶液的pH值越來(lái)越大;當(dāng)油酸量一樣時(shí)，二乙醇胺量越多的水溶液pH值越大。從PB值變化情況能夠發(fā)現(xiàn)，二乙醇胺含量對(duì)水溶液的極壓性PB值具有很大影響，當(dāng)油酸量固定時(shí)，二乙醇胺量越多的水溶液PB值越大，不過(guò)二乙醇胺量達(dá)到1.5mol時(shí)，其對(duì)水溶液的PB值影響極小，當(dāng)二乙醇胺量是1mol時(shí)，混合酸里的油酸和月桂酸之比對(duì)水溶液的PB值影響很大，如果混合酸里的油酸和月桂酸之比是0.6：0.4時(shí)，則水溶液的PB值可達(dá)到981N。由此可知，當(dāng)二乙醇胺、油酸、月桂酸之比是1：0.6：0.4的時(shí)候最佳。從磨斑直徑變化情況可知，當(dāng)PB值較小時(shí)，抗磨性較強(qiáng)。從防銹性變化情況可知，當(dāng)油酸量低于0.6mol的時(shí)候，二乙醇胺量越大，則水溶液的防銹性越差，因?yàn)槎掖及愤^(guò)量會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物里的二乙醇胺含量變多，而二乙醇胺會(huì)吸附于金屬的表面，由于二乙醇胺水溶液的防銹性極低，所以就造成水溶液防銹性很差。經(jīng)過(guò)研究可知，如果是1：1的反應(yīng)產(chǎn)物，當(dāng)油酸量是0.6mol的時(shí)候，其防銹性最強(qiáng);如果是1：1.5的反應(yīng)產(chǎn)物，當(dāng)油酸量是0.8mol的時(shí)候，其防銹性最強(qiáng)。通過(guò)上述結(jié)果可知，當(dāng)油酸、月桂酸、二乙醇胺的比值為0.6：0.4：1的時(shí)候，水溶液的pH值、極壓性、抗磨性以及防銹性均最佳。為研究潤(rùn)滑機(jī)理，便借助XPS對(duì)磨斑表面展開(kāi)了元素分析，經(jīng)過(guò)分析得到氮峰位大概在400，這就表示其表面具有含氮的化合物。其中，730cm-1是N-H的搖擺振動(dòng)吸收，1080cm-1是C-N的伸縮振動(dòng)吸收，1580cm-1是N-H彎曲振動(dòng)吸收，1400-1450cm-1的兩個(gè)吸收峰為CH2，2900-3000cm-1的兩個(gè)吸收峰為CH3，這就表示混合酸和二乙醇胺產(chǎn)生了反應(yīng)形成了酰胺，其反應(yīng)過(guò)程如下：RCOOH+HN（CH2CH2OH）2→RCON（CH2CH2OH）2+H2O。

四、總結(jié)

通過(guò)上述內(nèi)容可知，由于金屬加工技術(shù)不斷發(fā)展，使得金屬加工液添加劑制備變的極其關(guān)鍵，為使金屬加工液添加劑的性能更加強(qiáng)，便運(yùn)用了組合化學(xué)的形式制備水溶性金屬加工液添加劑。同時(shí)研究了油酸、月桂酸和二乙醇胺的反應(yīng)比值，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了油酸、月桂酸、二乙醇胺的最佳比值，當(dāng)它們?yōu)?.6：0.4：1的時(shí)候，反應(yīng)產(chǎn)物的pH值、極壓性、抗磨性以及防銹性均最佳。最后利用XPS對(duì)添加劑的潤(rùn)滑機(jī)理展開(kāi)了分析，經(jīng)過(guò)分析可知混合酸和二乙醇胺會(huì)產(chǎn)生酰化反應(yīng)。

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